CN101367666B - 一种大型、特异形莫来石-刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺 - Google Patents

一种大型、特异形莫来石-刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种大型、特异形莫来石—刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺，所述的制品配方为：莫来石5—1mm48-56％、莫来石或三石1-0.088mm12-22％、莫来石和三石细粉d90<0.088mm16-25％、氧化铝细粉d90<0.088mm0-18％、氧化铝微粉d95<0.020mm0-5％、锆质微粉d95<0.015mm0-5％、硅灰2-5％、可水化氧化铝d95<0.088mm2-6％、镁质助剂0-5％、外加高效减水剂(聚羧酸+磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物)0.05-0.4％、外加聚丙烯酸系乳液1-6％、外加水1-6％。本发明的材料可以作为大型、特异形莫来石—刚玉系烧结耐火材料制品等耐火材料使用，用于陶瓷、玻璃等高温工业。

Description

一种大型、特异形莫来石-刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种采用高级不定形材料技术制造莫来石—刚玉系大型、特异形烧结耐火材料制品的工艺，具有易于成形、易于烧结、高温性能好的特点，所制产品的可作窑具、大砖等制品用于陶瓷、玻璃等高温工业。
背景技术
莫来石—刚玉材料是一种广泛使用的耐火材料。其中，莫来石赋予材料优异的高温力学性能和一定的抗热震性；刚玉赋予材料耐高温、耐磨性能。有时，该材料可以加入一定氧化锆以提高抗热震性。为降低烧成收缩，也可用三石(红柱石、硅线石和蓝晶石)部分代替莫来石。尽管，制造小型莫来石—刚玉耐火制品不难。但是，大型、特异形莫来石—刚玉耐火制品的工艺尚未过关。一方面，制品尺寸很大或形状复杂，需要昂贵的成形设备。另一方面，制品的纯度很高，难以烧结。因烧成温度高、烧成范围窄，极易出现欠烧、变形等缺陷，产生大量废品。
为解决上述问题，有人采用超低水泥浇注料技术，即掺加水泥、硅灰、氧化铝微粉和外加剂，采用振动成形，经养护、干燥、烧成制出大型、特异形莫来石—刚玉耐火制品。一般，超低水泥浇注料的CaO含量至少应该达到0.7-1.0％才能获得足够的施工速度和脱模强度。这样，虽解决了成形问题，但又却引入了低熔物质。相应，材料的始熔温度从A3S2-Al2O3系的1810℃，降至A3S2-Al2O3-CAS2系的1512℃，使材料的高温性能受到了极大损害。
为改善高温性能，有人采用硅溶胶或可水化氧化铝作结合剂。硅溶胶是纳米级SiO2的胶体物质，固体含量为25-30％，这些细小、分散的SiO2粒子很难聚合成为高强度物质。固化时，硅溶胶干缩较大。固化后，生成疏松多孔的物质，被结合的耐火材料难以获得足够的搬运强度。可水化氧化铝是一种以ρ-Al2O3为主的氧化铝介稳晶体的混合物。一些可水化氧化铝成形需水大，初凝快、硬化慢、脱模强度特别是中温热处理后强度低。通常，硅溶胶或可水化氧化铝结合浇注料还需要掺加固化剂。一些硅溶胶或ρ-Al2O3结合浇注料实际上是超低水泥浇注料，其CaO含量范围是0.4-0.7％。因有低熔物较多，材料高温性能仍然不够理想。
发明内容
本发明的目的在于发明一种大型、特异形莫来石—刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺，通过采用新型的结合系统解决不定形耐火材料施工性能与高温性能之间的矛盾，使莫来石—刚玉系不定形材料同时获得施工速度快、硬化强度高、以及高温性能好的特征，从而可以利用这种不定形耐火材料生产出用于高温工业的大型、特异型的Al2O3-SiO2-ZrO2系耐火材料制品。
本发明提出的结合系统属于一种新的有机—无机复合结合物系：常温通过聚丙烯酸与可水化氧化铝、含氧化镁物质的反应，生成聚丙烯酸铝(镁)高分子产生结合。热处理后，上述高分子分解，有机组分烧失，无机组分变成活性氧化铝等物质。通过活性氧化铝与预先加入的硅灰发生固相反应产生莫来石结合；或先形成堇青石等中间结合相，继而形成莫来石—镁铝尖晶石结合相。由于A3S2-Al2O3-MA系的始熔温度为1578℃，MgO的掺量有的很少，有的掺量为零。所以，材料不仅有良好的成形、脱模性能，其高温性能也较超低水泥浇注料有很大提高。
鉴于以上，发明的配伍为：
莫来石5-1mm                                                   48-56％
莫来石或三石1-0.088mm                                         12-22％
莫来石和三石细粉d90＜0.088mm                                  16-25％
氧化铝细粉d90＜0.088mm                                        0-18％
氧化铝微粉d95＜0.020mm                                        0-5％
锆质微粉d95＜0.015mm                                          0-5％
硅灰                                                          2-5％
可水化氧化铝d95＜0.088mm                                      2-6％
镁质助剂                                                      0-5％
外加高效减水剂(聚羧酸+磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物)    0.05-0.4％
外加聚丙烯酸系乳液                                            1-6％
外加水                                                        1-6％
所述莫来石为市售莫来石耐火原料，包括电熔莫来石和烧结莫来石，以及以氧化铝为原料合成的高纯莫来石和以矾土为原料合成的矾土基莫来石。
所述三石为市售蓝晶石、红柱石和硅线石原料的任意配比。
所述“莫来石或三石”表示莫来石和三石的任意配比。
所述“莫来石和三石细粉”表示由莫来石和三石制得的球磨细粉，含莫来石50-100％，三石50-0％。
所述粒径d90或d95分别为粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸，或占总量95％小颗粒和占总量5％大颗粒的分界尺寸。
所述锆质微粉系由市售脱硅锆或锆英石原料制得的微米级粉体d50＝8-2μm。上述d50为粉体中占总量50％小颗粒和占总量50％大颗粒的分界尺寸。
所述可水化氧化铝为市售产品，其主成分为ρ-Al2O3的介稳氧化铝晶体的混合物。
所述镁质助剂起提高固化速度和改善烧结的作用。该助剂可以是镁砂细粉(＜0.088mm含量＞90％或镁砂微粉(＜0.020mm含量＞95％)，或活性镁铝尖晶石(＜0.020mm含量＞95％)的任意混合物。该尖晶石可以采用作者提出的“超低温制备活性合成耐火原料的工艺”(中国发明专利CN 01118014.5)制造。
所述高效减水剂为市售混凝土减水剂，包括磺化萘甲醛聚合物高效减水剂，磺化三聚氰胺聚合物高效减水剂，以及聚羧酸系高效减水剂的任意配合。
所述聚丙烯酸系乳液系市售建筑聚丙烯酸乳液，包括建筑聚丙烯酸乳液、建筑丙烯酸及丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸—丙烯酸酯—苯乙烯三元共聚非离子型水溶性乳液。乳液的固体含量40-60％，典型粒径0.1-0.3μm，PH值6-9。
本发明的生产工艺为：各原料按以上配比称量，经混合、成形、养护制得坯体，经干燥再经1400-1600℃烧成、检验等工序制得大型、或特异形的耐火材料制品。
具体实施方式
实施例1
采用5-1mm烧结莫来石52％，1-0.088mm烧结莫来石15％，1-0.088mm红柱石5％，d90＜0.088mm烧结莫来石17.5％，镁砂微粉0.5％，d95＜0.020mm氧化铝微粉2％，d95＜0.015mm脱硅锆1％，硅灰2％，可水化氧化铝5％，，外加聚羧酸减水剂0.1％，聚丙烯酸乳液3％，水3％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，浆体0.5小时凝结，2小时固化，12-16小时以后可以脱模。经110℃×24H干燥，试样获得13MPa的抗折强度，45MPa的耐压强度；再经1500℃×3小时热处理获得18MPa的抗折强度，61MPa的耐压强度，烧成线变化为0.5％，荷重软化温度T0.6＝1570℃。
所制产品具有良好的制造性能和使用性能，实验达到了预定目的。
实施例2
采用5-1mm烧结莫来石56％，1-0.088mm电熔莫来石15％，1-0.088mm硅线石5％，d90＜0.088mm烧结莫来石9％，d90＜0.088mm氧化铝细粉3％，d95＜0.020mm氧化铝微粉2％，d95＜0.015mm锆英石3％，硅灰2％，可水化氧化铝5％，，外加聚羧酸减水剂0.1％，聚丙烯酸乳液3％，水3％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，24-48小时以后可以脱模。经110℃×24H干燥，试样获得7MPa的抗折强度，30MPa的耐压强度；再经1560℃×6小时热处理获得17MPa的抗折强度，58MPa的耐压强度，烧成线变化为0.6％，荷重软化温度T0.6＝1640℃。
本发明所制产品具有良好的制造性能和使用性能，具有硬化强度高、高温性能好的特征。

Claims (2)

1.一种大型、特异形莫来石-刚玉系烧结耐火材料制品，其特征在于：所述制品配方为：
Figure FSB00000715568800011
所述莫来石为市售莫来石耐火原料，包括电熔莫来石和烧结莫来石，以及以氧化铝为原料合成的高纯莫来石和以矾土为原料合成的矾土基莫来石；
所述三石为市售蓝晶石、红柱石和硅线石原料的任意配比；
所述“莫来石和三石”表示莫来石和三石的任意配比；
所述“莫来石和三石细粉”表示由莫来石和三石制得的球磨细粉，含莫来石50-100％，三石50-0％；
所述氧化铝细粉粒径d90或d95分别为粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸，或占总量95％小颗粒和占总量5％大颗粒的分界尺寸；
所述锆质微粉系由市售脱硅锆或锆英石原料制得的微米级粉体d50＝8-2μm；
所述可水化氧化铝为市售产品，其主成分为ρ-Al2O3的介稳氧化铝晶体的混合物；
所述镁质助剂起提高固化速度和改善烧结的作用，该助剂是镁砂细粉＜0.088mm含量＞90％或镁砂微粉＜0.020mm含量＞95％，或活性镁铝尖晶石＜0.020mm含量＞95％的任意混合物；
所述高效减水剂为市售混凝土减水剂，包括磺化萘甲醛聚合物高效减水剂，磺化三聚氰胺聚合物高效减水剂，以及聚羧酸系高效减水剂的任意配合；
所述聚丙烯酸系乳液系市售建筑聚丙烯酸乳液，包括建筑聚丙烯酸乳液、建筑丙烯酸及丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸-丙烯酸酯-苯乙烯三元共聚非离子型水溶性乳液，乳液的固体含量40-60％，粒径范围0.1-0.3μm，pH值6-9。
2.一种生产权利要求1所述制品的生产工艺为：各原料按以上配比称量，经混合、成形、养护制得坯体，经干燥再经1400-1600℃烧成、检验等工序制得大型、特异形的耐火材料制品。
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