CN101734928A - 一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料领域，公开的一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，由质量分数为60wt％～70wt％的熔融石英作为主材质；采用10wt％～20wt％的白刚玉粉，4wt％～8wt％的铝酸钙水泥和3wt％～5wt％水合氧化铝复合结合剂，4wt％～10wt％的氧化硅微粉，3wt％～6wt％的氧化铝微粉来增强基质；采用BaSO₄和Na₃AlF₆作为复合抗铝液润湿剂，其加入量为1～6wt％，采用外加0.12wt％三聚磷酸钠和外加0.03wt％六偏磷酸钠作为分散剂。本发明制备的浇注料具有强度高，不被铝液润湿，其最高使用温度为1000℃，可作为熔铝炉流铝槽等耐火材料使用。

Description

一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法。

背景技术

铝液本身熔点约为660℃，铝熔炼炉内铝液和铝合金化的温度700-900℃，铝及其铝合金中的镁、硅与锌等活泼性很高，很易与耐火材料中的一些元素反应而受到耐火材料污染。因此要求铝液接触的耐火材料应具有良好化学稳定性能。

3SiO₂+4Al(l)→2Al₂O₃+3Si(s)

850℃时：ΔG＝-509.6KJ/mol

3(3Al₂O₃·2SiO₂)+8Al(l)→13Al₂O₃+6Si(s)

850℃时：ΔG＝-986.4KJ/mol

金属铝及铝合金不仅化学活性高，而且其熔液的流动性极好，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，铝液对耐火材料的浸润性较好，很容易通过气孔渗透到耐火材料中，其易向炉衬内部渗透，从而引起耐火材料的损毁。因此要求铝液接触的耐火材料应具有良好的抗铝液润湿性。

目前熔铝炉使用的不定形材料包括低水泥铝硅系浇注料、碳化硅浇注料、熔融石英浇注料和可塑料等，各类材料各有特点，铝硅系低水泥浇注料成本较低，强度较高，体积稳定性较好，广泛使用在熔铝炉门门栏、门框、炉顶和炉底；碳化硅质浇注料强度较高，热震稳定性和体积稳定性很好，抗铝液浸润性也很好，在流铝口部位使用；可塑料主要应用于烧嘴周边、测温口周边、进铝口周边、出铝口周边等开口部位。

熔融石英浇注料热震稳定性很好，热膨胀较小，体积密度较低，导热系数小，便于保温，降低热损耗。主要使用在流铝槽、闸板等部位。但熔融石英浇注料SiO₂含量高，易与铝液中各种元素反应，抗铝液浸润性需要改善。研究时在控制熔融石英含量的基础上(≥60％)，添加a-Al₂O₃微粉和硅灰增加熔融石英浇注料的强度和致密性，添加抗铝液浸润剂改善抗铝液的浸润性。

公开报导的文献中，采用如下措施来改善熔铝炉不定形材料性能：(1)采用防渗剂、在浇注料中加入复合超细粉、降低材料中的SiO₂含量等措施，研制防渗高强熔铝炉用耐火浇注料。如采用特级高铝矾土为主材质，加入氧化物超细粉、纯铝酸钙水泥，并添加不润湿耐火组元(SiC、Cr₂O₃、BaSO₄)，研制的浇注料Al₂O₃含量为75.6％，用于40吨铝反射炉；也有熔铝炉炉墙采用Al₂O₃含量≥65％的高铝质浇注料，在炉墙渣线部位采用加入抗铝液浸润成份(碳化硅、氮化硅、硫酸钡)的刚玉(含量≥80％)质浇注料，寿命可达3年；另外也有采用高纯氧化铝板状刚玉、纯铝酸钙水泥、特殊解胶剂，并加入二氧化硅微粉和活性氧化铝微粉，同时加入不沾铝剂(未见该物质名称)，对抗铝侵蚀取得较好效果；(2)制备了一种含硅酸钙和含钡化合物的浆料，涂敷在浇注料表面，抵抗铝液的浸润；(3)采用磷酸盐作为结合剂的高铝质不定形材料，寿命比原来延长2～3倍；(4)采用主原料为碳化硅、氧化铝微粉、ρ-Al2O3、硅微粉，制得SiC含量≥70％的浇注料。以SiC为主原料，纯铝酸钙水泥为主结合剂，SiO₂超细粉为辅助结合剂，金属硅为防氧化添加剂，以磷酸盐为减水剂，SiC含量≥85.4％，用于熔铜炉；还有碳化硅质浇注料以碳化硅颗粒料及蓝晶石族矿物的微粉为主原料制得。5)采用99.99％的石英玻璃为原料，Elken983硅微粉为结合剂，研究了振动浇注成型石英玻璃材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，使其具有较低的热导率，强度高，抗铝液浸润，其最高使用温度为1000℃，可作为熔铝炉流铝槽等耐火材料使用。

本发明的目的采用如下技术方案来实现：

一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，由质量分数为60wt％～70wt％的熔融石英作为主材质；采用10wt％～20wt％的白刚玉粉，4wt％～8wt％的铝酸钙水泥和3wt％～5wt％水合氧化铝作复合结合剂，4wt％～10wt％的氧化硅微粉，3wt％～6wt％的氧化铝微粉来增强基质，提高浇注料强度，提高浇注料使用时的耐冲刷性能；采用BaSO₄和Na₃AlF₆作为复合抗铝液润湿剂用以防止铝液对材料的润湿，其加入量为1～6wt％，采用外加0.12wt％三聚磷酸钠和外加0.03wt％六偏磷酸钠作为分散剂，制备时先将抗铝液润湿剂和白刚玉粉按上述质量百分比在振动磨中共磨30分钟，使得抗铝液润湿剂和白刚玉粉预先充分均化，制成均化粉，再将均化粉按抗铝液润湿剂和白刚玉粉在熔融石英耐火浇注料共占的比例和其它组分混合均匀，施工搅拌时外加占原料中重量5％～9.5％的水，混练均匀；制备出抗铝液浸润熔融石英耐火浇注料；其中，所述熔融石英原料的粒度范围为0.088～5mm，所述氧化铝微粉原料的平均粒度小于5μm，所述氧化硅微粉原料的平均粒度小于1μm。

所述抗铝液浸润剂中BaSO₄和Na₃AlF₆的重量百分比为4∶1。

所述熔融石英中氧化硅的含量≥99.9％，体积密度2.2g/cm³，非晶质≥99.9％。

所述氧化铝微粉原料中的氧化铝含量大于99％；氧化硅微粉原料中的氧化硅含量91％～97％。

所述白刚玉粉中Al₂O₃≥98.5％，≤0.044mm。

本发明中抗铝液浸润剂采用硫酸钡(BaSO₄)和六氟合铝酸钠(Na₃AlF₆)复合。首先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抗侵蚀性，但是单独加入时效果不理想；在浇注料中复合加入六氟合铝酸钠(Na₃AlF₆)，可以改善不被铝液润湿效果，Na₃AlF₆可以和BaSO₄、SiO₂和CaO等形成液相，促进浇注料中游离的SiO₂捕获，提高浇注料的不被铝液润湿性。另外浇注料中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，堵塞并降低浇注料的气孔，有效阻止铝液进入浇注料内部。

抗铝液浸润剂加入量少，难以分散，造成局部富集，影响材料性能。传统浇注料的生产方法是采用强制搅拌分散和分散剂分散，抗铝液浸润剂在浇注料中的分散效果不好，本发明采用共磨工艺对抗铝液浸润剂和浇注料基质中的≤0.044mm白刚玉细粉一起共磨进行预分散处理，使得少量的抗铝液浸润剂在浇注料基质中充分均化。实验表明不经过均化处理，浇注料抗铝液润湿性得不到根本改善。抗铝液浸润剂加入量小于1wt％不能起到防铝液润湿的目的，大于6wt％将会严重影响浇注料的施工和高温性能。

本发明通过在基质中添加氧化物微粉等原料，增强基质的结合强度，实现浇注料具有良好的强度，体积稳定性及抗铝液浸润性。

采用上述技术方案制备的不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料，具有以下有益效果：

(1)用熔融石英作为主材质，浇注料的线膨胀系数小，热震稳定性好，化学性质稳定，与高铝质材料相比导热系数小，保温效果好。

(2)基质部分应用目前成熟的微粉填充技术方案，采用氧化铝微粉和氧化硅微粉，他们平均粒度分别为小于5μm和小于1μm，采用两个粒级以达到使浇注料趋向于最紧密堆积，降低气孔率，以期降低铝液通过气孔向浇注料内部渗透。

(3)采用铝酸钙水泥和水合氧化铝作为结合剂，可以提高浇注料的强度，改善其抗铝液的冲刷性能。

(4)加入的抗铝液浸润剂可以确保浇注料抗铝液侵蚀效果好，不被铝液浸润。

本发明的熔融石英耐火浇注料具有低的导热性，可以在设计衬体时(如：流铝槽、铝液过滤器等部位)，改变衬体结构，减薄隔热耐火材料的厚度，或取消隔热耐火材料，将衬体单层结构，或熔融石英浇注料和隔热耐火材料两层结构，使耐火材料衬体施工简便，衬体体积稳定，运行稳定性增强，降低耐火材料的损耗。

附图说明

图1为未加入抗铝液浸润剂时熔融石英浇注料的侵蚀试样。

图2为加入抗铝液浸润剂时熔融石英浇注料的侵蚀试样。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但不仅局限于下列实施例：

表1给出所采用主要原料的性能指标，表2～3给出实施例1～8与对比例浇注料1～2的原料具体配比方案，表4～5给出实施例1～8和对比例1～2浇注料的性能指标。

在制备不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料时，如实施例2制备方法，将复合抗铝液浸润剂和≤0.044mm白刚玉粉按1∶15比例(质量比)一起共磨30分钟，制备出成分均匀的共磨粉；之后按照实施例2配方比例配制浇注料，其中复合抗铝液浸润剂和≤0.044mm白刚玉粉以共磨粉的形式加入不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料，总加入量为16wt％，增加共磨工艺后可以将复合抗铝液浸润剂在浇注料中充分混合均匀，避免复合抗铝液浸润剂在浇注料中局部富集，影响浇注料性能。其它实施例的制备过程同实施例2，其原料加入量见表2～5。

与普通熔融石英浇注料对比例1比较，对比例2加水量要低，强度更高，更致密，但是对铝液的浸润没有根本的改善，如图1所示。实施例1～8在对比例2的基础上加如抗铝液浸润剂，能明显改善浇注料的抗铝液浸润性。实验室试验和现场使用结果都很好，如图2所示，开发的新型熔融石英浇注料与铝液的接触面经过扫描电子显微镜(SEM)分析，未发现有界面反应层，未见通常发生的3SiO₂+4Al(l)→2Al₂O₃+3Si(s)置换反应，就连铝液中非常活泼的金属Mg也没有与浇注料反应生成尖晶石。

表1

表2(wt％)

编号	对比例1	对比例2	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
							熔融石英	80	61	63	65	67	69
白刚玉粉≤0.044mm	10	20	17.0	15.0	12.5	10.0
							氧化铝微粉5μm	--	4	4	4	4	4
氧化硅微粉	5	5	5	5	5	5
							铝酸钙水泥	5	6	6	6	6	6
水合氧化铝	--	4	4	4	4	4
							抗铝液浸润剂	0	0	1.0	1.0	1.5	2.0
三聚磷酸钠(外加)	0.12	0.12	0.12	0.12	0.12	0.12
							六偏磷酸钠(外加)	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03

表3(wt％)

编号	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
					熔融石英	63	64	64	63
白刚玉粉≤0.044mm	13.5	10	10.5	11
					氧化铝微粉5μm	6	5	4	3
氧化硅微粉	4	6	8	10
					铝酸钙水泥	8	8	6	4

编号	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
					水合氧化铝	3	4	4	5
抗铝液浸润剂	3.0	4.0	5.0	6.0
					三聚磷酸钠(外加)	0.12	0.12	0.12	0.12
六偏磷酸钠(外加)	0.03	0.03	0.03	0.03

表4实施例和对比例浇注料的性能指标

表5实施例和对比例浇注料的性能指标

Claims (5)

1.一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，其特征在于：由质量分数为60wt％～70wt％的熔融石英作为主材质；采用10wt％～20wt％的白刚玉粉，4wt％～8wt％的铝酸钙水泥和3wt％～5wt％水合氧化铝作复合结合剂，4wt％～10wt％的氧化硅微粉，3wt％～6wt％的氧化铝微粉来增强基质，提高浇注料强度，提高浇注料使用时的耐冲刷性能；采用BaSO₄和Na₃AlF₆作为复合抗铝液润湿剂用以防止铝液对材料的润湿，其加入量为1～6wt％，采用外加0.12wt％三聚磷酸钠和外加0.03wt％六偏磷酸钠作为分散剂，制备时先将抗铝液润湿剂和白刚玉粉按上述质量百分比在振动磨中共磨30分钟，使得抗铝液润湿剂和白刚玉粉预先充分均化，制成均化粉，再将均化粉按抗铝液润湿剂和白刚玉粉在熔融石英耐火浇注料共占的比例和其它组分混合均匀，施工搅拌时外加占原料中重量5％～9.5％的水，混练均匀；制备出抗铝液浸润熔融石英耐火浇注料；其中，所述熔融石英原料的粒度范围为0.088～5mm，所述氧化铝微粉原料的平均粒度小于5μm，所述氧化硅微粉原料的平均粒度小于1μm。

2.根据权利要求1所述的一种抗铝液浸润熔融石英耐火浇注料的制备方法，其特征在于：所述抗铝液浸润剂中BaSO₄和Na₃AlF₆的重量百分比为4∶1。

3.根据权利要求1所述的一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，其特征在于：所述熔融石英中氧化硅的含量≥99.9％，体积密度2.2g/cm³，非晶质≥99.9％。

4.根据权利要求1所述的一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝微粉原料中的氧化铝含量大于99％；氧化硅微粉原料中的氧化硅含量91％～97％。

5.根据权利要求1所述的一种不被铝液润湿熔融石英耐火浇注料的制备方法，其特征在于：所述白刚玉粉中Al2O3≥98.5％，≤0.044mm。

Images