專利名稱：一種含塑性相的耐火澆注料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種不定形耐火材料，具體地說是ー種含塑性相的耐火澆注料及其制
備方法。
背景技術(shù)：
與定性耐火制品相比，以耐火澆注料為代表的不定形耐火材料具有エ藝流程短、生產(chǎn)能耗及成本低、使用方便、適用范圍廣、整體性及使用效果好等優(yōu)勢，因而在世界范圍
內(nèi)得到了迅速發(fā)展，其在整個(gè)耐火材料中所占的比重越來越高。在ー些耐火材料技術(shù)先進(jìn)的國家中，不定形耐火材料的產(chǎn)量已經(jīng)接近甚至超過了定形制品的產(chǎn)量。例如，目前日本不定形耐火材料產(chǎn)量占整個(gè)耐火材料的比例達(dá)到了 60%左右；美國的為50%左右；英、德、法等國為40% 50%。如今，耐火澆注料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工等エ業(yè)領(lǐng)域的高溫設(shè)備中，例如，在水泥窯系統(tǒng)中，現(xiàn)已大量應(yīng)用了各種材質(zhì)的耐火澆注料。耐火澆注料的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性、抗侵蝕性、抗熱震性等性能，對提高高溫設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率、降低能源消耗和生產(chǎn)成本有著極其重要的影響。然而，目前用于ー些嚴(yán)苛エ況條件下的耐火澆注料的性能還不能滿足使用要求。例如，用于大型干法水泥窯前窯ロ部位的澆注料，目前普遍存在的問題是因快速旋轉(zhuǎn)的高溫窯體產(chǎn)生巨大的熱機(jī)械應(yīng)カ破壞及熱震損傷，以及大產(chǎn)量的高溫熟料磨損，導(dǎo)致窯ロ澆注料易發(fā)生開裂、剝落及磨蝕損毀。用于水泥窯噴煤管部位的澆注料，普遍存在的問題也是因高溫?zé)嵴鸺按罅扛邷馗咚俟腆w顆粒的沖刷，造成澆注料發(fā)生剝落及磨蝕，使用壽命短。眾所周知，材料的力學(xué)強(qiáng)度、彈性模量與耐磨性及抗熱震性之間是有關(guān)系的。通常，提高材料的強(qiáng)度和彈性模量，可以改善其耐磨性，但會(huì)使其抗熱震性變差。另外，作為ー種無機(jī)非金屬材料，耐火澆注料(也包括所有耐火材料)都表現(xiàn)出很大的脆性、很小的韌性，而大多數(shù)金屬材料則相反。因此，可以說脆性是耐火材料的ー個(gè)重要特征，也是它的ー個(gè)弱點(diǎn)。脆性大的材料，其抗機(jī)械應(yīng)カ沖擊和抗熱震性(即抗熱應(yīng)カ沖擊)的能力均較差，直觀地表現(xiàn)為一旦受到臨界應(yīng)力作用，材料容易產(chǎn)生突發(fā)性的斷裂或開裂破壞。近年來，科技工作者對金屬增韌耐火材料的研究雖然已開展了ー些工作，但都不是針對耐火澆注料進(jìn)行的，而且都還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。例如，薛文東等人研究了在剛玉一氮化娃質(zhì)透氣磚中引入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%的單質(zhì)娃對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。洪彥若、涂軍波等人研究了在通氮?dú)鈼l件下引入單質(zhì)硅、單質(zhì)鋁對剛玉一氮化硅材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響。卜景龍等人研究了在剛玉材料中引入金屬鋁粉的作用。李改葉、李楠等人的研究了適量添加硅粉對Al2O3-SiC材料抗氧化性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有耐火澆注料脆性較大、抗機(jī)械應(yīng)カ沖擊和抗熱震性較差、使用時(shí)間短的問題，本發(fā)明提供了一種含塑性相的耐火澆注料及其制備方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細(xì)粉、氧化物微粉、結(jié)合劑和外加劑組成，耐火骨料的粒度為l-8mm，耐火細(xì)粉的粒度為O. 044-lmm,氧化物微粉的粒度小于5 μ m,結(jié)合劑的粒度小于O. 088mm,各成分按重量比的加入量為耐火骨料45-60份、耐火細(xì)粉33-43份、氧化物微粉4_7份、結(jié)合劑3-5份、外加劑O. 15-0. 2份；
所述的外加劑由三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉組成，且三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為 O. 8-1:1 ;
所述的耐火細(xì)粉中包括3-10份的塑性相細(xì)粉，該塑性相細(xì)粉由1-3份的金屬鋁粉和2-8份的單質(zhì)硅粉組成；
本發(fā)明中，所述的耐火細(xì)粉中包括3-5份的藍(lán)晶石粉；
所述的氧化物微粉由2-6份的氧化硅微粉和1-4份的氧化鋁微粉組成；
所述的氧化硅微粉中氧化硅含量為97. 5%，所述氧化鋁微粉中氧化鋁的含量為98. 7% ； 所述的結(jié)合劑為含氧化鋁70%的鋁酸鈣水泥；
該種含塑性相的耐火澆注料的制備方法為，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取上述適當(dāng)粒徑的原料主體耐火原料選取粒徑為I-Smm的耐火骨料和粒徑為
O.044-lmm的耐火細(xì)粉兩類，藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉的粒徑為O. 044-0. 15mm，氧化鋁微粉和氧化硅微粉小于5 μ m,鋁酸鈣水泥小于O. 088mm,各物料選取完成后備用；
2)耐火細(xì)粉的配制 塑性相細(xì)粉的配制
按照重量比，取金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉混合均勻配制成總重為3-10份的塑性相細(xì)粉，其中金屬招粉為1_3份，單質(zhì)娃粉為2_8份；
然后將配制好的塑性相細(xì)粉加入到3-5份的藍(lán)晶石粉和18-37份的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細(xì)粉中并混合均勻，制得含塑性相的耐火細(xì)粉混合物，備用；
3)耐火澆注料的配制
稱取步驟I選取完成的45-60份的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然后依次加入在步驟2制得的耐火細(xì)粉混合物、在步驟I選取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的鋁酸鈣水泥和
O.15-0. 2份的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻后，即制得成品。本發(fā)明制得的耐火澆注料在使用時(shí)，在耐火澆注料中加入其重量5-7%的清潔水，攪拌均勻后即可澆注成型。本發(fā)明中，耐火骨料選取電熔莫來石、亞白剛玉、棕剛玉、板狀剛玉、特級礬土熟料、尖晶石等常規(guī)骨料中的ー種或幾種。含塑性相的高強(qiáng)耐火澆注料具有很高的力學(xué)強(qiáng)度、良好的熱震穩(wěn)定性和耐磨蝕性，且耐高溫性能優(yōu)良，使用壽命長，對提高高溫設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率、降低耐火材料消耗、降低能源消耗和生產(chǎn)成本效果明顯。其設(shè)計(jì)原理借鑒了“過渡塑性相エ藝(Transient PlasticPhase Process)”思想，通過引入適量的塑性相(硅粉和鋁粉)，一方面借助硅粉在材料燒結(jié)過程中容易液化或軟化的性質(zhì)，促使材料在較低的溫度下產(chǎn)生液相燒結(jié)，提高材料的結(jié)合強(qiáng)度；另一方面，一部分塑性相(尤其是材料表層部位的塑性相)將參與反應(yīng)生成非金屬增強(qiáng)相。具體就本發(fā)明而言，澆注料中的一部分硅粉會(huì)氧化為SiO2、引入的鋁粉先與水反應(yīng)形成Al (OH) 3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3,然后SiO2和Al2O3反應(yīng)形成針、柱狀的莫來石晶體，從而改善澆注料的強(qiáng)度。此外，材料內(nèi)部的部分硅粉仍保持其原來的屬性，并在高溫狀態(tài)下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。有益效果本發(fā)明在耐火澆注料中添加了單質(zhì)鋁粉和單質(zhì)硅粉，澆注料中的一部分單質(zhì)硅粉在材料燒結(jié)過程中容易液化或軟化的性質(zhì)，促使材料在較低的溫度下產(chǎn)生液相燒結(jié)，提高材料的結(jié)合強(qiáng)度，一部分硅粉會(huì)氧化為SiO2;引入的鋁粉先與水反應(yīng)形成Al (OH) 3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3,然后SiO2和Al2O3反應(yīng)形成針、柱狀的莫來石晶體，從而改善澆注料的強(qiáng)度；同時(shí)，材料內(nèi)部的部分硅粉仍保持其原來的屬性，并在高溫狀態(tài)下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。


圖I為本發(fā)明各實(shí)施例所制成品的性能對比表。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)ー步的闡述。實(shí)施例I
一種含塑性相的耐火澆注料的制備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當(dāng)粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒、白剛玉細(xì)粉、特級礬土細(xì)粉、莫來石細(xì)粉、藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉、單質(zhì)硅粉、氧化鋁微粉、氧化硅微粉和鋁酸鈣水泥等。選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為l-8mm，特級礬土細(xì)粉、莫來石細(xì)粉和白剛玉細(xì)粉為O. 044-lmm，藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉的粒徑為
O.044-0. 15mm,氧化鋁微粉和氧化硅微粉小于5微米，鋁酸鈣水泥小于O. 088mm,各物料選取完成后備用；
2)耐火細(xì)粉的配制 塑性相細(xì)粉的配制
按照重量比，取金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉混合均勻配制成總重為3kg的塑性相細(xì)粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內(nèi)，單質(zhì)硅粉的重量在2-8kg之內(nèi)；
然后將配制好的3kg的塑性相細(xì)粉加入到3kg的藍(lán)晶石粉和37kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細(xì)粉中并混合均勻，制得含塑性相的耐火細(xì)粉混合物，備用；
其中，所述的37kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細(xì)粉的組成為莫來石細(xì)粉15kg，特級礬土細(xì)粉12kg，白剛玉細(xì)粉IOkg ；
3)耐火澆注料的配制
稱取在步驟I選取完成的45kg的粒徑為1-8_的耐火骨料，然后依次加入由步驟2制得的耐火細(xì)粉混合物、由步驟I選取的7kg的氧化物微粉、5kg的鋁酸鈣水泥和O. 2kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻后，即制得成品；
其中，所述的粒徑為1-8_的耐火骨料的組成為特級礬土熟料顆粒30kg，莫來石顆粒15kg ；
所述的氧化物微粉的組成為1kg的氧化鋁微粉和6kg的氧化硅微粉；
所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為O. 8: I。
實(shí)施例2
一種含塑性相的耐火澆注料的制備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當(dāng)粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒、白剛玉細(xì)粉、特級礬土細(xì)粉、莫來石細(xì)粉、藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉、單質(zhì)硅粉、氧化鋁微粉、氧化硅微粉和鋁酸鈣水泥，選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為l-8mm，特級礬土細(xì)粉、莫來石細(xì)粉和白剛玉細(xì)粉為O. O 4 4 -1 mm，藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉的粒徑為
O.044-0. 15mm,氧化鋁微粉和氧化硅微粉小于5微米，鋁酸鈣水泥小于O. 088mm,各物料選取完成后備用；
2)耐火細(xì)粉的配制 塑性相細(xì)粉的配制
按照重量比，取金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉混合均勻配制成總重為7kg的塑性相細(xì)粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內(nèi)，單質(zhì)硅粉的重量在2-8kg之內(nèi)；
然后將配制好的7kg的塑性相細(xì)粉加入到4kg的藍(lán)晶石粉和28kg的粒徑為O. 044-lmm其他耐火細(xì)粉中并混合均勻，制得含塑性相的耐火細(xì)粉混合物，備用；
其中，所述的28kg的粒徑為O. 044-lmm的其他耐火細(xì)粉的組成為莫來石細(xì)粉10kg，特級礬土細(xì)粉9kg，白剛玉細(xì)粉9kg ；
3)耐火澆注料的配制
稱取在步驟I選取完成的52kg的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然后依次加入由步驟2制得的耐火細(xì)粉混合物、由步驟I選取的5kg的氧化物微粉、4kg的鋁酸鈣水泥和O. 17kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻后，即制得成品；
其中，所述的粒徑為l_8mm的耐火骨料的組成為白剛玉顆粒35kg，莫來石顆粒17kg ； 所述的氧化物微粉的組成為2kg的氧化鋁微粉和3kg的氧化硅微粉；
所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為1:1。實(shí)施例3
一種含塑性相的耐火澆注料的制備方法，包含以下步驟
1)物料的選取
分別選取適當(dāng)粒徑的原料，包括特級礬土熟料顆粒、白剛玉顆粒、白剛玉細(xì)粉、特級礬土細(xì)粉、藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉、單質(zhì)硅粉、氧化鋁微粉、氧化硅微粉和鋁酸鈣水泥，選取的各物料粒徑為特級礬土熟料顆粒和莫來石顆粒為1_8_，特級礬土熟料顆粒、莫來石顆粒和白剛玉細(xì)粉為O. 044-lmm，藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉的粒徑為O. 044-0. 15mm，氧化鋁微粉和氧化硅微粉小于5微米，鋁酸鈣水泥小于O. 088_，各物料選取完成后備用；
2)耐火細(xì)粉的配制 塑性相細(xì)粉的配制
按照重量比，取金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉混合均勻配制成總重為IOkg的塑性相細(xì)粉，其中金屬鋁粉的重量在l_3kg之內(nèi)，單質(zhì)硅粉的重量在2-8kg之內(nèi)；
然后將配制好的IOkg的塑性相細(xì)粉加入到5kg的藍(lán)晶石粉和18kg的粒徑為
O.044-lmm的其他耐火細(xì)粉中并混合均勻，制得含塑性相的耐火細(xì)粉混合物，備用；
其中，所述的粒徑為O. 044-lmm的耐火骨料的組成為特級礬土細(xì)粉6kg，白剛玉細(xì)粉12kg；
3)耐火澆注料的配制
稱取在步驟I選取完成的60kg的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然后依次加入由步驟2制得的耐火細(xì)粉混合物、由步驟I選取的4kg的氧化物微粉、3kg的鋁酸鈣水泥和O. 15kg的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻后，即制得成品；
其中，所述的粒徑為I-8mm的耐火骨料的組成為特級礬土熟料顆粒35kg，白剛玉顆粒25kg；
所述的氧化物微粉的組成為2kg的氧化鋁微粉和2kg的氧化硅微粉； 所述的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為I. 2:1。
權(quán)利要求
1.一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細(xì)粉、氧化物微粉、結(jié)合劑和外加劑組成，其特征為耐火骨料的粒度為l-8mm，耐火細(xì)粉的粒度為0. 044-lmm，氧化物微粉的粒度小于5 iim，結(jié)合劑的粒度小于0. 088mm，各成分按重量比的加入量為耐火骨料45-60份、耐火細(xì)粉33-43份、氧化物微粉4-7份、結(jié)合劑3-5份、外加劑0. 15-0. 2份； 所述的外加劑由三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉組成，且三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的重量比為 0. 8-1:1 ; 所述的耐火細(xì)粉中包括3-10份的塑性相細(xì)粉，該塑性相細(xì)粉由1-3份的金屬鋁粉和·2-8份的單質(zhì)硅粉組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特征為所述的耐火細(xì)粉中包括3-5份的藍(lán)晶石粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特征為所述的氧化物微粉由2-6份的氧化硅微粉和1-4份的氧化鋁微粉組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特征為所述的氧化硅微粉中氧化硅含量為97. 5%，所述氧化鋁微粉中氧化鋁的含量為98. 7%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含塑性相的耐火澆注料，其特征為所述的結(jié)合劑為含氧化鋁70%的鋁酸鈣水泥。
6.一種含塑性相的耐火澆注料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 1)物料的選取 分別選取上述粒徑適當(dāng)?shù)脑希x取的各物料粒徑為主體耐火原料選取粒徑為·I-8mm的耐火骨料和粒徑為0. 044-lmm的耐火骨料細(xì)粉兩類，藍(lán)晶石粉、金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉的粒徑為0. 044-0. 15mm,氧化招微粉和氧化娃微粉小于5 u m,招酸I丐水泥小于0. 088mm,各物料選取完成后備用； 2)耐火細(xì)粉的配制 塑性相細(xì)粉的配制 按照重量比，取金屬鋁粉和單質(zhì)硅粉混合均勻配制成總重為3-10份的塑性相細(xì)粉，其中金屬招粉為1_3份，單質(zhì)娃粉為2_8份； 然后將配制好的塑性相細(xì)粉加入到3-5份的藍(lán)晶石粉和18-37份的粒徑為0. 044-lmm的其他耐火細(xì)粉中并混合均勻，即制得含塑性相的耐火細(xì)粉混合物，備用； 3)耐火澆注料的配制 稱取在步驟I選取完成的45-60份的粒徑為l_8mm的耐火骨料，然后依次加入在步驟2制得的耐火細(xì)粉混合物、在步驟I選取的4-7份的氧化物微粉、3-5份的鋁酸鈣水泥和·0. 15-0. 2份的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉混合物，充分混合均勻后，即制得成品。
全文摘要
一種含塑性相的耐火澆注料，由耐火骨料、耐火細(xì)粉、氧化物微粉、結(jié)合劑和外加劑組成，耐火骨料的粒度為1-8mm，耐火細(xì)粉的粒度為0.044-1mm，氧化物微粉的粒度小于5μm，結(jié)合劑的粒度小于0.088mm。本發(fā)明在耐火澆注料中添加了單質(zhì)鋁粉和單質(zhì)硅粉，單質(zhì)硅粉在材料燒結(jié)過程中液化或軟化，促使材料在較低的溫度下產(chǎn)生液相燒結(jié)，提高材料的結(jié)合強(qiáng)度；引入的鋁粉先與水反應(yīng)形成Al(OH)3，繼而受熱分解形成活性較大的Al2O3，然后SiO2和Al2O3反應(yīng)形成針、柱狀的莫來石晶體，改善澆注料的強(qiáng)度；同時(shí)，部分硅粉在高溫狀態(tài)下變成粘塑性相，彌散分布在材料中，提高材料的韌性，改善澆注料的抗熱震性。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102674861SQ20121016368
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者廖桂華, 張國強(qiáng), 張玫, 徐國輝, 曹欽存, 武金川, 陳軍 申請人:洛陽理工學(xué)院, 洛陽鎂鋁耐火材料有限公司