CN101062866A - 一种低密度、耐高温高铝轻质浇注料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低密度、低导热、高温体积稳定的高铝轻质浇注料及制备方法，其特征在于所述的轻质浇注料的质量百分组成是：轻质莫来石骨料26～55％，漂珠5～20％，石英3～10％，兰晶石10～25％，二氧化硅微粉2～10％，α－Al₂O₃微粉2～10％，纯铝酸钙水泥10～25％，纤维0.5～5％，合适的组成，特别是复合超细粉的使用和大量的加入复合膨胀剂使所配制的轻质浇注料不仅体积密度低于1.35g/cm³，1000℃时热导率为＜0.3w/m·k，且全温域强度高，高温体积稳定性好，可在1400℃高温下长期使用，突破了体积密度1.35g/cm³以下的轻质浇注料长期使用温度低于1300℃的禁界。

Description

一种低密度、耐高温高铝轻质浇注料

技术领域

本发明涉及一种低密度、低导热、高温体积稳定的优质高铝轻质浇注料及制备方法，作燃烧器工作衬长期使用温度可达1400℃，属不定形耐火材料领域。

背景技术

轻质浇注料在各工业窑炉和燃烧器上已得到广泛的使用，但由于隔热性、强度和耐高温性能间的矛盾，通常体积密度小于1.35g/cm³的轻质浇注料在1300℃以上的使用场合均作保温层使用，传统的砌筑方法是一层保温层加一层耐高温的重质耐火材料组成，这种双层结构不仅增加了内衬的厚度，给装置带来负荷，而且施工麻烦，尤其是两层之间由于材质的不同容易形成薄弱层，进而造成两层材料之间的分离破坏。为满足需求，单层衬材料成为发展趋势。

作为单层衬材料需要具备以下特点：1)要尽可能减少热损失，提高热能效益，即要求材料具有低热导率；2)材料具有足够的强度以承受自重并抵抗热气流的冲刷、摩擦和侵蚀；3)具备良好的高温体积稳定性。

为此，国内外耐火材料工作者都不断努力，试图在上述几方面综合平衡改进。如山东鲁耐窑业有限责任公司刘兰瑛、刘伟等人研制了Al₂O₃含量45～47％，体积密度1.54～1.58g/cm³，耐压强度19～30MPa的轻质浇注料，可在1350℃工业裂解炉上使用收到良好的效果。再如西安科技大学胡志华等人研制了体积密度在1.5～1.88g/cm³之间，最终使用温度为1350℃的隔热浇注料。

然而随着国民经济的蓬勃发展，节能、环保等要求的不断提高，要求轻质浇注料的体积密度和热导率更低，使用温度更高。特别是随着新型的节能环保型燃烧器的不断开发，对燃烧器内衬的耐火浇注料提出更高的要求。如美国某燃烧器上海分公司生产的燃烧器其内衬要求体积密度小于1.35g/cm³，热导率1000℃小于0.3w/m·k，1400℃×3hr线变化率0～+0.5％并能长期在1400℃高温下使用的优质轻质高铝浇注料，该燃烧器节能效果显著，可降低能耗15～20％。

而目前就一般而言，体积密度小于1.35g/cm³的轻质浇注料长期使用温度只能在1300℃以下，且经热高温1300℃×3hr热处理后均有收缩趋势，不能满足先进燃烧器设备的使用要求。能否解决以下问题：1)体积密度小于1.35g/cm³，全温域抗折强度大于2.5MPa；2)材料在1000℃条件下的热导率小于0.3w/m·k；3)材料的高温体积稳定性好，经高温1400℃×3hr热处理后线变化率在0～+0.5％，呈微膨胀势态，已成为本领域急待解决的问题，亦即需要突破目前普通认为的体积密度1.35g/cm³以下的轻质浇注料长期使用温度低于1300℃的禁界。

这就是本发明区别于现有技术的基本出发点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种优良的低密度、低热导率、可在1400℃长期使用的高铝轻质浇注料及制备方法，使提供的高铝轻质浇注料不仅可以使体积密度小于1.35g/cm³的条件下，长期在1400℃高温条件下服役，其隔热效果好，而且又具有足够的强度抵抗热气流的冲刷，在蓄热式、废气再循环辐射管上等燃烧器设备上的使用寿命达二年以上。

本发明的目的是通过以下技术手段达到的：

1)主原料的选择：选择Al₂O₃质量百分含量大于60％的轻质莫来石骨料、漂珠为主原料，以纯铝酸钙水泥为结合剂；

2)复合超微粉的使用：引入适量的超细SiO₂微粉和α-Al₂O₃微粉，提高材料的强度；

3)石英和兰晶石两种的膨胀剂-复合使用，维持了材料的在中温、高温下具有良好的体积稳定性并可产生微膨胀；

4)引入适量的纤维材料，使轻质浇注料在施工时轻质骨料与细粉不易分离，并降低材料的体积密度，提高隔热效果。

具体而言，本发明提供的优质高铝轻质浇注料具体组成百分数是：

5～3mm    轻质莫来石骨料    5～15％

3～1mm    轻质莫来石骨料    20～30％

1～0mm    轻质莫来石骨料    1～10％

＜0.5mm   漂      珠        5～20％

＜0.5mm   兰  晶  石        10～25％

＜0.5mm   石      英        3～10％

          二氧化硅微粉      2～10％

          α-Al₂O₃微粉    2～10％

          纯铝酸钙水泥      10～25％

          纤      维        0.5～5％

从在上述组成中可清楚地看到：

1)在配料中加入轻质莫来石和漂珠二种不同的轻质骨料，除了可以使浇注料的体积密度可以大大地降低外，并又使材料具有良好的耐高温性能；

2)通过引入石英、兰晶石二种膨胀剂，使浇注料在1200℃以下依靠石英的晶形转化产生的膨胀抵销轻质料因加水量高等因素造成的收缩，在1200℃以上依靠兰晶石的膨胀抵销轻质料中各种细粉在高温下的收缩，并使浇注料产生微膨胀。

3)SiO₂微粉和α-Al₂O₃微粉的复合加入，一方面可提高浇注料的流动性，改善浇注料的组织结构而提高强度；另一方面，由于SiO₂微粉和α-Al₂O₃微粉在高温下形成针状莫来石而进一步提高浇注料的强度，并提高材料的抗剥落性。

显然，SiO₂微粉和α-Al₂O₃微粉的加入对轻质浇注料的体积密度有提高作用，因此其加入量必须合理控制，当SiO₂微粉的含量低于2％，改善轻质浇注料性能和增强效果不明显，而当超过10％，则浇注料体积密度大大地提高，且对材料的高温性能带来明显的不利。SiO₂微粉的纯度希望在92％以上，SiO₂的含量太低则引入过多杂质，将会影响材料的高温性能。二氧化硅微粉和α-Al₂O₃微粉为过320目筛，即≤75μm。

另石英和兰晶石的加入量也必须合理地控制，当石英加入量低于3％，效果不明显，高于10％则影响浇注料的结构而降低强度和高温性能。其粒度控制在小于0.5mm。兰晶石作为一种较高温度下的膨胀剂，其加入量小于10％，效果不明显，其加入量大于25％则材料产生异常膨胀而影响浇注料的各方面性能。

纤维的加入量有效地提高了浇注料的和易性和隔热性，防止了浇注料的颗粒偏析，但其加入量必须合理控制，当低于0.5％效果不明显，当超过5％则浇注料的加水量大大提高，流动性、强度明显降低。本发明采用的纤维可以是有机纤维、纸纤维、玻璃纤维、C纤维等，一般在这些纤维中选择一种或一种以上。

由本发明提供的低密度、耐高温高铝轻质浇注料的Al₂O₃质量百分含量为50～65％，CaO的质量百分含量为3～7％，余量为SiO₂以及不可避免的杂质。体积密度为1.28～1.35g/cm³，经1400℃×3hr高温处理后的线变化率为0～0.5％。

由本发明提供的低密度、耐高温轻质浇注料的制备工艺是：

1)各细粉按权利要求1所述的配比称量；

2)将SiO₂微粉、Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥以及纤维与步骤1)中小于1mm的细粉预混；

3)将步骤2)预混好的细粉再与其他大于1mm的骨料混合均匀，并加入纤维，使混合均匀。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步阐明本发明实质性特点和显著的进步。

实施例1

提供的低密度、耐高温轻质浇注料的Al₂O₃质量百分含量为57.5％，CaO为5.8％，具体配比是5～3mm轻质莫来石骨料12％，3～1mm轻质莫来石骨料22％，1～0mm轻质莫来石骨料4％，＜0.5mm漂珠12％，＜0.5mm兰晶石16％，＜0.5mm石英8％，SiO₂微粉4％，α-Al₂O₃微粉6％，纯铝酸钙水泥20％，纸纤维0.5％，有机纤维0.2％。

先按上述配比称重，将纤维和小于1.0mm部分细粉预混合后再与其它颗粒料混匀，并使纤维充分打散。

实施例2

提供低密度、耐高温轻质浇注料的Al₂O₃质量百分含量为50.8％，CaO为3.7％，具体配比是5～3mm轻质莫来石骨料7％，3～1mm轻质莫来石骨料28％，1～0mm轻质莫来石骨料6％，＜0.5mm漂珠12％，＜0.5mm兰晶石12％，＜0.5mm石英8％，SiO₂微粉8％，α-Al₂O₃微粉5％，纯铝酸钙水泥13％，纸纤维0.5％，有机纤维2.0％。

先按上述配比称重，将纤维和小于1.0mm部分细粉预混合后再与其它颗粒料混匀，并使纤维充分打散。

经检测与原有产品性能指标对比如下表：

项目	条件	比较例	实施例1	实施例2
					Al2O3(％)		48	58.5	50.1
CaO(％)		8.5	5.7	3
					体积密度(g/cm3)	110℃×24hr	1.33	1.34	1.30
抗折强度(MPa)	110℃×24hr	2.7	3.8	3.2
					1100℃×3hr	1.8	3.6	3.5
	1400℃×3hr	4.6	4.0	4.0

线变化率(％)	1100℃×3hr	-0.35	-0.25	-0.30
					1400℃×3hr	-3.5	+0.25	+0.13
	热导率(m/w·k)	1000℃	0.32	0.28					0.26
长期使用温度℃						1250	1400	1400

Claims (7)

1、一种耐高温、低导热高铝轻质浇注料，其特征在于所述的轻质浇注料的质量百分组成是：轻质莫来石骨料26～55％，漂珠5～20％，石英3～10％，兰晶石10～25％，二氧化硅微粉2～10％，α-Al₂O₃微粉2～10％，纯铝酸钙水泥10～25％，纤维0.5～5％。

2、按权利要求1所述的耐高温、低导热高铝轻质浇注料，其特征在于所述的高铝轻质浇注料中Al₂O₃的质量百分含量为50～65％，CaO的质量百分含量为3～7％，余量为SiO₂及少量杂质。

3、按权利要求1所述的耐高温、低导热高铝轻质浇注料，其特征在于所述的浇注料中轻质莫来石骨料是颗粒级配的，具体是5-3mm轻质莫来石骨料质量百分含量为5-15％，3-1mm轻质莫来石骨料质量百分含量为20-30％，1-0mm轻质莫来石骨料质量百分含量为1-10％。

4、按权利要求1所述的耐高温、低导热高铝轻质浇注料，其特征在于所述的作为低温膨胀剂的石英粒径小于0.5mm。

5、按权利要求1所述的耐高温、低导热高铝轻质浇注料其特征在于所述的作为高温膨胀剂的兰晶石粒度小于0.5mm。

6、按权利要求1所述的耐高温、低导热高铝轻质浇注料其特征在于，所述的纤维为有机纤维、纸纤维、玻璃纤维、C纤维的一种或一种以上。

7、按权利要求1所述的低密度、耐高温高铝轻质浇注料的制备方法，其特征在于具体步骤是：

1)各细粉按权利要求1所述的配比称量；

2)将SiO₂微粉、Al₂O₃微粉、纯铝酸钙水泥以及纤维与步骤1)中小于1mm的细粉预混；

3)将步骤2)预混好的细粉再与其他大于1mm的骨料混合均匀，并加入纤维，使混合均匀。