CN102850044B - 一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法。其技术方案是：以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、5~15wt%的氧化镁细粉、11~30wt%的工业氧化铝细粉、2~8wt%的ρ-Al₂O₃细粉、2~10wt%的氧化硅微粉和1~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料8~20wt%的水和0.02~1wt%的减水剂，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥8~48小时，制得堇青石-尖晶石轻质浇注料。本发明制备工艺简单，其制品既具有施工方便、环境友好、显气孔率可控、气孔尺寸可控和烧后体积可控的特点，又具有平均孔径小、热导率低、显气孔率高、强度大、热震稳定性好、抗介质侵蚀能力强和使用温度高的特点，适用于工作温度低于1410℃的高温窑炉或容器的永久层或工作层。

Description

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法

技术领域

本发明属于轻质浇注料技术领域。具体涉及一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法。

背景技术

浇注料是不定形耐火材料中的一种，具有容易施工、不受窑炉结构形状限制和能方便地制作成不同形状的炉衬等优点。随着对节能和减排的要求日益提高，环保和高效的轻质浇注料的研制已越来越受到关注。

堇青石是一种硅酸盐矿物，其化学式为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，具有很小的热膨胀系数、优异的抗热震性、低导热率和较好的化学稳定性。镁铝尖晶石（简称尖晶石）是MgO-Al₂O₃二元系中唯一稳定的中间化合物，其化学式为MgO·Al₂O₃，具有熔点高、高温强度高、抗介质侵蚀能力强等优点。将尖晶石引入以堇青石为主要成分的材料中，能提高堇青石材料机械强度、使用温度和高温抗介质侵蚀能力，故堇青石-尖晶石轻质材料的机械强度、使用温度及高温抗介质侵蚀能力都高于堇青石材料。

关于堇青石轻质浇注料及堇青石-尖晶石轻质材料的研究已有一定进展，但存在一些问题：如“一种堇青石轻质浇注料及其制备方法” （CN201210272265.8）专利技术，以多孔堇青石陶瓷为骨料制备了轻质浇注料，但其以铝酸钙水泥为结合剂，即在MgO-Al₂O₃-SiO₂三元体系中引入CaO，降低了低共熔点温度，限制了最高使用温度；“低热膨胀高强度堇青石结构体的制造” （ZL99813431.7）专利技术，采用挤压成型法制备出了具有一定气孔率的以堇青石为主晶相、以尖晶石为次晶相的堇青石陶瓷棒，但一方面挤压成型法制备的产品不能现场浇注成整体炉衬材料、不能制备结构复杂的耐火材料，另一方面，此专利产品最高气孔率只有37%、且为均质材料，保温效果和抗介质侵蚀能力均较差；“以镁铝尖晶石为原料利用选择性脱碱法制造多孔陶瓷。国外耐火材料，2006,31（2）：21-24”文献技术采用对以MgO-Al₂O₃-SiO₂系为原料进行选择性脱碱的方法制备了含尖晶石和堇青石的多孔陶瓷薄膜，但制备过程较复杂、生产成本较高，且不适合现场浇注成整体炉衬材料和制备结构复杂的耐火材料；“由回收材料成型的MgO-Al₂O₃-SiO₂耐火陶瓷。耐火与石灰，2008，33（5）：41-45”文献技术先采用化学方法对原料进行处理、后采用机压成型方法制备了有气孔的耐火堇青石-尖晶石料体，但其制备过程复杂，且为定型制品，同样不适合现场浇注成整体炉衬材料和制备结构复杂的耐火材料。

发明内容

    本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种制备工艺简单的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，用该方法制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料不仅环境友好、显气孔率可控、气孔尺寸可控和烧后体积变化可控，且平均孔径小、热导率低、显气孔率高、强度更高、热震稳定优异性、抗介质侵蚀能力更佳和使用温度更高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、5~15wt%的氧化镁细粉、11~30wt%的工业氧化铝细粉、2~8wt%的ρ-Al₂O₃细粉、2~10wt%的氧化硅微粉和1~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料8~20wt%的水和0.02~1wt%的减水剂，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥8~48小时，即得堇青石-尖晶石轻质浇注。

多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法是：先将8~12wt%的煤矸石粉、33~37wt%的Al(OH)₃粉、8~12wt%的滑石粉、13~17wt%的菱镁矿粉和28~32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3~12wt%的水搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时；然后在1300~1400℃条件下保温1~6小时烧成，即得多孔堇青石陶瓷；最后将多孔堇青石陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~0.1mm的颗粒为多孔堇青石陶瓷颗粒。

在上述技术方案中：氧化镁细粉为电熔镁砂、烧结镁砂和轻烧镁砂中的一种以上，氧化镁细粉的MgO含量大于93wt%，粒径小于88μm；工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量大于96wt%，粒径小于88μm；ρ-Al₂O₃细粉的粒径小于88μm；氧化硅微粉的SiO₂含量大于93wt%，粒径小于4μm；硅石细粉的SiO₂含量大于95wt%，粒径小于88μm；减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚羧酸系减水剂中的一种以上。

本发明采用申请人申请的“一种多孔堇青石陶瓷材料及其制备方法（CN201110038289.2）”专利技术制备多孔堇青石陶瓷颗粒，再以所制备的多孔堇青石陶瓷颗粒为多孔骨料，以镁砂细粉、工业氧化铝细粉、ρ-Al₂O₃细粉、氧化硅微粉和硅石细粉为基质制备出轻质浇注料，制备工艺简单。本发明所制备的产品化学成分主要是MgO、Al₂O₃和SiO₂，其骨料晶相为堇青石，基质晶相为堇青石和尖晶石；所制备的轻质浇注料既有良好的保温性能和优异的热震稳定性，又有更高的使用温度和更强的抗介质侵蚀能力。

因此，本发明制备工艺简单，所制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料不仅具有施工方便、环境友好、显气孔率可控、气孔尺寸可控和烧后体积可控的特点，还具有平均孔径小、热导率低、显气孔率高、强度更高、热震稳定性优异、更佳的抗介质侵蚀能力和更高的使用温度的特点。本发明所制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料适用于工作温度低于1410℃的高温窑炉或容器的永久层和工作层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式中的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：

氧化镁细粉为电熔镁砂、烧结镁砂和轻烧镁砂的MgO含量大于93wt%，粒径小于88μm；

工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量大于96wt%，粒径小于88μm；

ρ-Al₂O₃细粉的粒径小于88μm；

氧化硅微粉的SiO₂含量大于93wt%，粒径小于4μm；

硅石细粉的SiO₂含量大于95wt%，粒径小于88μm；

多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法是：先将8~12wt%的煤矸石粉、33~37wt%的Al(OH)₃粉、8~12wt%的滑石粉、13~17wt%的菱镁矿粉和28~32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3~12wt%的水搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时；然后在1300~1400℃条件下保温1~6小时烧成，即得多孔堇青石陶瓷；最后将多孔堇青石陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~0.1mm的颗粒为多孔堇青石陶瓷颗粒。

实施例1    

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以50~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、5~8wt%的氧化镁细粉、11~18wt%的工业氧化铝细粉、2~3wt%的ρ-Al₂O₃细粉、5~6wt%的氧化硅微粉和7~12wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料8~14wt%的水和0.02~0.4wt%的三聚磷酸钠，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥8~18小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为35~40%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：8~5mm占原料8~12wt%，5~3mm占原料18~24wt%，3~1mm占原料18~24wt%，1~0.1mm占原料6~10wt%；氧化镁细粉为电熔镁砂细粉。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为35~42%、体积密度为1.44~1.70g/cm³和抗折强度为4~8MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为2~6小时，得到显气孔率为35~45%、体积密度为1.42~1.72g/cm³、平均孔径为10~20μm和抗折强度为9~16MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料。

实施例2  

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以40~60wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、8~13wt%的氧化镁细粉、17~26wt%的工业氧化铝细粉、4~6wt%的ρ-Al₂O₃细粉、5~7wt%的氧化硅微粉和5~8wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料12~16wt%的水、0.1~0.3wt%的三聚磷酸钠和0.1~0.3wt%的六偏磷酸钠，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥16~32小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为38~46%，平均孔径为20~30μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：5~3mm占原料15~22wt%，3~1mm占原料15~22wt%，1~0.1mm占原料10~16wt%；氧化镁细粉由烧结镁砂和轻烧镁砂组成，烧结镁砂占氧化镁细粉50~70wt%，轻烧镁砂占氧化镁细粉30~50wt%。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为42~50%、体积密度为1.55~2.02g/cm³和抗折强度为5~10MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为3~8小时，得到显气孔率为40~52%、体积密度为1.55~2.04g/cm³、平均孔径为20~30μm和抗折强度为9~15MPa的堇青石轻质浇注料。

实施例3  

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、8~15wt%的氧化镁细粉、15~30wt%的工业氧化铝细粉、4~8wt%的ρ-Al₂O₃细粉、2~4wt%的氧化硅微粉和1~3wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料16~20wt%的水、0.1~0.3wt%的三聚磷酸钠和0.05~0.15wt%的聚羧酸系减水剂，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥30~48小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为45~55%，平均孔径为15~25μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：3~1mm占原料15~30wt%，1~0.1mm占原料25~40wt%；氧化镁细粉由电熔镁砂、烧结镁砂和轻烧镁砂组成，电熔镁砂占氧化镁细粉30~40wt%，烧结镁砂占氧化镁细粉30~40wt%，轻烧镁砂占氧化镁细粉20~30wt%。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为45~58%、体积密度为1.52~2.10g/cm³、抗折强度为3~6MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为3~8小时，得到显气孔率为45~60%、体积密度为1.50~2.14g/cm³、平均孔径为15~25μm、抗折强度为5~12MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料。

实施例4  

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以40~60wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、7~11wt%的氧化镁细粉、15~22wt%的工业氧化铝细粉、4~6wt%的ρ-Al₂O₃细粉、7~10wt%的氧化硅微粉和7~11wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料12~18wt%的水和0.05~0.3wt%的聚羧酸系减水剂，搅拌均匀，浇注成型，成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥16~32小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为40~45%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：5~3mm占原料15~22wt%，3~1mm占原料15~22wt%，1~0.1mm占原料10~16wt%；氧化镁细粉为轻烧镁砂。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为40~48%、体积密度为1.50~1.80g/cm³和抗折强度为3~6MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为2~6小时，得到显气孔率为39~50%、体积密度为1.51~1.83g/cm³、平均孔径为10~20μm和抗折强度为7~16MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料。

实施例5    

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、5~10wt%的氧化镁细粉、11~22wt%的工业氧化铝细粉、2~4wt%的ρ-Al₂O₃细粉、5~10wt%的氧化硅微粉和7~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料10~18wt%的水、0.1~0.4wt%的三聚磷酸钠、0.1~0.4wt%的六偏磷酸钠和0.05~0.2wt%的聚羧酸系减水剂，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥16~32小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为40~45%，平均孔径为10~20μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：3~1mm占原料15~25wt%，1~0.1mm占原料25~40wt%；氧化镁细粉为烧结镁砂。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为39~46%、体积密度为1.42~1.73g/cm³、抗折强度为4~9MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为3~8小时，得到显气孔率为40~49%、体积密度为1.41~1.75g/cm³、平均孔径为10~20μm、抗折强度为6~15MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料。

实施例6    

一种堇青石-尖晶石轻质浇注料及其制备方法：以40~60wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、8~13wt%的氧化镁细粉、17~26wt%的工业氧化铝细粉、4~6wt%的ρ-Al₂O₃细粉、5~7wt%的氧化硅微粉和5~8wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料10~15wt%的水和0.1~0.4wt%的六偏磷酸钠，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥16~32小时。

本实施例中：多孔堇青石陶瓷颗粒的显气孔率为38~46%，平均孔径为20~25μm；多孔堇青石陶瓷颗粒的颗粒级配比是：5~3mm占原料15~22wt%，3~1mm占原料15~22wt%，1~0.1mm占原料10~16wt%；氧化镁细粉由烧结镁砂和电熔镁砂组成，烧结镁砂占氧化镁细粉30~70wt%，电熔镁砂占氧化镁细粉30~70wt%。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为40~48%、体积密度为1.58~2.05g/cm³、抗折强度为4~8MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料；经1300~1430℃条件下烧成，保温时间为3~8小时，得到显气孔率为40~50%、体积密度为1.60~2.08g/cm³、平均孔径为20~25μm、抗折强度为7~16MPa的堇青石-尖晶石轻质浇注料。

本具体实施方式先采用申请人申请的“一种多孔堇青石陶瓷材料及其制备方法（CN201110038289.2）” 专利技术制备多孔堇青石陶瓷颗粒，再以所制备的多孔堇青石陶瓷为多孔骨料，以镁砂细粉、工业氧化铝细粉、ρ-Al₂O₃细粉、氧化硅微粉和硅石细粉为基质来制备轻质浇注料，制备工艺简单。所制备的产品化学成分主要是MgO、Al₂O₃和SiO₂，其骨料的晶相为堇青石，基质晶相为堇青石和尖晶石。通过该具体实施方式所制备的轻质浇注料既有良好的保温性能和优异的热震稳定性，又有更高的使用温度和更强的抗介质侵蚀能力。

因此，本具体实施方式制备工艺简单，所制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料不仅具有施工方便、环境友好、显气孔率可控、气孔尺寸可控和烧后体积可控的优点，还具有平均孔径小、热导率低、显气孔率高、强度更高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力更佳和使用温度更高的优点。本具体实施方式所制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料适用于工作温度低于1410℃的高温窑炉或容器的永久层或工作层。

Claims (8)

1.一种堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷颗粒、5~15wt%的氧化镁细粉、11~30wt%的工业氧化铝细粉、2~8wt%的ρ-Al₂O₃细粉、2~10wt%的氧化硅微粉和1~14wt%的硅石细粉为原料，外加所述原料8~20wt%的水和0.02~1wt%的减水剂，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，再在110℃条件下干燥8~48小时，即得堇青石-尖晶石轻质浇注；

多孔堇青石陶瓷颗粒的制备方法是：先将8~12wt%的煤矸石粉、33~37wt%的Al(OH)₃粉、8~12wt%的滑石粉、13~17wt%的菱镁矿粉和28~32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3~12wt%的水搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥8~36小时；然后在1300~1400℃条件下保温1~6小时烧成，即得多孔堇青石陶瓷；最后将多孔堇青石陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~0.1mm的颗粒为多孔堇青石陶瓷颗粒。

2.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述氧化镁细粉为电熔镁砂、烧结镁砂和轻烧镁砂中的一种以上，氧化镁细粉的MgO含量大于93wt%，粒径小于88μm。

3.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述工业氧化铝细粉的Al₂O₃含量大于96wt%，粒径小于88μm。

4.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述ρ-Al₂O₃细粉的粒径小于88μm。

5.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述氧化硅微粉的SiO₂含量大于93wt%，粒径小于4μm。

6.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述硅石细粉的SiO₂含量大于95wt%，粒径小于88μm。

7.根据权利要求1所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和聚羧酸系减水剂中的一种以上。

8.根据权利要求1~7项中任一项所述的堇青石-尖晶石轻质浇注料的制备方法所制备的堇青石-尖晶石轻质浇注料。