澆注體、可澆注組合物和它們的生產(chǎn)方法
【專利說明】澆注體、可澆注組合物和它們的生產(chǎn)方法
[0001] 本申請是申請日為2008年8月28日、發(fā)明名稱為"澆注體、可澆注組合物和它們 的生產(chǎn)方法"的中國發(fā)明專利申請200880104605. 8的分案申請。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及具有降低的基體含量的可澆注組合物，例如用于給意圖容納液體金 屬、玻璃等的容器和熔爐內(nèi)壁加襯里的耐火組合物。其還涉及由這些組合物和方法生產(chǎn)的 澆注體。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 已知許多用于生產(chǎn)冶金容器內(nèi)壁上的襯里的方法。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知這樣 的方法，在該方法中，將能夠固著的包含無機(jī)顆粒（任選含有纖維）以及有機(jī)和/或無機(jī)粘 合劑的含水糊狀混合物用抹刀、氣送管或其它拋射裝置通過模塑、搗固或拋射來施加到冶 金容器例如澆鑄中間包的內(nèi)部。顆?；旌衔锱c液體金屬接觸時(shí)燒結(jié)，這確保了襯里的粘著 性。
[0005] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，還已知這樣的方法，根據(jù)該方法，將至少兩層不同的組合物施加到 冶金容器的內(nèi)部，各自通過拋射上述類型的能夠固著的含水糊狀混合物進(jìn)行施加。
[0006] 這些含水糊狀混合物的流動(dòng)性（促進(jìn)它們的施涂）與存在的潤濕水的量成比例。 必須通過干燥除去用于形成含水混合物的潤濕水，這涉及固定化（immobilization)時(shí)間 和能量消耗，這兩者均不可忽視。
[0007] 還已知存在這樣的方法，根據(jù)該方法，將模板置于冶金容器內(nèi)部，將由耐火顆粒和 由可熱固粘合劑構(gòu)成的材料通過氣動(dòng)作用拋射到模板和容器內(nèi)壁之間，然后施加加熱并同 時(shí)維持模板在原位以使粘合劑固著，最后除去模板。澆注材料包含含有結(jié)晶水的無機(jī)化合 物。結(jié)晶水是與晶體化學(xué)結(jié)合的水，對于維持晶態(tài)性能是必需的，然而能夠通過充分加熱除 去。
[0008] 還已知的是，可通過濕混凝土的振動(dòng)澆注，或者通過具有自流動(dòng)稠度的混凝土的 無振動(dòng)澆注，由耐火混凝土的澆注制造耐火體。在兩種方法中，所有混凝土材料需要均勻混 合和潤濕。通常，將基體和粗材料一起配混。然后加入水以產(chǎn)生流動(dòng)性并且引發(fā)形成理想 形狀的最終產(chǎn)品的反應(yīng)。為此，材料的大部分是細(xì)?；w材料。該材料具有高的表面積，這 使其本身在不利條件例如大多數(shù)耐火應(yīng)用中易于遭受侵蝕。較大比例的水改善了混合物的 流動(dòng)性，然而促進(jìn)了所形成的產(chǎn)品中孔隙的形成。可澆注物中高的混合水含量意味著非常 長的變干燥時(shí)間和差的機(jī)械強(qiáng)度。較小比例的水抑制孔隙形成，然而產(chǎn)生易于開裂、破碎和 散裂的產(chǎn)品部件。在極端情形中，使用小比例水的配制劑不能夠形成粘著的部件。
[0009] 為提高抗熱震性，在振動(dòng)澆注材料中和在自流動(dòng)材料中使用纖維材料。纖維材料 的使用提高了對高水平的混合水的需要并且使?jié)沧⒏鼮槔щy。由于它們的高密度而對抗渣 性有益的非常粗的材料僅可一定程度地加以使用，這是因?yàn)榫哂蟹浅８叩拇植牧虾康幕?凝土的澆注非常困難。
[0010] 還使用滲透法來生產(chǎn)含有粗顆粒且混合有以漿料形式引入的較細(xì)顆粒的物品。例 如，可以用可具有約l-60mm尺寸的干燥粗顆粒填充模具以形成成形的干物體。然后用由粘 合劑、水和顆粒尺寸分布為〇. 〇〇〇l-3mm的細(xì)填充材料構(gòu)成的衆(zhòng)料滲透所述成形干物體。根 據(jù)該方法的滲透是耗時(shí)過程。通過該方法生產(chǎn)厚部件的困難隨著部件厚度而增加，除非使 用較大的骨料。
[0011] 本發(fā)明的目的是克服已知組合物的缺點(diǎn)，并且生產(chǎn)其中混合水的量得以最小化、 基體材料的量得以最小化、成形干物體的孔隙率得以最小化、成形干物體的密度得到提高 的產(chǎn)品，以及生產(chǎn)具有提高的斷裂模量和冷壓碎強(qiáng)度值的產(chǎn)品。
[0012] 發(fā)明概述
[0013] 已發(fā)現(xiàn)某些組成特征單獨(dú)地或組合地產(chǎn)生可澆注材料，該材料在與現(xiàn)有技術(shù)的組 合物相比時(shí)，能夠以減少量的水進(jìn)行配制并且表現(xiàn)出提高的密度和降低的孔隙率。這些特 征包括：
[0014] 1)最粗的耐火粒度級（grain fraction)占干組合物的50重量％或更大；該粒度 級與較小粒度級通過最小顆粒直徑與最大顆粒直徑之比為至少七或至少2的間隔（gap) 分隔開。例如，最粗的耐火粒度級可由直徑大于500、800或1000微米的顆粒構(gòu)成，并且可 以是具有最大顆粒尺寸例如1000、2000或4000微米的封閉粒度級。
[0015] 2)該組合物含有至少4個(gè)粒度級，其中由顆粒直徑比為至少七的間隔或者由顆 粒直徑比為至少2的間隔分隔開的3個(gè)鄰近粒度級具有的剩余重量百分?jǐn)?shù)（該粒度級中的 顆粒關(guān)于該粒度級中的所有顆粒加上所有較小顆粒的重量的重量百分?jǐn)?shù)）相對于各自緊 鄰較大的顆粒尺寸粒度級并且按遞減的顆粒尺寸順序?yàn)檩^小值、較大值和較小值。這種配 置（較大、較小、較大和較小的粒度級）命名為"交替剩余重量百分?jǐn)?shù)"組合物。
[0016] 3)該組合物含有至少4個(gè)粒度級，其中由顆粒直徑比為至少萬的間隔或者由顆 粒直徑比為至少2的間隔分隔開的3個(gè)鄰近粒度級具有的剩余重量百分?jǐn)?shù)（該粒度級中的 顆粒相對于該粒度級中的所有顆粒加上所有較小顆粒的重量的重量百分?jǐn)?shù)）關(guān)于各自緊 接較大的顆粒尺寸粒度級并且按遞減的顆粒尺寸順序?yàn)檩^大值、較小值和較大值。這種配 置（較小、較大、較小和較大的粒度級）命名為"交替剩余重量百分?jǐn)?shù)"組合物。
[0017] 4)該組合物含有至少2個(gè)或至少3個(gè)粒度級，所述粒度級由顆粒直徑比為至少& 或者顆粒直徑比為至少2的間隔分隔開，完全由直徑小于100微米的顆粒構(gòu)成。
[0018] 5)該組合物含有至少4個(gè)粒度級，所述粒度級由顆粒直徑比為至少^或者顆粒 直徑比為至少2的間隔分隔開，其中剩余重量百分?jǐn)?shù)為至少40%。
[0019] 6)該組合物含有至少5個(gè)粒度級，所述粒度級由顆粒直徑比為至少&或者顆粒 直徑比為至少2的間隔分隔開。
[0020] 7)所述間隔中的至少2個(gè)各自含有干組合物質(zhì)量的小于10質(zhì)量％或小于5質(zhì) 量％。
[0021] 制備了包括一種或多種這些特征的組合物，其中利用6. 0重量％、5. 0重量％、4. 0 重量％、3. 0重量％、2. 5重量％和2. 0重量％的水重量百分?jǐn)?shù)，相對于現(xiàn)有技術(shù)獲得了提高 的M0R(斷裂模量），提高的體積密度、降低的孔隙率和提高的CCS (冷壓碎強(qiáng)度）值。
[0022] 使用本發(fā)明的組合物，可獲得在230° F測得的1000或更大、2000或更大、3000或 更大、3500或更大、和12000或更大的MOR值（以鎊/平方英寸度量），以及在1500° F測 得的500或更大、1000或更大、2000或更大、3000或更大、和3500或更大的M0R值。
[0023] 使用本發(fā)明的組合物，可獲得在230° F測得的190或更大、195或更大、200或更 大的體積密度值（以鎊/立方英尺度量），以及在1500° F測得的185或更大、190或更大、 195或更大、或者200或更大的體積密度值。
[0024] 使用本發(fā)明的組合物，可獲得在230° F下測得的15或更小、10或更小、5或更 小、4或更小、或者3或更小的孔隙率（以體積％度量），以及在1500° F下測得的18或更 小、15或更小、10或更小、5或更小、4或更小、或者3或更小的孔隙率。
[0025] 使用本發(fā)明的組合物，可獲得在230 ° F測得的3000或更大、5000或更大、8000或 更大、10, 000或更大、和12000或更大的CCS值（以鎊/平方英寸度量），以及在1500° F 測得的3000或更大、5000或更大、8000或更大、10, 000或更大、和12, 000或更大的CCS值。
[0026] 附圖簡述
[0027] 圖1是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的組合物，組合物粒度級重量百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù) 標(biāo)度表示的顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；
[0028]圖2是關(guān)于本發(fā)明的組合物，組合物粒度級重量百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度表示的 顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；
[0029] 圖3是關(guān)于本發(fā)明的組合物，組合物粒度級體積百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度表示的 顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；
[0030]圖4是關(guān)于本發(fā)明的組合物，組合物粒度級體積百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度表示的 顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；
[0031] 圖5是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的組合物，組合物粒度級重量百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度表示 的顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；
[0032] 圖6是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的組合物，組合物粒度級重量百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度表示 的顆粒尺寸繪制的坐標(biāo)圖；和
[0033] 圖7是關(guān)于本發(fā)明的組合物，組合物粒度級重量百分?jǐn)?shù)相對于按對數(shù)標(biāo)度的顆粒 尺寸繪制的坐標(biāo)圖。
[0034] 發(fā)明詳述
[0035] 發(fā)現(xiàn)某些組成特征的存在或結(jié)合產(chǎn)生了其中混合水的量得以最小化、基體材料的 量得以最小化、成形干體的孔隙率得以最小化、成形干體的密度得到提高的耐火產(chǎn)品，以及 具有提高的斷裂模量和冷壓碎強(qiáng)度值的產(chǎn)品。
[0036] 在實(shí)施本發(fā)明中有用的粗骨料可含有熔凝氧化鋁或燒結(jié)氧化鋁（板狀氧化鋁）， 完整氧化鋁球，熔凝鋁礬土，熔凝和燒結(jié)的莫來石，熔凝和燒結(jié)的氧化鎂，熔凝和燒結(jié)的氧 化鎂鋁尖晶石，熔凝和燒結(jié)的氧化鋯，耐火鋁礬土，耐火藍(lán)晶石，耐火紅柱石，耐火硅線石， 碳化硅，或它們的組合。
[0037] 在實(shí)施本發(fā)明中有用的粗骨料可具有任何形狀。它們可為球形、塊狀、矩形或甚至 纖維狀。此外，它們可以單獨(dú)或組合使用。
[0038] 用于基體的粘合劑可以含有鋁酸鈣水泥，a結(jié)合水泥，普通硅酸鹽水泥，磷酸單鋁 (MAP)，粘土，活性氧化鋁（例如AA 101)，可水合的氧化鋁，和它們的組合。在某些實(shí)施方 案中，根據(jù)本發(fā)明的基體材料不含有水泥。
[0039] 用于基體的其它原料可以包括活性氧化鋁、煅燒氧化鋁、板狀氧化鋁、熔凝氧化 鋁、莫來石、碳（石墨或碳黑）、碳化硅、二氧化鋯、氧化鎂、鋁硅酸鹽（例如藍(lán)晶石、紅柱石或 硅線石）、微硅粉、鋁礬土、氧化鉻和它們的組合。該配制劑的直徑為0. 01-10微米的部分 (也稱作細(xì)料）可以含有活性氧化鋁和硅灰（fume silica)。
[0040] 基體還可以含有分散劑、增塑劑、消泡劑或起泡劑以及脫氣組分。這些試劑在本領(lǐng) 域中是已知的。
[0041] 本發(fā)明的方法以最小體積的細(xì)顆粒生產(chǎn)出可澆注混合物。通常，生產(chǎn)可澆注物所 需要的細(xì)顆粒的量取決于最高尺寸顆粒的尺寸。最高粒度為3目的混合料典型地需要最小 33體積％的-100目顆粒來形成功能性可澆注混合物。根據(jù)本發(fā)明可生產(chǎn)具有30體積％ 或更小的-100目顆粒、29體積％或更小的-100目顆粒、26體積％或更小的-100目顆粒、 25體積％或更小的-100目顆粒、22體積％或更小的-100目顆粒、或者24體積％ (包括該 值）-18體積％ (包括該值）的-100目顆粒的有用可澆注混合物。
[0042] 具有3目最高粒度的可澆注混合物典型地需要最小48體積％的-16目顆粒來形 成功能性可澆注混合物。根據(jù)本發(fā)明可生產(chǎn)具有47體積％或更小的-16目顆粒、45體積％ 或更小的-16目顆粒、或43體積％或更小的-16目顆粒的有用可澆注混合物。
[0043] 具有3目最高粒度的可澆注