CN101717246A

CN101717246A - 一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法

Info

Publication number: CN101717246A
Application number: CN200910227631A
Authority: CN
Inventors: 张三华; 王战民; 曹喜营; 胡书禾; 石会营; 李少飞; 王文斌
Original assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN101717246B

Abstract

本发明公开的一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法，采用的原料及质量百分比如下：高铝颗粒料63～70wt％、高铝细粉16～23wt％、氧化硅微粉3～7wt％、氧化铝微粉0～7wt％、纯铝酸钙水泥3～10wt％、采用BaSO₄和Na₃AlF₆作为抗铝液润湿剂，其加入量为1～6wt％；制备时先将抗铝液润湿剂和高铝细粉按上述质量百分比在振动磨中共磨20～30分钟，再将得到的均化粉与其它组分混合均匀。本发明在高铝浇注料中先将抗铝液润湿剂和高铝耐火浇注料的高铝细粉均化处理，加入到高铝浇注料中，制备出的Al₂O₃含量从40％到90％耐火浇注料对铝液的不润湿性均得到显著增强。

Description

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法

技术领域

本发明属于耐火浇注料技术领域，具体涉及一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法。

技术背景

铝熔炼炉是铝深加工熔化铝水并进行铝合金化处理的一个重要的高温设备，其耐火炉衬的质量直接关系到铝合金成分的控制和炉体运行的安全。铝熔炼炉内铝液和铝合金化的温度虽然只有700-900℃，但金属铝及铝合金中的镁与锌等活性很高，很容易与耐火材料中的一些组分相反应而受到耐火材料污染；铝熔液在750℃时的粘度仅为0.104Pa·s，与20℃时水的粘度(0.1Pa·s)相当接近，很容易润湿耐火材料并向其内部渗透，破坏耐火材料结构。随着我国电解铝工业和铝深加工工业的快速发展，有色行业生产大型铝合金板锭，以及进一步深加工铝板带、铝箔等产品对铝合金成分的控制精度要求高，作为铝合金深加工项目关键设备的大型铝熔炼炉耐火内衬材料对铝合金成分的控制起着重要作用，因此，对其所用的耐火炉衬材料提出了更为苛刻的要求，不能被铝液润湿和反应以及污染铝液。

浇注料由于具有制作工艺简单、生产效率高、生产过程中没有高耗能和排放、施工效率高、整体性好、寿命长及安全性高等优点，逐渐取代烧成砖制品广泛应用于越来越多的高温领域。高铝浇注料由于适用性强是各高温工业设备最广泛采用的浇注料。然而，传统的耐火材料，不论是烧成砖制品还是浇注料等，均易被铝液润湿，渗透和侵蚀，污染铝液，这些材料不适合用于铝熔炼炉上。根据我们的研究，浇注料中的Al₂O₃含量越高，越不易和铝液反应，抗铝液的渗透和侵蚀性就越强，因此用于铝工业炉中和铝液接触浇注料的Al₂O₃含量均要求在75％以上，但这些材料还是被铝液润湿，耐火衬体开裂后容易渗铝漏铝。因此要根本解决此问题，就要使得浇注料不被铝液润湿，不润湿也就不存在铝液对耐火材料的渗透和侵蚀。在国内外有一些文献报道，在传统的浇注料中添加不被铝液润湿剂，如SiC，Si₃N₄，Cr₂O₃，BaSO₄，CaSO₄，CaF₂等，这些少量添加物添加后由于在浇注料基体中均化不够不能完全根本有效的解决铝液对浇注料润湿问题，而且选用是Al₂O₃含量较高，SiO₂含量较低的浇注料作为研究对象。本发明是将不润湿剂在浇注料基体中充分均化，这样生产出的Al₂O₃含量从40％到90％浇注料在850℃均完全不被铝液润湿，抗铝液渗透和侵蚀非常优异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法。采用该制备方法生产的Al₂O₃含量从40％到90％的耐火浇注料对铝液的不润湿性均得到显著增强，抗铝液侵蚀性得到显著改善，可满足混合铝液、熔铝和铝合金化处理的熔铝炉的洁净和长寿的要求。

本发明的目的采用如下技术方案来实现：

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法，采用的原料及质量百分比如下：高铝颗粒料63～70wt％、高铝细粉16～23wt％、氧化硅微粉3～7wt％、氧化铝微粉0～7wt％、纯铝酸钙水泥3～10wt％、采用BaSO₄和Na₃AlF₆复合作为抗铝液润湿剂，其加入量为1～6wt％；并外加占其它原料总质量0.1～0.2％的三聚磷酸钠、六偏磷酸纳中的一种或两种作为分散剂；其中，所述高铝颗粒和高铝细粉是指Al₂O₃含量大于40％的Al₂O₃-SiO₂系耐火原料，高铝颗粒料为电熔棕刚玉、特级矾土、三级矾土、焦宝石中一种或几种；高铝细粉为电熔白刚玉、电熔棕刚玉、特级矾土、烧结莫来石、焦宝石细粉中的一种或几种；高铝颗粒料的粒度为10～0.088mm、高铝细粉粒度小于0.088mm；制备时先将抗铝液润湿剂和高铝细粉按上述质量百分比在振动磨中共磨20～30分钟，使得抗铝液润湿剂和耐火浇注料的高铝细粉预先充分均化，再将均化粉按抗铝液润湿剂和高铝细粉在高铝耐火浇注料中共占的比例和其它组分混合均匀，制备出不被铝液润湿具有优异的抗铝液侵蚀性能的高铝浇注料。

所述电熔白刚玉Al₂O₃含量为98.5～99.8wt％，真密度大于3.9g/cm³；电熔棕刚玉Al₂O₃含量为94.5～96.5wt％、体积密度为3.8～3.9g/cm³；特级矾土Al₂O₃含量为85～90wt％，体积密度为3.15～3.30g/cm³；烧结莫来石Al₂O₃含量为68～75wt％；三级矾土，Al₂O₃含量为57～68wt％，体积密度为2.45～2.7g/cm³；焦宝石，Al₂O₃含量为40～50wt％，体积密度为2.45～2.7g/cm³。

所述氧化硅微粉原料中Al₂O₃含量88～97％，平均粒度小于1um。

所述氧化铝微粉原料的Al₂O₃含量大于99％，平均粒度小于5um。

所述纯铝酸钙水泥Al₂O₃含量68～80％，平均粒度小于5mm。

所述不被铝液润湿剂中BaSO₄∶Na₃AlF₆的重量比为4∶1。

本发明通过选择不同Al₂O₃含量的高铝颗粒和细粉按照合适的粒度级配，采用微粉和分散技术制备出Al₂O₃含量在40％～90％的致密高铝浇注料，使浇注料的气孔尽可能少，贯通气孔尽可能细小，增加铝液的渗透阻力，同时还可保证浇注料足够的强度。

本发明中：选用BaSO₄和Na₃AlF₆复合型抗铝液润湿剂有以下创新点，(1)BaSO₄可以捕获浇注料的游离的SiO₂，提高浇注料的不被铝液润湿和侵蚀性，但单独加入时效果并不好，通过选择复合的抗铝液润湿剂，BaSO₄为抗铝液润湿剂，Na₃AlF₆熔点只有1025℃，通常用作助熔剂，利用Na3AlF6熔点低的特点，在高铝浇注料中可和BaSO₄、SiO₂和CaO等可形成低熔点液相，促进浇注料中游离的SiO₂捕获，显著提高浇注料的不被铝液润湿性；(2)形成的少量低熔点液相可促进浇注料在低温下如700～900℃烧结，赌塞并降低浇注料的气孔，有效地阻止铝液进入浇注料内部。

并采用抗铝液润湿剂和浇注料的高铝细粉进行共磨，然后再和浇注料的其他成分混合均匀，实验表明不经过均化处理，浇注料基体抗液润湿性不能得到根本改善。不被铝液润湿剂，小于1％不能防铝液润湿的目的，大于6％将会严重影响浇注料的施工和高温性能。

本发明中：采用抗铝液润湿剂和浇注料的高铝细粉进行共磨：抗铝液润湿剂对于这类浇注料至关重要，但由于加入量少、表面活性也不高、传统浇注料的生产方法仅采用强制搅拌和分散剂不足以使抗铝液润湿剂有效均匀地分散浇注料的基体中；采用将抗铝液润湿剂和高铝细粉先进行共磨，然后再和浇注料其他组分混合，使得少量的抗铝液润湿剂在浇注料基质中充分均化，达到整个浇注料基体不被铝液润湿的目的。实验表明不经过均化处理，浇注料基体抗液润湿性不能得到根本改善。抗铝液润湿剂加入量小于1％不能起到防铝液润湿的目的，大于6％将会严重影响浇注料的施工和高温性能。

本发明浇注料外加4～9wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：

本发明浇注料与传统浇注料相比，不论是40％Al₂O₃含量的浇注料还是90％Al₂O₃含量的浇注料，完全不被铝液润湿，抗铝液渗透和侵蚀性能均大幅度提高，见附图。本发明浇注料已在大型铝熔炼炉(最大容量100吨)的池底、池壁上得到了应用，具有足够的强度、抗热震性能优良、体积稳定性好、化学稳定性好，关键是抗铝液润湿，不影响铝液成分，使用寿命长(目前使用寿命近5年，预计寿命可达8年以上)。

附图说明

图1为传统高铝浇注料抗铝液润湿和侵蚀情况。

图2为本发明高铝浇注料抗铝液润湿和侵蚀情况。

具体实施方式

实施例1

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量40～55％的耐火浇注料。浇注料的组成为焦宝石颗粒63wt％，焦宝石细粉16wt％，氧化硅微粉5wt％，抗铝液润湿剂6wt％(BaSO₄4.8wt％，Na₃AlF₆1.2wt％)，纯铝酸钙水泥10wt％，外加三聚磷酸钠0.15％，外加六偏磷酸钠0.05wt％。先将焦宝石细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆按16wt％∶4.8wt％∶1.2wt％进行共磨均化25分钟，再将共磨均化料按焦宝石细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀，即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加8.7wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量40.89％，110℃×24h后，抗折强度10.2MPa，耐压强度58.3MPa，体积密度，2.27g/cm3；800℃×3h后，抗折强度9.8MPa，耐压强度62.8MPa，线变化率，-0.16％；1100℃×3h后，抗折强度12.3MPa，耐压强度68.4MPa，线变化率，-0.12％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异，具有优异的抗铝液侵蚀性能。

实施例2

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量40～55％的耐火浇注料。浇注料的组成为三级矾土颗粒64wt％，三级矾土细粉20wt％，氧化硅微粉7wt％，氧化铝微粉2wt％，抗铝液润湿剂1wt％(BaSO₄0.8wt％，Na₃AlF₆0.2wt％)，纯铝酸钙水泥6wt％，外加三聚磷酸钠0.12％，外加六偏磷酸钠0.03wt％。先将三级矾土细粉、BaSO₄0.8wt％和Na₃AlF₆0.2wt％钡盐按20wt％∶0.8wt％∶0.2wt％进行共磨均化30分钟，再将共磨均化料按三级矾土细粉和钡盐在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加6.7wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量54.72％，110℃×24h后，抗折强度13.8MPa，耐压强度76.9MPa，体积密度，2.51g/cm3；800℃×3h后，抗折强度14.2MPa，耐压强度81.9MPa，线变化率，-0.28％；1100℃×3h后，抗折强度14.9MPa，耐压强度，89.6MPa，线变化率，-0.26％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例3

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量56～75％的耐火浇注料。浇注料的组成为三级矾土颗粒64wt％，莫来石细粉21wt％，氧化硅微粉5wt％，氧化铝微粉2wt％，抗铝液润湿剂3wt％(BaSO₄2.4wt％，Na₃AlF₆0.6wt％)，纯铝酸钙水泥5wt％，外加三聚磷酸钠0.09％，外加六偏磷酸钠0.05wt％。先将莫来石细粉和钡盐按21wt％∶3wt％进行共磨均化30分钟，再将共磨均化料按莫来石细粉和钡盐在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加6.2wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量59.21％，110℃×24h后，抗折强度16.4MPa，耐压强度82.3MPa，体积密度，2.59g/cm³；800℃×3h后，抗折强度16.9MPa，耐压强度92.8MPa，线变化率，-0.21％；1100℃×3h后，抗折强度17.2MPa，耐压强度102.5MPa，线变化率，-0.20％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例4

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量40～55％的耐火浇注料。浇注料的组成为特级矾土颗粒67wt％，特级矾土细粉9wt％，莫来石细粉7wt％，氧化硅微粉6wt％，氧化铝微粉2wt％，抗铝液润湿剂5wt％(BaSO₄4wt％，Na₃AlF₆1wt％)，纯铝酸钙水泥4wt％，聚磷酸钠0.07％，六偏磷酸钠0.08wt％。先将特级矾土细粉∶莫来石细粉∶BaSO₄∶Na₃AlF₆按9wt％∶7wt％∶4wt％∶1wt％进行共磨均化30分钟，再将共磨均化料按特级矾土细粉、莫来石细粉BaSO₄和Na₃AlF₆盐在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加5.6wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量74.31％，110℃×24h后，抗折强度17.5MPa，耐压强度98.7MPa，体积密度，2.65g/cm3；800℃×3h后，抗折强度16.3MPa，耐压强度13.9MPa，线变化率，-0.15％；1100℃×3h后，抗折强度18.1MPa，耐压强度106.5MPa，线变化率，-0.14％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例5

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量76～90％的耐火浇注料。浇注料的组成为特级矾土颗粒67wt％，特级矾土细粉16wt％，氧化硅微粉5.5wt％，氧化铝微粉3wt％，抗铝液润湿剂4wt％(BaSO₄3.2wt％，Na₃AlF₆0.8wt％)，，纯铝酸钙水泥4.5wt％，外加三聚磷酸钠0.05％，外加六偏磷酸钠0.05wt％。先将特级矾土细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆按16wt％∶3.2wt％∶0.8wt％进行共磨均化25分钟，再将共磨均化料按特级矾土细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加4.8wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量76.69％，110℃×24h后，抗折强度17.4MPa，耐压强度101.5MPa，体积密度，2.85g/cm³；800℃×3h后，抗折强度16.6MPa，耐压强度118.9MPa，线变化率，-0.15％；1100℃×3h后，抗折强度18.1MPa，耐压强度133.5MPa，线变化率，-0.15％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例6

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量76～90％的耐火浇注料。浇注料的组成为特级矾土颗粒67wt％，特级矾土细粉16wt％，氧化硅微粉4wt％，氧化铝微粉4wt％，抗铝液润湿剂4wt％(BaSO₄3.2wt％，Na₃AlF₆0.8wt％)，纯铝酸钙水泥5wt％，外加六偏磷酸钠0.12wt％。先将特级矾土细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆按16wt％∶3.2wt％∶0.8wt％进行共磨均化25分钟，再将共磨均化料按特级矾土细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加5.1wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量78.86％，110℃×24h后，抗折强度18.8MPa，耐压强度110.3MPa，体积密度，2.82g/cm³；800℃×3h后，抗折强度17.3MPa，耐压强度105.8MPa，线变化率，-0.13％；1100℃×3h后，抗折强度19.3MPa，耐压强度113.4MPa，线变化率，-0.12％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例7

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量76～90％的耐火浇注料。浇注料的组成为特级矾土颗粒70wt％，特级矾土细粉9wt％，电熔棕刚玉细粉9wt％，氧化硅微粉5wt％，氧化铝微粉2wt％，抗铝液润湿剂2wt％(BaSO₄1.6wt％，Na₃AlF₆0.4wt％)，纯铝酸钙水泥3wt％，外加三聚磷酸钠0.15％。先将特级矾土细粉∶刚玉细粉∶BaSO₄∶Na₃AlF₆按9wt％∶9wt％∶1.6wt％∶0.4wt％进行共磨均化20分钟，再将共磨均化料按特级矾土细粉、刚玉细粉/BaSO₄和Na₃AlF₆在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加4.7wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量80.59％，110℃×24h后，抗折强度15.8MPa，耐压强度121.1MPa，体积密度，2.98g/cm³；800℃×3h后，抗折强度14.5MPa，耐压强度144.1MPa，线变化率，-0.13％；1100℃×3h后，抗折强度17.6MPa，耐压强度153.0MPa，线变化率，-0.12％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

实施例8

一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法制备Al₂O₃含量76～90％的耐火浇注料。浇注料的组成为特级矾土颗粒38wt％，电熔棕刚颗粒25wt％，电熔白刚玉细粉23wt％，氧化硅微粉3wt％，氧化铝微粉7wt％，抗铝液润湿剂1wt％(BaSO₄0.8wt％，Na₃AlF₆0.2wt％)，，纯铝酸钙水泥3wt％，外加三聚磷酸钠0.09％，外加六偏磷酸钠0.03wt％。先将刚玉细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆按23wt％∶0.8wt％∶0.2wt％进行共磨均化20分钟，再将共磨均化料按白刚玉细粉、BaSO₄和Na₃AlF₆在浇注料中共占的比例和浇注料中的其它组分用强制搅拌机混合均匀。即制备出不被铝液润湿的高铝浇注料。

本发明浇注料外加4.2wt％水混练均匀，经振动浇注成型。在室温条件下养护24小时脱模，所制备的浇注料经性能检测：Al₂O₃含量89.17％，110℃×24h后，抗折强度14.5MPa，耐压强度98.9MPa，体积密度，3.02g/cm3；800℃×3h后，抗折强度15.3MPa，耐压强度117.4MPa，线变化率，-0.12％；1100℃×3h后，抗折强度17.2MPa，耐压强度138.2MPa，线变化率，-0.12％；850℃×72h完全不被铝液润湿，抗铝液侵蚀性能优异。

Claims

1.一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法，其特征在于：所述高铝浇注料采用的原料及质量百分比如下：高铝颗粒料63～70wt％、高铝细粉16～23wt％、氧化硅微粉3～7wt％、氧化铝微粉0～7wt％、纯铝酸钙水泥3～10wt％、采用BaSO₄和Na₃AlF₆复合作为抗铝液润湿剂，其加入量为1～6wt％；并外加占其它原料总质量0.1～0.2％的三聚磷酸钠、六偏磷酸纳中的一种或两种作为分散剂；其中，所述高铝颗粒和高铝细粉是指Al₂O₃含量大于40％的Al₂O₃-SiO₂系耐火原料，高铝颗粒料为电熔棕刚玉、特级矾土、三级矾土、焦宝石中一种或几种；高铝细粉为电熔白刚玉、电熔棕刚玉、特级矾土、烧结莫来石、焦宝石细粉中的一种或几种；高铝颗粒料的粒度为10～0.088mm、高铝细粉粒度小于0.088mm；制备时先将抗铝液润湿剂和高铝细粉按上述质量百分比在振动磨中共磨20～30分钟，使得抗铝液润湿剂和耐火浇注料的高铝细粉预先充分均化，再将均化粉按抗铝液润湿剂和高铝细粉在高铝耐火浇注料共占的比例和其它组分混合均匀，即制备出不被铝液润湿具有优异的抗铝液侵蚀性能的高铝浇注料。

2.根据权利要求1所述的一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法，其特征在于：所述电熔白刚玉Al₂O₃含量为98.5～99.8wt％，真密度大于3.9g/cm³；电熔棕刚玉Al₂O₃含量为94.5～96.5wt％、体积密度为3.8～3.9g/cm³；特级矾土Al₂O₃含量为85～90wt％，体积密度为3.15～3.30g/cm³；烧结莫来石Al₂O₃含量为68～75wt％；三级矾土，Al₂O₃含量为57～68wt％，体积密度为2.45～2.7g/cm³；焦宝石，Al₂O₃含量为40～50wt％，体积密度为2.45～2.7g/cm³。

3.根据权利要求1所述的一种不被铝液润湿的高铝浇注料的制备方法，其特征在于：所述抗铝液润湿剂中BaSO₄∶Na₃AlF₆的重量比为4∶1。