CN101215176B - 高强低导热节能耐火材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于耐火材料领域，特别涉及到用于高温工业设备工作层和金属冶炼设备保温层的一种耐火材料。该耐火材料采用微孔莫来石骨料、活性Al2O3微粉、SiO2微粉、高温水泥和矾土细粉组成。本发明采用上述材料制作成耐火浇注料、预制件标准产品，其产品具有强度高、比重小、耐火度高和抗热震性能好等特点，可直接用于高温设备工作层和替代冶金熔炉炉衬永久衬和保温层。使用本发明的高温设备，可减少热损失，延长设备寿命，节约能源，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料领域，特别涉及一种高强低导热节能耐火材料。
背景技术
在冶金炼钢工业过程中，转炉冶炼后高温钢水经过钢包和中间包最后铸成坯体，在冶炼工艺涉及的所有高温熔融容器内必须砌筑耐火材料，常规耐火材料衬分为工作层、保温层、永久层。由于常规使用的耐火材料保温性能不好，钢水在容器内温度下降快，为保证钢材的性能，必须提高钢水的最初温度，以满足工艺需要。
在热风和热力管道中，为了保证高温气体在输送过程中的温度，在管道内砌筑耐火材料。在高温窑炉使用中，为保证窑炉的保温效果，同时提高窑炉内衬使用寿命，常采用由重质砖和轻质耐火材料组合砌筑，导致窑炉内衬热容量大，热效率降低。由于传统轻质保温材料强度低，不能直接用于工作层，必须用多层耐火材料砌筑，使得管径增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强低导热节能耐火材料，这种保温材料强度高，重量轻，抗热震性好，耐火度高(1650℃以上)，可以代替原钢包、中间包永久衬和保温层，或用于非接触高温熔体的热工设备和管道，可以直接用于工作衬，不但提高保温效果，而且延长设备的使用寿命。
为达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种高强低导热节能耐火材料，由微孔莫来石骨料、Al2O3微粉、高温水泥、高铝微粉、矾土微粉、SiO2微粉和膨胀剂组成；其化学成分按重量百分比为：
5-8mm微孔莫来石骨料：0.1-18％；
3-5mm微孔莫来石骨料：16-22％；
1-3mm微孔莫来石骨料：15-25％；
0-1mm微孔莫来石骨料：6-18％；
高铝微粉：4-11％；
SiO2微粉：2-6％；
活性Al2O3微粉：2-6％；
高温水泥：10-30％；
膨胀剂：7-12％。
所述微孔莫来石骨料中Al2O3≥65％；Fe2O3≤1.2；体积密度≤1.3；气孔率≥50％；耐压强度≥8Mpa；平均孔径D50≤50μm莫来石晶含量≥40％.
高铝微粉中Al2O3≥80％，320目的微粒含量≥60％。
所述Al2O3微粉中Al2O3≥95％，粒度不大于5μm的微粒的含量＞80％。
所述SiO2微粉中SiO2≥88％，粒度不大于1μ的微粒的含量＞80％。
所述高温水泥可以是高铝水泥或纯铝酸钙水泥，其中高铝水泥中Al2O3≥50％，纯铝酸钙水泥中Al2O3≥65％，比表面＞8500cm2/g。所述膨胀剂为硅线石、蓝晶石、红柱石中的至少一种。
下面分别介绍本发明耐火材料各个组分的作用：
本发明由于采用细结晶化微孔莫来石骨料、高耐火度的纯铝酸钙水泥及a-Al2O3微粉，因此具有高强度，高耐火度，低导热，保温性能好等优点。
骨料的理化指标为：Al2O3≥65％，Fe2O3≤1.2，体积密度≤1.1，气孔率≥60％，耐压强度≥10MPa。
基质组成主要采用超细微粉，在使用温度达到1000℃以上时，能参加固相反应，生成新的化合物和形成陶瓷相，使组织结构致密化，以提高耐火材料的高温强度。
高铝微粉理化指标：Al2O3≥85％，其余为SiO2，TiO2，粒度小于600目；
活性Al2O3微粉理化指标：Al2O3≥98％，粒度≤2μ的＞80％；
SiO2微粉理化指标：SiO2≥92％，粒度≤1μ的＞90％。
利用高温水泥和水发生水化反应起到结合作用，使耐火材料经烘烤后得到较强的低、中温强度，当该材料在高温下使用时，游离的CaO与Al2O3微粉发生反应，形成高温熔点CA2和CA6，从而提高了耐火材料高温强度和耐火度。
本发明所使用的膨胀剂为硅线石、蓝晶石、红柱石混料，其配比根据产品使用条件不同配制。
本发明主要矿相为莫来石、铝酸盐和刚玉，其中不同时期生成的结晶莫来石具有优良的抗热震稳定性，铝酸盐、刚玉具有良好的耐蚀性和高耐火度。
本发明可以用于钢包、中间包的永久衬和保温层。
本发明直接用于非金属熔体接触高温耐火衬，代替原重质与轻质组合的耐火内衬，降低耐火内衬的厚度，减轻了耐火材料的使用重量，也提高了寿命，同时具有好的保温效果，大大降低了生产的能耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
具有强度高、比重小、耐火度高和导热系数小等特点。使用本发明的高温设备，可减少热损失，延长设备寿命，节约能源，降低成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的说明，但不仅限于这些实施例。
根据本发明所述的耐火材料具体化学成分如表1所示，按生产不定形耐火材料的常规生产工艺进行配料，可作为浇注料；混料后振动成型，自然养护、烘烤和加工，可生产异性制品和标准产品。
表1：本发明所述的耐火材料的各种原料组成(按重量百分比)
| 序号 | 莫来石骨料(mm) | SiO2微粉 | Al2O3微粉 | 高铝微粉 | 膨胀剂 | 高温水泥 | |||
| 5-8 | 3-5 | 1-3 | 0-1 | ||||||
| 1 | 11 | 22 | 25 | 15 | 5 | 2 | 3 | 12 | 11 |
| 2 | 10 | 21 | 21 | 12 | 4 | 3 | 3 | 11 | 15 |
| 3 | 13 | 15 | 20 | 14 | 3 | 4 | 4 | 9 | 18 |
实施例1：钢包浇注料
按2号配制生产钢包浇注料，用于100吨钢包，取代原硬质浇注料永久衬和保温纤维毡。其使用寿命达到600次以上(原来400次/)，钢包表面温度比原来降低了50℃-70℃，钢水的温降比原来少0.19℃/m，在使用时呈现良好使用性能和保温性能。
其理化性能指标如表2所示
表2微孔高强隔热耐火浇注料的理化性能指标
| 序号 | 项目 | 单位 | 指标 | |
| 1 | Al2O3 | ％ | ≥60 | |
| 2 | 体积密度，110℃×24h | g/cm3 | ≤1.6 | |
| 3 | 常温抗折强度 | 110℃×24h | MPa | ≥5 |
| 1350℃×3h | MPa | ≥8 | ||
| 4 | 常温抗折强度 | 110℃×24h | MPa | ≥10 |
| 1350℃×3h | MPa | ≥10 | ||
| 5 | 烧后线变化率1350℃×3h | ％ | ±0.5 | |
| 6 | 导热系数，平均350℃ | W/m.k | ≤0.3 | |
实施例2：高炉热风炉主管与冷风管混风的三叉口
在1260M3高炉热风炉主管与冷风管混风的三叉口处使用整体浇注成型，替代了原来的组合砖。不仅没有发生管道外皮开裂等现象，而且外表温度比其它部位下降5℃。
实施例3：制成预制块
用这材料烧制成预制块，用于焦炉炉门，提高焦炉炉门处的温度，延长了炉门的使用寿命，既提高了产量，又降低了生产成本。
实施例4：用作永久衬
将高强隔热材料制成预制块，用于150吨钢包的永久衬(将永久层和保温衬合二为一，厚度90mm)钢包表壳温度比原来降低50℃，且钢水温降较原来钢包低0.19℃/min.
Claims (3)
1.一种高强低密度低导热节能耐火材料，其特征在于：耐火材料由微孔莫来石骨料、Al2O3微粉、高温水泥、高铝微粉、SiO2微粉和膨胀剂组成；其化学成分按重量百分比为：
5-8mm微孔莫来石骨料：0.1-18％；
3-5mm微孔莫来石骨料：16-22％；
1-3mm微孔莫来石骨料：15-25％；
0-1mm微孔莫来石骨料：6-18％；
高铝微粉：4-11％；
SiO2微粉：2-6％；
Al2O3微粉：2-6％；
高温水泥：10-30％；
膨胀剂：7-12％，该膨胀剂为硅线石、蓝晶石、红柱石的混料，其中，所述高温水泥为高铝水泥或纯铝酸钙水泥，其中高铝水泥中Al2O3≥50％，纯铝酸钙水泥中Al2O3≥65％，比表面＞8500cm2/g；
所述高铝微粉中Al2O3≥85％，其余为SiO2，TiO2，粒度小于600目。
2.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于：所述Al2O3微粉中Al2O3≥95％，粒度不大于5μm的微粒＞80％。
3.根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于：所述SiO2微粉中SiO2≥92％，粒度不大于1μm的微粒＞90％。
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