CN101143795A - 一种新型环保型捣打料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
新型环保型捣打料及其制备方法，可以解决现有技术中存在的捣打料性能不稳定、污染大、物料混合不均匀、使用寿命不高等问题。它包括捣打料基体80～95％，表面处理剂0.1～5％，高碳沥青粉0.1～15％，三种组分之和为100％；外加复合结合剂1～20％。其制备方法：将由粗、中骨料、部分粉料、高碳沥青粉进行初混，再将经过表面处理剂处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉加入捣打料基体中进行细混，加入复合结合剂进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。本发明生产的产品稳定，强度高，寿命长，抗氧化性能与抗热破坏性能好，使用寿命提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种不定形耐火材料，特别涉及一种新型复合树脂结合的环保型捣打料及其制备方法。
背景技术
捣打料主要用在高炉出铁沟、渣沟、铁水沟，或者不方便用浇注施工的部位。
高炉铁沟用捣打料以刚玉、特级矾土、SiC为主要原料，加入一定量的沥青粉，加入焦油或者酚醛树脂溶液作为结合剂混合而成。大高炉的主沟一般使用浇注料，而在铁沟、渣沟部分或全部使用捣打料。小高炉由于渣铁难于清理，多使用捣打料为主，通铁量仅在几千吨，近年成分与配方改进后的捣打料通铁量达到过2万多吨。免烘烤铁沟捣打料不需要烘烤，直接通铁，使用比较方便，捣打也容易。但由于成本价格低，使用了沥青、焦油，在高温下使用，散发黄色的有毒烟雾，对现场环境有影响，损害工人的健康。而且铁沟使用中粘渣、局部破坏时，清渣非常困难，温度高，此时局部铺沟，捣打料味道重，影响环境。
文献1选用Al2O3含量大于90％以上的棕刚玉和Al2O3含量大于85％以上的特级矾土为骨料和细粉，选用专门配制的改性酚醛树脂溶液作为结合剂，研制的铁沟捣打料具有良好的热震稳定性和抗氧化性，具有抗高温熔渣、铁水的熔蚀和冲刷性能。此研究虽然报道使用中不产生有毒气体，但结合剂仍然以酚醛树脂为主，毒害只能说减弱了。文献2研究了捣打料颗粒级配、含碳材料的种类及其添加量、增塑剂的选择、以及防氧化剂、高温增强剂和结合剂等对铁沟捣打料性能的影响。其主要原料包括：电熔棕刚玉、亚白刚玉、致密刚玉、特优矾土、黑碳化硅、Al2O3微粉、两种碳源、增塑剂、防氧化剂、高温增强剂和结合剂等。文献3介绍一种以电熔棕刚玉为骨料的Al2O3-SiC-C质高炉出铁沟捣打料。文献4介绍了一种环保型的Al2O3-SiC-C质免烘烤铁沟捣打料，选用电熔刚玉、优质碳化硅为主要原料，以有机结合剂为结合剂，但有机结合剂的组成没有报道。文献5介绍以Al2O3>80％的高铝熟料和SiC)90％的碳化硅为主要原料，加入适量的炭质材料，抗氧化剂及复合结合剂等研制出的无沥青中小高炉主铁沟捣打料，其体积密度2.50t/m3；耐压强度27.4MPa；抗折强度8.8MPa，应用在出铁温度为1450℃的300m3高炉主铁沟，不修补使用8天，通铁量为8000t。文献6介绍以电熔致密刚玉、碳化硅和鳞片石墨为主要原料，固体酚醛树脂为结合剂的捣打料，分析了金属铝粉和硅粉对Al2O3-SiC-C质干式捣打料性能的影响。文献7通过针对中小型高炉出铁沟的现场施工及使用条件，重点对捣打料颗粒度组成、碳质原料、结合剂、烧结剂进行了研究，研制出环保型的Al2O3-SiC-C质免烘烤铁沟捣打料。文献8提供了一种出铁沟衬修补或重筑完成后，不用烘烤就能立即投入使用的免烘烤致密电熔刚玉出铁沟捣打料；该发明其组分按重量百分比计：致密电熔刚玉65-80％、黑碳化硅5-10％、鳞片石墨1-5％、添加剂8-18％、结合剂3-10％的均匀混合物，各组分重量之和为100％。文献9发明了一种含氮化硅铁的免烘烤铁沟捣打料，由硅酸铝材料、碳化硅、炭素材料及氮化硅铁、结合剂组成。其特征在于：硅酸铝材料为43-80％，碳化硅为7-25％，炭素材料为2-10％，氮化硅铁为5-15％，Si粉为0-4％，Al粉为0-3％，在上述混合料的基础上外加酚醛树脂2-7％，以上均为质量百分数。文献10发明专利公开了一种炼铁高炉出铁沟用免烘烤型Al2O3-SiC-C质捣打料的生产方法，采用一种新型的复合结合系统，包括热固性酚醛树脂有机结合剂和陶瓷结合剂，使得在使用过程中不产生水蒸汽，并赋予捣打料快速烧结性能，从而保证出铁沟在用捣打料施工后无须烘烤而直接出铁，且使用后产生较高的高温强度，提高了出铁沟的使用寿命，降低了耐材单耗和生产成本，减轻了劳动强度并改善工作环境。
这些有关出铁沟捣打料的报道，主要着重在于材料的组成、加入量的变化，结合剂系统多使用的酚醛树脂，实际上都使用了低熔点的沥青粉作为辅助结合剂。由于树脂比较粘稠，因此在混合过程中，难于将细粉和骨料混合均匀，实际的捣打料生产过程中，细粉没有均匀分散，就被树脂包裹成团，而骨料的表面，也为树脂包裹，在实际的使用中，骨料与细粉的结合比较困难，即使烧结也不紧密。在使用的酚醛树脂中，必须使用液态的树脂才便于生产，这些树脂中含有芳香族的苯环或蒽、萘等有毒害物质，挥发过程，对于人体有影响，因此应该尽量减少酚醛树脂的用量。从价格上考虑，树脂比较昂贵，使用低软化点的煤沥青也有较多有害气体的挥发。
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发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种新型环保型捣打料及其制备方法，采用含酚醛树脂量较少，多种材料复合而成的结合剂系统来生产环保型捣打料，易于成型，不烘烤、污染少、不易团聚、结合剂分布均匀，高温下可形成稳定的结合相，因此环保捣打料强度高，寿命长。
本发明的技术方案是：一种新型环保型捣打料，包括捣打料基体、复合结合剂，表面处理剂，高碳沥青粉，其特征在于：所述的捣打料的组分和重量百分比含量：
捣打料基体80～95％，表面处理剂0.1～5％，高碳沥青粉0.1～15％，三种组分之和为100％；
外加复合结合剂1～20％；
所述捣打料基体的成分是矾土、碳化硅、刚玉、棕刚玉、焦宝石、莫来石中的两种以上的组分；
所述的复合结合剂为含有10～60％的酚醛树脂酒精溶液或乙二醇溶液，或是含不可食用的3～60％废弃动、植物油的酚醛树脂溶液的混合体；(复合结合剂即利用2种不同材料的性能混合、高速搅拌而成的复合体材料)
所述的表面处理剂是下列之一种或多种：硬脂酸钠，硬脂酸镁，硅溶胶，铝溶胶，酚醛树脂粉。其作用是在材料的表面形成亲油的性能，同时能够在骨料与细粉之间形成容易烧结的物相。
如上所述的环保型捣打料，其特征在于：捣打料基体85～95％，表面处理剂0.1～3％、高碳沥青粉1～5％，三种组分之和为100％；外加复合结合剂5～9％。
如上所述的环保型捣打料，其特征在于：所述的捣打料基体中包括超细的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉中的一种或多种，粒度小于0.055mm，用量为3～15％；所述的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉是经过与固体酚醛树脂粉末或表面处理剂在100～300度的温度下经过高速搅拌混合干燥处理的。
如上所述的环保型捣打料，其特征在于：所述的高碳沥青粉的软化点在180度以上。
如上所述的环保型捣打料的制备方法，其特征在于：将捣打料基体中的矾土、棕刚玉、焦宝石等粗、中骨料和刚玉、矾土粉料与高碳沥青粉进行初混，再将经过表面处理剂处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉中至少一种加入捣打料基体中进行细混，然后加入复合结合剂进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。
以复合结合剂生产的环保型捣打料是解决捣打料性能不稳定、污染大、使用寿命不高的一个重要手段。其机理是：通过表面处理，粉体表面形成亲油性的组成，再与树脂的结合，就不容易成为团聚体；复合结合剂系统由于含树脂少，容易在骨料和具有亲油基团表面的粉体间形成良好的结合，挥发烧结后形成碳结合，捣打料骨料与细粉间由于细粉的烧结，形成稳定性好的结合相，提高捣打料的结合强度。由于是气、液相的处理形式，结合相容易渗透到骨料和细粉的所有表面，改善了材料的结合性能与抗热破坏性能。
本发明的特点还在于采用表面处理剂将微细粉表面处理技术，和由于高软化点沥青粉的加入，制成的环保捣打料易于成型，不烘烤、污染少、不易团聚、结合剂分布均匀，高温下可形成稳定的结合相，因此环保捣打料强度高，寿命长，液态结合、气相处理形成的薄膜对碳素氧化起到了防止作用，改善了材料的抗氧化性能与抗热破坏性能，利于材料性能的改进。
具体实施方式
通过以下实施例说明本发明的构思及科学原理，但不应认为本发明仅限于下述实施例中涉及的材料及组成。
实施例1：
捣打料基体：小于3mm的棕刚玉40％、小于5mm的矾土21.5％、小于0.088mm的刚玉20％、小于0.088mm的碳化硅5％、小于0.088mm的金属硅2％；
复合结合剂：含有20％热固性酚醛树脂的酒精溶液或乙二醇溶液6～7％(外加)
表面处理剂：固体酚醛树脂粉末2％；
捣打料基体：氧化铝微粉2％+氧化硅微粉3％+碳化硅细粉3％(粒度小于50μmm，与2％的固体酚醛树脂粉末在200度的温度下经过高速搅拌混合干燥处理)；
高碳沥青粉：高碳沥青粉1.5％(软化点220度)。
将捣打料基体的粗、中骨料、粉料与高碳沥青粉进行初混，再将经过2％固体酚醛树脂粉末表面处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉加入初混料中进行细混，然后加入复合结合剂(含有20％热固性酚醛树脂的酒精溶液或乙二醇溶液)进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。测其性能结果见附表。
实施例2：
捣打料基体：小于3mm的棕刚玉15％、小于5mm的矾土51.5％、小于0.088mm的棕刚玉15％、小于0.088mm的碳化硅5％、小于0.088mm的金属硅2％；
复合结合剂：含有不可食用的废弃动、植物油30％，40％热固性酚醛树脂的酒精溶液或乙二醇溶液6～7％(外加)
表面处理剂：硬脂酸钠1％、硬脂酸镁1％；
捣打料基体：氧化铝微粉2％+氧化硅微粉3％+碳化硅细粉3％，粒度小于50μm，用表面处理剂在260度的温度下经过高速搅拌混合干燥处理的；
高碳沥青粉：高碳沥青粉1.5％(软化点220度)；
将捣打料基体的矾土、棕刚玉骨料、粉料与高碳沥青粉进行初混，再将经过表面处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉加入初混料中进行细混，然后加入复合结合剂(含有不可食用的废弃动、植物油30％，40％热固性酚醛树脂的酒精溶液或乙二醇溶液)进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。测其性能结果见附表。
实施例3：
捣打料基体：(重量百分数)小于3mm的棕刚玉45％、小于5mm的焦宝石20％、小于0.088mm的刚玉15％、小于0.088mm的碳化硅5％、小于0.088mm的金属硅2％；
复合结合剂：含有不可食用的废弃动、植物油50％，30％热固性酚醛树脂的酒精溶液或乙二醇溶液6～7％(外加)；
表面处理剂：液体硅溶胶1.5％、铝溶胶0.5％；
捣打料基体：氧化铝微粉2％+氧化硅微粉3％+碳化硅细粉3％，粒度小于50μm，用表面处理剂在110度的温度下经过高速搅拌混合干燥处理的。
高碳沥青粉：高碳沥青粉3％(软化点180度)。
将捣打料基体的焦宝石、棕刚玉骨料、粉料与高碳沥青粉进行初混，再将经过表面处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉加入初混料中进行细混，然后加入复合结合剂进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。测其性能结果见附表。
附表
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 耐压强度/MPa | 200℃ | 14.69 | 31.56 | 26.17 |
| 1450℃ | 29.06 | 23.75 | 15.90 | |
| 烧后体积密度/(g/cm3) | 200℃ | 2.62 | 2.70 | 2.69 |
| 1450℃ | 2.55 | 2.68 | 2.68 | |
Claims (5)
1.一种新型环保型捣打料，包括捣打料基体、复合结合剂，表面处理剂，高碳沥青粉，其特征在于：所述的捣打料的组分和重量百分比含量：
捣打料基体80～95％，表面处理剂0.1～5％，高碳沥青粉0.1～15％，三种组分之和为100％；
外加复合结合剂1～20％；
所述捣打料基体的成分是矾土、碳化硅、刚玉、棕刚玉、焦宝石、莫来石中的两种以上的组分；
所述的复合结合剂为含有10～60％的酚醛树脂酒精溶液或乙二醇溶液，或是含不可食用的3～60％废弃动、植物油的酚醛树脂溶液的混合体；
所述的表面处理剂是下列之一种或多种：硬脂酸钠，硬脂酸镁，硅溶胶，铝溶胶，酚醛树脂粉。
2.如权利要求1所述的新型环保型捣打料，其特征在于：捣打料基体85～95％，表面处理剂0.1～3％、高碳沥青粉1～5％，三种组分之和为100％；外加复合结合剂5～9％。
3.如权利要求1或2所述的新型环保型捣打料，其特征在于：所述的捣打料基体中包括超细的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉中的一种或多种，粒度小于0.055mm，用量为3～15％；所述的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉是经过与固体酚醛树脂粉末或表面处理剂在100～300度的温度下经过高速搅拌混合干燥处理的。
4.如权利要求1或2所述的新型环保型捣打料，其特征在于：所述的高碳沥青粉的软化点在180度以上。
5.如上所述的新型环保型捣打料，其特征在于：将捣打料基体中的矾土、棕刚玉、焦宝石等粗、中骨料和刚玉、矾土粉料与高碳沥青粉进行初混，再将经过表面处理剂处理的碳化硅细粉、氧化铝微粉、氧化硅微粉中至少一种加入捣打料基体中进行细混，然后加入复合结合剂进行混合并使之均匀，将制成的捣打料形成可以手捏成团的物料，用塑料包装袋密封包装备用。
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| CN101143795B (zh) | 2010-11-24 |
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