CN101544505A - 纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents

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CN101544505A CN200910073965A CN200910073965A CN101544505A CN 101544505 A CN101544505 A CN 101544505A CN 200910073965 A CN200910073965 A CN 200910073965A CN 200910073965 A CN200910073965 A CN 200910073965A CN 101544505 A CN101544505 A CN 101544505A
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Abstract

本发明涉及一种用纳米Al2O3和MgO复合氧化物陶瓷结合的尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法,此浇注料是以Al(OH)3和Mg(OH)2复合溶胶悬浮液作纳米陶瓷结合剂,并直接加入到混合料中,通过原位合成反应,形成以尖晶石和氧化镁为主要成分的纳米结构基质,制成了本发明的纳米尖晶石-镁质耐火浇注料。此浇注料的配料特点是骨料使用尖晶石或在尖晶石骨料中加入适量的≤5mm的烧结镁砂,以提高浇注料总体MgO含量;基质料由纳米陶瓷结合剂系统与氧化镁和少量不同特性的Al2O3及外加剂组成,在进行二次尖晶石的合成反应后,伴随着膨胀并在约束下发生致密化,从而导致宏观和微观结构改善、性能的提高、耐用性增强,制成耐侵蚀性和耐浸润性更加优异的尖晶石-镁质浇注料,在二次精炼整体钢包中渣线部位使用,取得了良好的使用效果。

Description

纳米Al A、 Mg0复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法 技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,尤其涉及一种炼钢二次精炼整体钢包用纳米复合氧化物 陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料。 背景技术
近年来,耐火材料技术发展的主要趋势是不断增加整体材料或不定形耐火材料,特别是 耐火浇注料的使用,其在许多国家浇注料的产量己超过耐火材料总产量的一半以上,特别是 在闩本钢铁工业中浇注料的使用量己达70%, [Mitsuo Sugawara闩本浇注料技术的最新进 展,第九届联合国际耐火材料学术会议(UNTECR'05)论文选译"国外耐火材料科技的最新 进展"P303-309]。这主要是得益于快速简便的机械化筑炉及其与定型制品更加优异的性能以 及良好的使用效果。从炼钢精炼技术角度出发,采用二次精炼生产超洁净钢,减少钢中夹杂, 提高钢的品种和质量才是实施整体钢包的根本目的。另一方面,这种整体钢包最大特点是可 实施不停炉连续热修补作业,并且还可实施连续"套修补"作业,即当钢包内衬损坏到一定 程度时,不像砖衬那样将残余内衬全部拆除,而是经过简单清理后重新支模浇注使之成为一 个新的整体内衬,即实现所谓"永久内衬"的目的,对整体钢包而言,这一措施是降低材料 消耗和生产成本最有效方法,同时也是提高资源利用率、减少环境污染最有效措施,所以用 耐火浇注料浇注的整体精炼钢包是二次精炼技术发展的重要方向。
关于整体精炼钢包内衬用浇注料材质选择,目前在国内外主要使用铝-尖晶石浇注料,其 特征是它具有较好的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性以及高温体积稳定性、抗热震性、高温蠕变性 等特点。但是,随着二次精炼比率的提高,钢包内衬的负荷比以往增大,目前的状况是随着 处理时间和处理温度的提高,以及处理渣的高碱度化等,使铝-尖晶石耐火浇注料的使用寿命 明显降低,为二次精炼技术的实施和发展带来了一定的困难。另一方面,这种铝-尖品石浇注 料自身在性能方面存在着一些缺陷,主要反应在抗渣侵蚀性和抗渣渗透性相对较差,因此在 实际使用中常常出现裂纹、剥落、掉块等损毁形式,从而导致使用寿命进一歩降低,出现了 与二次精炼使用要求不相适应的局面,所以二次精炼整体钢包内衬越来越要求高耐用性的新 材质。
本发明纳米A1A和MgO复合氧化物陶瓷结合的尖晶石-镁质耐火浇注料,其主要技术特 征: 一是此浇注料是以Al(0H):,和Mg(0H)2复合溶胶液作为纳米陶瓷结合剂,并直接加入到混 合料中,通过原位合成反应形成以尖晶石和氧化镁为主要成分的纳米结构基质的尖晶石-镁质 耐火浇注料;二是在钢包用浇注料品种方面,开发了高耐用性的尖晶石-镁质耐火浇注料的新品种,使其在抗渣侵蚀性和抗渣渗透性同时显著提高,解决了以往使用铝-尖晶石浇注料存在 的抗渣侵蚀性与抗渣渗透性之间存在的矛盾问题,即在铝-尖晶石浇注料中,当增加MgO和尖 晶石含量时,虽然可以提高抗渣侵蚀性能,但抗渣渗透性却明显降低,最终导致裂纹和剥落 损毁的发生。纳米A1A、 MgO复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料生产与使用成功, 为二次精炼整体钢包的实施与发展提供了良好的可行条件。
发明内容
本发明目的是采用纳米技术和纳米材料在传统的耐火材料行业中进行应用,丌创了纳米 耐火材料新领域,解决以往传统耐火材料在组织结构和技术性能方面存在的缺陷,丌发出能 够形成纳米结构基质的耐火浇注料,使其纳米技术和纳米材料所具有的功能和特性在耐火浇 注料中都能够充分显示出来,全面提升和改善耐火浇注料的组织结构,特别是微观显微结构, 各项性能指标以及使用中需求高的耐用性,以适应各种二次精炼技术发展需求,确保二次精 炼设备的高效运转,为钢铁工业采用新技术的发展提供最好服务。为此本发明提供一种纳米 A1A、 MgO复合氧化物陶瓷结合的尖品石-镁质耐火浇注料,它的最大特点是抗渣侵蚀性和抗
渣渗透性同时得到显著提高,满足了二次精炼钢包渣线部位的使用需求,为精炼钢包渣线部 位提供了浇注料的新品种,为二次精炼钢包全部实施整体浇注创造了可行的条件。
本发明的纳米A1203、 MgO复合氧化物陶瓷结合的尖晶石-镁质耐火浇注料是采用以下配料 和工艺制成的。配料的质量百分比是由骨料、基质粉料和结合剂系统组成。其中骨料配料为 67-73%;基质粉料和结合剂系统配料为27-33%。
骨料配料组成:
富铝或富镁合成尖晶石:67-73%,其中10-25 mm大颗粒料为30-40%; 5-10咖颗粒料为 5-15%; 3-5 mm颗粒料为0-10%; 1-3 mm颗粒料为0-10%; 0. 1-1 ram细颗粒料为5-15%;
烧结或电熔镁石颗粒料:0. 1-5 mm, 0-30%,其中3-5 mm颗粒料为0-15%, 1-3 mm颗粒料 为0-10%, 0. 1-1 mm细颗粒料为0-5%。
基质粉料和结合剂系统配料组成:
烧结或电熔氧化镁粉:《44Mffl , 4-10%;
电熔白刚玉或板状刚玉粉:《44Rn , 4-9%;
a-A1A超细粉:《4陶,0-5%;
反应性活性八1203超细粉:《4Mm , 1-4%;
合成尖晶石粉:《10Pm, 0-10%;
纯铝酸钙水泥:2-4%;
硅灰:0.5-1%;纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液,以干料量计:2-5%;
六偏磷酸钠,外加:0-0.35%;
三聚磷酸钠,外加:0-0.35%;
乙二醇,夕卜加:0-0.2%;
丁醇,外加:0-0.2%;
MgCl2溶胶剂,外加:0-3%;
水,外加:0-1%。
配料中所述的纳米A1(0H)3、 Mg(0H)2复合溶胶悬浮液的制备是以水合氧化铝和反应活性
氧化镁或烧结镁石超细粉体作为起始原料,采用溶胶-凝胶工艺方法,在常温下与水发生水化
反应,生成Al(0H)3和Mg(0H)2复合溶胶悬浮液作为本发明浇注料使用的纳米复合氧化物陶瓷 结合剂,并将这种方法制备的液态陶瓷结合剂经过分散和溶胶化处理后直接加入到混合料中, 通过原位合成反应,形成以尖晶石和氧化镁为主晶相的纳米结构基质,制成了本发明的纳米 复合氧化物陶瓷结合的尖晶石-镁质浇注料。
配料中所述的骨料部分是由富铝或富镁合成尖晶石、煅烧镁石等组成,其骨料具体配料 可采用以下两种不同配料形式: 一是以不同粒级的富铝或富镁合成尖晶石为骨料;二是在合 成尖晶石骨料中加入一定数量的《5 inm不同粒级镁砂颗粒,这两种不同配料形式其目的都是 为了提高新型浇注料总体MgO含量,进一歩提高浇注料的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性,以适应 二次精炼整体钢包使用要求。在骨料颗粒级配方面突出特点是临界粒度大,为25 mm;大颗粒 含量多,15-25 mm大颗粒可高达35-40%;颗粒分级范围广,分为大小五种颗粒粒级,并以不 同比例配制,为生产高致密度、低气孔、高强度耐火浇注料提供了重要保证条件。
配料中所述的基质粉料和结合剂系统是由纳米A1A和MgO复合氧化物陶瓷结合剂、纯铝 酸钙水泥、微米和亚微米粒级的烧结氧化镁或电熔氧化镁和不同品种八1203的各种基质粉料, 以及外加剂等组成。陶瓷基纳米复合材料,它是指异质相纳米颗粒均匀地分散在陶瓷氧化物 的基质中所形成的复合材料,其主要特征在于:从基质复合粉体的粒度角度出发,它是由纳 米氧化物陶瓷粉体、微米和亚微米粒级的各种基质粉料,按基质与分散相粒径大小划分,纳 米复相陶瓷包括微米、亚微米级晶粒构成的基质粉料与纳米粒级分散相的复合;在材质方面 是采用纳米复合氧化物陶瓷结合剂,其基质配料主要技术特征在于: 一是采用纳米复合氧化
物作为陶瓷结合剂,形成以二次纳米尖晶石为主要成分的纳米结构基质的尖晶石-镁质浇注
料;二是基质粉料品种多,粒级细,通常《44Mm,有些组分是采用超细i^料,其粒级为《4陶, 还有结合剂系统的纳米粒级粉体,因此材料的颗粒小、比表面积大,化学反应活性高,这就 为高分散的纳米粒子与微米和亚微米粒级的基质粉料之间的复合情况下所发生的原位合成反应和高温结构反应以及纳米结构基质的形成提供了保证。基质粉料在材质方面是采用多组分 复合配料,而且各种不同粉体都具有各自不同的特点,主要品种有:在氧化铝系中包括a-A1A、活性A1A、电熔白刚玉、板状刚玉等,例如:a-AlA可被用做结合剂來提高浇注料 的耐火度、强度和抗侵蚀性;活性A1A具有非常高的反应活性和低的需水量,强化浇注料的 基质以提高其应用效果;板状刚玉显微结构特征是具有大量的封闭气孔和很少丌口气孔,含 板状刚玉的浇注料在高温下具有较高的强度、良好的抗热疲劳性能和抗渣侵蚀性能;电熔白 刚玉是单晶产品,应用在浇注料中,主要是提高高温蠕变性和抗熔渣侵蚀性。在氧化镁组分 中分别采用电熔氧化镁和烧结氧化镁,以控制尖晶石的反应进程;三是在本浇注料中基质结 构中的尖晶石相通常是以MgO和各种Al203为原料,通过原位合成反应和高温结构反应形成的 二次合成尖晶石,即采用反应合成在生产和使用中与采用预先合成的尖晶石相比,有其本质 区别,当比较这两种不同形式的尖晶石配制的浇注料时发现,在加热过程中氧化铝和氧化镁 发生反应生成二次尖晶石,用它配制的反应合成浇注料的耐用性显著提高,二次尖晶石不仅 由于比预合成尖晶石机械粉碎细得多,而且可以得到均匀分散,所以耐浸润性十分优良。另 外,由于在生成二次尖晶石时伴随着膨胀,所以在约束下发生致密化,可使本发明浇注料的 抗渣侵蚀性和抗渣渗透性同时显著提高。因此,以上所述的基质相的组成中,采用的不同品 种、加入数量及不同粒度要求,都是本发明尖晶石-镁质耐火浇注料的重要保证条件,同时也 是本发明浇注料重要技术内容之一。
整体精炼钢包的施工工艺是经过配料与混合搅拌、模型安装、浇注施工、震动成型、脱 模及养护、烘烤等工序制成。
按照本发明的配料要求首先是将配制好的混合料加入到强制式搅拌机中干混1-2分钟, 将经分散和稀释后制成的浓度为46-49%复合氢氧化物溶胶悬浮液直接加入到混合料中,再湿 混5分钟,在混合过程中,根据湿混合料需水情况补加0-1%的水,湿混合后的浇注料经过自 动加料装置加入到钢包内衬模型中,采用震动棒震动成型后,经空气自然养护24小时后移至 烤包器中进行烘烤,烘烤至900-IOO(TC保温24小时后浇注的整体钢包即可投入使用。
纳米复合氢氧化物溶胶悬浮液的制备及使用是本生产工艺中一个重要环节,这是因为制 备陶瓷基纳米复合粉体的关键是使纳米粒子均匀地分散在基质陶瓷结构中,制取混合均匀的、 团聚少的复合粉体是获得性能优异和显微结构均匀的纳米复相陶瓷的前提。本工艺是采用原 位生成法,将基质粉体分散于含可生成纳米相组分的前驱体的氢氧化物复合溶胶悬浮液中, 在烘干和加热过程中完成了由溶胶向凝胶的转化过程,同时也实现了浇注料的凝结与硬化。 这种合成方法的特点是可以保证两相的均匀分散,并且在加热过程中生成的纳米A1A和MgO 凝胶颗粒,不存在团聚等问题,这种高活性纳米颗粒,在较低的温度下(约800'C)通过原位合成反应形成了纳米二次尖晶石和氧化镁粉体,最后得到尖晶石(MgO*Al20:,)和方镁石纳 米复相陶瓷。另一方面,在高温下将发生一系列高温结构反应,主要体现在纳米陶瓷粉体与 亚微米、微米级基质粉料的复合情况下的高温结构反应,其主要反应还是生成的二次尖晶石, 这是研发纳米MgO、 A1A合成反应耐火材料的基本内容,也是导致纳米结构基质的形成和浇 注料在二次精炼钢包渣线部位中成功使用,都是非常关键的。
本发明纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质浇注料,采用溶胶-凝胶法将本发明用高速 冲击搅拌机(1500-2000转/分钟)制备的浓度为46-49%氢氧化物溶胶悬浮液作为结合剂,并 直接加入到干混合配料中,使其纳米粒子在耐火浇注料中分布均匀,制成了纳米复合氧化物 陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料,在干燥和加热过程中通过原位合成反应,形成了以尖晶石 和氧化镁为主要成分的纳米结构基质,实现了溶胶向凝胶的转化,同时也实现了浇注料的凝 结和硬化。因此,本发明的纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质浇注料经震动、浇注施工、 干燥和加热处理,使其浇注料的宏观和微观结构得到根本改善,各项性能指标,特别是抗渣 侵蚀性和抗渣渗透性同时得到显著提高,为炼钢二次精炼整体钢包渣线部位使用耐火浇注料 提供了纳米耐火浇注料新材质,适应了二次精炼技术的发展需求。
本发明用纳米A1A、 MgO复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料,根据在精炼钢 包中实际使用部位、使用情况以及损毁机理的不同,对纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质 浇注料的特性要求也不相同。因此通过改变配料组成和生产工艺条件成功地开发了具有不同 特性的两种类型的纳米氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质浇注料,即反应合成尖晶石-镁质浇注料 和预合成尖晶石-镁质浇注料。由于配料组成和生产工艺的不同,因此两种浇注料所具有的功 能和特性也不相同。前者浇注料尖晶石相全是通过合成反应生成的二次尖晶石,二次尖晶石 山于不仅比预合成尖晶石细,而且可均匀的分散,所以耐浸润性优良,另外在生成二次尖晶 石伴随着膨胀,在约束下发生致密化,所以这种纳米耐火浇注料不仅具有良好的组织结构, 特别是显微结构,而且可使耐侵蚀性和耐浸润性同时得到显著提高,因此更适合于精炼钢包 渣线部位和侧墙上部等部位使用;后者尖晶石的引用是以反应合成尖晶石为主,预合成尖晶 石为辅,所以具有热膨胀性小,以及优异的高温体积稳定性和结构稳定性,在实际使用中不 易产生裂纹和剥落损毁,因此它更适合于精炼钢包的包底、侧墙等部位使用。两种具有不同 特性的纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料的研发成功和在精炼钢包中成功地 使用,更好地适应了二次精炼钢包不同部位和不同情况下的使用要求,进一歩推动了二次精 炼技术的发展和应用。
本发明用纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质浇注料,制备与使用成功完全证实纳米技 术和纳米材料所具有的功能和特性在纳米耐火浇注料中得到充分证实,这就为纳米技术在耐火浇注料领域中推广应用成为现实与可能,同时也为耐火浇注料的发展指明了方向。本发明 浇注料的基本特征是:组织结构致密,显微结构明显改善,纳米结构基质得以形成,经SEM 和XRD显微结构检验结果表明,在110(TC、 1550'C烧后,以及使用后的样品中,都发现了纳 米二次尖晶石和氧化镁的存在,并形成以尖晶石-氧化镁为纳米结构基质的耐火浇注料,它的 各项性能指标全面得到改善和提高,ll(TC烘干后气孔率为12-13%,耐压和抗折强度分别达 到80mpa和15mpa以上;1550。C烧后,体积密度2. 90〜3. 0g/cm3以上,气孔率为13%以下,耐 压和抗折分别达到200mpa和30mpa以上,线变化率介于-0. 2〜0. 5%之间,在抗渣侵蚀性和抗 渣渗透性方面明显改善,此外在抗热震性、高温体积稳定性、高温蠕变性等方面也显示出优异 的性能,这些特性为它在二次精炼钢包中成功地使用奠定了良好的基础。
本发明新型纳米耐火浇注料主要优点有以下方面: 一是应用纳米技术和纳米材料在耐火 材料领域中得到成功的应用,制成了无团聚、分散性好的纳米尖晶石-镁质耐火浇注料;二是 材质选择、加工工艺先进合理;三是生产成本相对较低,经济适应性强,无粉尘,无排放有 害气体,特别是无纳米粉体的污染,是真正的绿色产品;四是实施套修补使残衬得到充分利 用,适合于循环经济发展要求。鉴于以上优点本发明的纳米耐火浇注料,对炼钢工业二次精 炼用耐火材料的发展起到了重要的推动作用。 具体实施方式
实施例1
按照本发明列于表1的实施例1的全合成反应尖晶石-镁质耐火浇注料配方,将配制好的 混合料加入到强制式搅拌机中混合1-2分钟,然后将制成的浓度为46-49%纳米复合氢氧化物 溶胶悬浮液结合剂直接加入到该混合料中,再湿混合搅拌5分钟,并根据混合料需水情况补
加0-1%的水,制成本发明的全反应合成纳米复合氧化物陶瓷结合的尖晶石-镁质耐火浇注料。
本浇注料主要特点是配料中骨料部分全部采用富铝或富镁合成尖晶石,基质粉料部分全部采 用氧化镁和少量各种不同特性氧化铝,经合成反应生成二次尖晶石和氧化镁作为本浇注料纳 米结构基质相,并且利用粉料的粒径大小和反应活性的不同,控制了二次尖晶石的反应进程, 使之在约束下发生致密化,导致浇注料结构的改善,性能的提高,特别是抗渣侵蚀性和抗渣 渗透性同时显著改善与提高,适应了精炼钢包渣线部位使用要求,为精炼整体钢包渣线部位 实施整体浇注提供了浇注料的新材质。本实施例浇注料的主要性能指标列于表2。 实施例2
按照本发明列于表1的实施例2的反应合成与预合成复合型的尖晶石-镁质耐火浇注料配 方,将配制好的混合料加入到强制式搅拌机中混合l-2分钟,然后将制成的浓度为46-49%纳 米复合氢氧化物溶胶悬浮液结合剂直接加入到该混合料中,再湿混合搅拌5分钟,并根据混合料需水情况补加0_1%的水,制成本发明的复合型纳米陶瓷结合的尖晶石-镁质耐火浇注料,
本浇注料主要特点是骨料部分仍然全部采用富铝或富镁合成尖晶石,基质粉料部分除了采用 氧化镁和氧化铝复合氧化物合成反应外,还加入一定量的预反应合成尖晶石,相对减少了反 应合成二次尖晶石的含量,因此其高温体积稳定性和抗热震性明显提高,有效地防止了在使 用中龟裂、剥落、掉块等损毁的发生,所以它更适合于在精炼整体钢包包底和侧墙部位使用。 本实施例浇注料的主要技术性能指标列于表2。 实施例3
按照本发明列于表1的实施例3反应合成与预合成的尖晶石-镁质浇注料配方,将配制好 的混合料加入到强制式搅拌机中混合1-2分钟,然后将制成的浓度为46-49%纳米复合氢氧化 物溶胶悬浮液结合剂直接加入到该混合料中,再湿混合搅拌5分钟,并根据混合料需水情况 补加0-1%的水,制成本发明的反应合成与预合成纳米复合氧化物陶瓷结合尖晶石-镁质耐火 浇注料。本浇注料主要特点是配料中骨料部分是在富铝尖晶石骨料中,加入一定数量的《5mm 不同粒级的镁砂颗粒;而在基质粉料中采用与实施例2相似的基质粉料配料,以进一歩提高 本发明浇注料中总体Mg0含量,从而提高本发明尖晶石-镁质浇注料的抗渣侵蚀性和抗渣滲透 性,以满足二次精炼整体钢包渣线部位使用需求。本实施例浇注料的主要技术性能指标列于 表2。表1本发明实施例1、实施例2和实施例3耐火浇注料的配方
<table>table see original document page 12</column></row> <table>表2本发明实施例1、实施例2和实施例3尖晶石-镁质浇注料主要性能
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Claims (6)

1、一种纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法,其特征在于耐火浇注料配料组成的质量百分比是由67-73%的骨料和27-33%基质粉料及结合剂系统组成,骨料配料组成:富铝或富镁合成尖晶石:67-73%,其中10-25mm大颗粒料为30-40%;5-10mm颗粒料为5-15%;3-5mm颗粒料为0-10%;1-3mm颗粒料为0-10%;0.1-1mm细颗粒料为5-15%;烧结镁石颗粒料为:0.1-5mm,0-30%,其中3-5mm颗粒料为0-15%,1-3mm颗粒料为0-10%,0.1-1mm细颗粒料为0-5%;基质粉料和结合剂系统配料组成:烧结或电熔氧化镁粉:≤44μm,4-10%;电熔白刚玉或板状刚玉粉:≤44μm,4-9%;α-Al2O3超细粉:≤4μm,0-5%;反应性活性Al2O3超细粉:≤4μm,1-4%;合成尖晶石粉:≤10μm,0-10%;纯铝酸钙水泥:2-4%;硅灰:0.5-1%;纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液(以干料量计):2-5%;六偏磷酸钠(外加):0-0.35%;三聚磷酸钠(外加):0-0.35%;乙二醇(外加):0-0.2%;丁醇(外加):0-0.2%;MgCl2溶胶剂(外加):0-3%;水(外加):0-1%。
2、 一种纳米ALA、 Mg0复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法,其特征 在于耐火浇注料的制备工艺是将配制的混合料在强制式搅拌机中干混1-2分钟,然后将制 成的46-49%纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂直接加入到混合料中再湿混搅拌5分钟,混合 过程中根据料浆失水情况补加0-1%的水,再经湿混搅拌、浇注、震动成型、养护、烘烤, 制成本发明纳米Al203、 MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料,这种采用湿法工艺以氢 氧化物悬浮液作为纳米陶瓷结合剂的生产工艺方法,能使纳米粒子在基质料中得到充分分 散,制取纳米粒子分散均匀、团聚少的纳米耐火浇注料;另一方面,这种氢氧化物溶胶悬 浮液结合剂在养护和烘干过程中实现了由溶胶向凝胶工艺的转化过程,同时也实现了浇注 料的凝结与硬化,所以,这种采用溶胶-凝胶法制取的氢氧化物溶胶悬浮液结合剂是形成纳 米结构基质的重要保证条件,根据在精炼钢包中实际使用部位、使用条件及损毁机理的不 同,对耐火浇注料的特性要求也不相同,通过改变配料组成和工艺方法成功地开发出了具 有不同特性的两种类型的纳米尖晶石-镁质浇注料,即反应合成尖晶石-镁质浇注料和预合 成反应尖晶石-镁质浇注料,它们在精炼钢包不同部位和不同条件使用,使其钢包寿命显著 提高,为二次精炼技术提供了更加适宜的尖晶石-镁质浇注料新品种,有利地推动了二次精 炼技术的发展。
3、 根据权利要求l、 2所述纳米A1必,、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其 制备方法,其特征是以水合氧化铝和烧结镁砂超细粉体作为起始原料,采用溶胶-凝胶工艺 方法,制备出了纳米复合氧化物为前驱体的高浓度溶胶悬浮液作为纳米复合氧化物陶瓷结 合剂,并直接加入到混合料中,通过原位合成反应形成了以尖晶石-镁质为主要成分的纳米 结构基质制备了尖晶石-镁质耐火浇注料,纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂的制备方法是按水合氧化铝:烧结氧化镁:水=2-4:1-3:5-6的质量比;再将各种稀释剂和分散剂按着配方的 质量比要求加入到该配料中,然后将该混合配料在高速旋转搅拌机中(1500-2000转/分钟) 搅拌12-24小时进行溶胶化过程制成高浓度氢氧化物溶胶悬浮液,再加入酸或碱调节该溶 胶体系的PH值达到2. 5-3. 0制成本发明浓度为46-49%的高浓度纳米氢氧化物溶胶悬浮液 结合剂,纳米复合氧化物陶瓷结合剂,有关原材料的选择、加工工艺过程、制备方法及使 用条件等,都是本发明纳米尖晶石-镁质耐火浇注料权利要求的主要技术内容和重要保证条 件。
4、 根据权利要求l、 2所述,纳米A1A、 Mg0复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及 其制备方法,其特征是在耐火浇注料配料组成中约占总料量70%的耐火骨料,它的材质选 择和颗粒级配,对浇注料结构、性能和使用产生重要作用,在材质选择方面,骨料部分是 采用富镁或富铝尖晶石作为骨料,其中大颗粒采用富铝烧结尖晶石,小颗粒采用富镁电熔 尖品石,并且可以加入《5mra不同粒级的氧化镁含量为95X的烧结镁石,使本发明浇注料总 体MgO含量提高,从而导致抗渣侵蚀性和抗渣渗透性同时显著提高;在骨料颗粒级配方面, 最突出特点是:临界粒度大,为25 mm;大颗粒料含量多,10-25 mm达30-40%;颗粒分级 范围广,分为大小五种颗粒粒级,并以不同比例配制为生产高致密度、高强度耐火浇注料 提供了重要保证条件,也是本发明纳米尖晶石-镁质耐火浇注料权利要求的主要技术内容。
5、 根据权利要求l、 2、 3所述,纳米A1A、 Mg0复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注 料及其制备方法,其特征在于以下两个方面: 一是以纳米陶瓷结合剂为代表的基质相组成 及其显微结构,纳米复合氧化物陶瓷粉体均匀地分散在基质粉料中,为纳米结构基质的形 成提供了可行条件,同时也为浇注料结构的改善、性能的提高以及使用的强化奠定了良好 的基础;二是在基质粉料和结合剂系统用料品种多,粒级细,尽可能地采用多组分复合配 料,以满足生产工艺和性能质量的要求,这是新一代纳米浇注料的重要标志,在本发明浇 注料中基质粉料一般很细,通常《44Wn,有些组分是采用超细粉料,其粒级《4Wn,另外还 有纳米粒子,因此材料的反应活性高,反应能力强,这就为高分散的纳米粒子与微米和亚 微米级基质粉料之间的复合情况下所发生的反应,以及纳米结构基质的形成奠定了基础; 在基质粉料的材质方面,尽可能地采用多组分复合配料,主要品种有:在氧化铝系中包括 a-AlA、活性八1203、电熔白刚玉、板状刚玉等,在氧化镁系中包括反应活性氧化镁、重 烧氧化镁、电熔氧化镁,所谓反应活性氧化镁即是轻烧氧化镁,它在常温下与水发生水化 反应生成Mg (0H) 2溶胶,而重烧氧化镁和电熔氧化镁主要是用于与各种氧化铝进行合成 反应,在生成二次尖晶石的进程中,以控制膨胀的产生;浇注料的基质中引用的合成尖晶 石,也存在富铝和富镁或烧结和电熔之分,在不同的条件下,根据要求选用不同种类的合成尖晶石;结合剂系统是采用纳米陶瓷与纯铝酸钙水泥复合型结合剂,它对提高纳米陶瓷 结合的浇注料总体质量是有利的,根据以上所述的基质相组成中使用的多种类原材料品种、 加入数量及粒级要求,都是本发明纳米失晶石-镁质耐火浇注料权利要求的主要技术内容和 重要保证条件。
6、根据权利要求l、 2、 3、 5所述,纳米A1A、 MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇 注料及其制备方法,其特征在于各种外加剂的使用是本发明纳米尖晶石-镁质浇注料重要技 术内容,特别是纳米氧化物陶瓷结合耐火浇注料没有各种有效外加剂的使用是无法制成的, 这是纳米陶瓷结合浇注料最重要特征之一,本发明纳米耐火浇注料的外加剂是指稀释剂、 减水剂、分散剂以及胶溶剂等,对于稀释剂、减水剂、分散剂而言主要品种有六偏磷酸钠、 三聚磷酸钠、乙二醇、丁醇等,其加入品种有时加入其中的一种,有时是两种或两种以上 的复合型外加剂,加入量为0.1-0. 35%,或是加入各种酸或碱以调节该溶胶体系的PH值达 到2. 5-3.0,制成本发明浓度为46-49%高浓度纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂,因此,各种外加剂的采用品种、加入数量及使用条件,都是本发明纳米尖晶石-镁质耐火浇注料权利 要求的主要技术内容和重要保证条件。
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