CN101665367A - 抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料 - Google Patents

抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种刚玉-镁铝尖晶石耐火浇注料,常温依靠聚丙烯酸和可水化氧化铝及含氧化镁的物质反应形成结合,高温依靠少量硅酸盐的助烧结作用产生结合。所述的浇注料配方为:5-1mm刚玉 50-60%、1-0.088mm刚玉或镁铝尖晶石 8-16%、<0.7mm脱硅锆0-8%、d90<0.088mm刚玉或镁铝尖晶石 16-25%、d90<0.010mm镁铝尖晶石或α氧化铝3-8%、可水化氧化铝 2-6%、镁质助剂 1-5%、硅灰 0.-1.5%、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 0.5-4%、水1-6%。该材料具有良好的耐高温性能、很强的抗侵蚀能力、可控的烧后性能和较高的热震稳定性,适用于钢铁、水泥的高温窑炉作为高级耐火材料。

Description

抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料
技术领域
本发明涉及一种刚玉-镁铝尖晶石耐火浇注料。该材料具有良好的耐高温性能、很强的抗侵蚀能力、较高的热震稳定性等优点,用于钢铁、水泥行业的高温窑炉可提高衬体寿命,取得良好的节能减排的效果。
背景技术
刚玉-镁铝尖晶石为一种广泛使用的耐火浇注料。使用在钢包时,镁铝尖晶石浇注料吸收熔渣中的FeO,形成铁铝尖晶石固熔体,通过降低渣中的熔剂物质含量,减缓渣对耐火材料的侵蚀速率,提高衬料的使用寿命。使用在水泥窑中,刚玉浇注料的基质掺加镁铝尖晶石后,可大幅提高抵抗碱性物质化学侵蚀的能力。
通常,刚玉-镁铝尖晶石耐火浇注料采用MgO-SiO2-H2O结合:常温依靠MgO的水化产生凝聚结合;高温依靠MgO和SiO2的化学反应形成M2S,继而M2S等低熔物质产生助烧结作用,致使MgO和Al2O3发生反应烧结形成陶瓷结合。但是,受热后镁铝尖晶石浇注料强度增长过快,十分容易出现过致密化,从而影响材料的热震稳定性。第四抗热震因子的表达式为:
R IV = γE σ 2 ( 1 - v ) - - - 1 )
式中,σ-强度,υ-泊松比,E-弹性模量,γ-扩展时产生单位新表面所消耗的能量。由于E/(σ2(1-v))是破坏时材料单位体积中含有的弹性变形能,实际上式1)是材料断裂消耗的能量与断裂前材料存储的弹性能的比值。RIV越高,裂纹扩展需要的能量越多,材料能够提供的能量越少,裂纹就越难扩展,也就越不容易产生灾难性破坏。
刚玉-镁铝尖晶石浇注料需要使用大量微粉(硅灰、超细氧化铝、超细镁砂等)以获得良好的施工性能(流动、凝结、硬化),和足够的脱模及干燥强度。但是,热处理时这些微粉又会产生强烈的烧结作用,致使材料过度致密化,或具有很高的强度,大幅度地降低了第四抗热震因子的数值,从而显著地影响了热震稳定性。
发明内容
本发明的目的在于研究一种抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料,通过提出一种新的结合方式:常温下,依靠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;高温下,聚丙烯酸盐中的有机组分烧失,无机组分变成活性氧化铝、活性氧化镁。然后,在少量硅酸盐相的协助下产生陶瓷结合,形成以刚玉-镁铝尖晶石为主晶相的材料。硅灰的主要用来提供助烧结作用。所以,便于调整硅灰的掺量来控制烧后强度,使刚玉-镁铝尖晶石浇注料具有较好的热震稳定性。其二,再添加二氧化锆,可以进一步提高材料的热震稳定性。在900-1000℃,ZrO2发生相变t-ZrO2→m-ZrO2。这一转变伴随着3-5%的体积膨胀和7-8%的剪切变形。一般,耐火材料含有较多孔隙,其基质的束缚力不强,ZrO2的粒径也较大。如果控制了材料强度,ZrO2就可以转变成单斜相,且在相变完成后会在产生适度的微裂纹增韧,从而显著提高热震稳定性。
根据以上设计,提出下述方案:
5-1mm刚玉                                                             50-60%
1-0.088mm刚玉或镁铝尖晶石                                             8-16%
<0.7mm脱硅锆                                                         0-8%
d90<0.088mm刚玉或镁铝尖晶石                                          16-25%
d90<0.010mm镁铝尖晶石或α氧化铝                                      3-8%
可水化氧化铝或纯铝酸钙水泥                                            2-6%
镁质助剂                                                              1-5%
硅灰                                                                  0.1-1.5%
外加:
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                                                    0.5-4%
水                                                                    1-6%
所述镁铝尖晶石为市售耐火原料,包括各种电熔和烧结镁铝尖晶石原料。
所述刚玉或镁铝尖晶石为刚玉和镁铝尖晶石任意比例的混合物。
所述脱硅锆为市售脱硅二氧化锆或市售脱硅稳定二氧化锆,系由锆英石还原脱硅熔融制得的原料。
所述粒径d90为粉体中占总量90%小颗粒和占总量10%大颗粒的分界尺寸。
所述镁铝尖晶石或α氧化铝为镁铝尖晶石和α氧化铝任意比例的混合物。
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。
所述镁质助剂可以是镁砂细粉(<0.088mm含量>90%或镁砂微粉(<0.020mm含量>95%),活性镁铝尖晶石(<0.020mm含量>95%)的任意混合物。其中活性镁铝尖晶石可以采用申请人提出的“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,和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。
具体实施方式
实施例一
采用5-1mm烧结板状刚玉55%,1-0.088mm烧结板状刚玉12%,d90<0.088mm电熔镁铝尖晶石20%,d90<0.010mm烧结镁铝尖晶石6%,活性镁铝尖晶石微粉3%,可水化氧化铝3.5%,,硅灰0.5%,外加聚羧酸减水剂0.1%,聚丙烯酸乳液2%,水3%后伴和。成形后,经养护、干燥、热处理测得下述性能指标:110℃×24h热处理:抗折7.8Mpa,耐压64.5Mpa。1100℃×3h热处理抗折12.8Mpa,耐压120Mpa,线变化-0.1%。1500℃×3h热处理:抗折15.6Mpa,耐压150Mpa,线变化+0.1%,1100℃风冷7次弹性模量保持率68%。其中,弹性模量保持率的绝对值比原有的刚玉-镁铝尖晶石浇注料提高了近25%.
实施例二
采用5-1mm烧结板状刚玉58%,1-0.088mm烧结板状刚玉8%,<0.5mm脱硅锆4%,d90<0.088mm电熔镁铝尖晶石17%,d90<0.010mm烧结镁铝尖晶石6%,活性镁铝尖晶石微粉3%,可水化氧化铝3.5%,,硅灰0.5%,外加聚羧酸减水剂0.1%,聚丙烯酸乳液2%,水3%后伴和。成形后,经养护、干燥、热处理测得下述性能指标:110℃×24h热处理:抗折8.1Mpa,耐压60.1Mpa。1100℃×3h热处理抗折10.0Mpa,耐压92Mpa,线变化0.0%。1500℃×3h热处理:抗折12.1Mpa,耐压120Mpa,线变化+0.2%,1100℃风冷7次弹性模量保持率81%。其中,弹性模量保持率的绝对值比原有的刚玉-镁铝尖晶石浇注料提高了近38%。
本发明具有良好的耐高温性能、很强的抗侵蚀能力、可控的烧后性能和较高的热震稳定性,适用于钢铁、水泥的高温窑炉作为高级耐火材料。

Claims (1)

1.一种抗热振刚玉-镁铝尖晶石浇注料,其特征在于:所述的浇注料配方为:
5-1mm刚玉                                                      50-60%
1-0.088mm刚玉或镁铝尖晶石                                      8-16%
<0.7mm脱硅锆                                                  0-8%
d90<0.088mm刚玉或镁铝尖晶石                                   16-25%
d90<0.010mm镁铝尖晶石或α氧化铝                               3-8%
可水化氧化铝                                                   2-6%
镁质助剂                                                       1-5%
硅灰                                                           0.1-1.5%
外加:
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                                             0.5-4%
水                                                             1-6%
所述镁铝尖晶石为市售耐火原料,包括各种电熔和烧结原料;所述镁铝尖晶石为市售耐火原料,包括各种电熔和烧结原料;所述刚玉或镁铝尖晶石为刚玉和镁铝尖晶石任意比例的混合物;所述脱硅锆为市售脱硅二氧化锆或市售脱硅稳定二氧化锆,系由锆英石还原脱硅熔融制得;所述粒径d90为粉体中占总量90%小颗粒和占总量10%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-Al203的介稳氧化铝晶体的混合物;所述镁质助剂可以是镁砂细粉(<0.088mm含量>90%或镁砂微粉(<0.020mm含量>95%),活性镁铝尖晶石(<0.020mm含量>95%)的任意混合物,其中活性镁铝尖晶石可以采用中国发明专利CN01118014.5的“超低温制备活性合成耐火原料的工艺”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,和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。
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