CN102942373A - 耐火可塑料用体积稳定剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐火可塑料用体积稳定剂。其含有3-环氧丙烷30～55%、氧化苯乙烯10～30%、二甲胺溶液35～50%，所述二甲胺溶液为30～40wt%的二甲胺水溶液。本发明体积稳定剂通过抑制耐火粘土的吸水膨胀，从而减轻其脱水时的收缩现象，本发明体积稳定剂所含高分子成分，可与粘土颗粒形成强烈的静电引力，从而牢固地吸附在粘土或其它微粒上形成一层保护层，能有效地阻止粘土的水化膨胀作用；同时，本发明体积稳定剂所含高分子具有的适度的链长和链上所带有的特定的功能基，能够同时吸附到多个晶层和微粒上，从而能有效地抑制因粘土颗粒分散和运移而带来的体积收缩。

Description

耐火可塑料用体积稳定剂

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种耐火可塑料用体积稳定剂。 

背景技术

耐火可塑料，又称可塑料，包括高性能的耐磨耐火可塑料，是由一定级配的耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂，加水或其他液体经过充分混炼后，以捣打、振动或挤压方法施工的泥坯状或泥团状的高级不定形耐火材料。具有优异的耐磨性、超强的黏结性。耐火可塑料按耐火骨料分为：粘土质、高铝质、刚玉质、硅质、镁质、铬质、锆英石质和碳化硅质耐火可塑料等。按结合剂种类分为：水玻璃、磷酸盐、硫酸盐和有机结合剂耐火可塑料等。按硬化方式分为：气硬性或热硬化耐火可塑料两种。和耐火砖相比，耐火可塑料生产流程简单，容易施工，筑炉速度快，修补方便，且整体性好。和耐火浇注料相比，施工不用模板，不需要养护时间。由干高温下生成的玻璃相少，性能也超过相同材质的耐火浇注料。耐火可塑料的缺点是体积收缩大，不加防缩剂的可塑料干燥收缩可达4%左右；常温下强度低。加入适量的氧化铝等微粉，替代或部分替代粘土，即可减少干燥收缩和高温加热收缩，还可提高高温性能。同时在可塑料中加入适量的膨胀性材料，如蓝晶石细粉，利用蓝晶石的莫来石化效应产生的体积膨胀抵消可塑料基质的高温收缩。 

1.耐火可塑料的适用范围 

（1）耐火可塑料在修补循环流化床卫燃带浇注料，旋风筒等使用耐火材料部位的应用：其超强的黏结性能，可随意修补任何不规则的磨损部位，无需使用钢模板或模具，施工完毕后可以立即点火，不必特殊的养护，从而缩短施工周期，节省费用。

（2）耐火可塑料在水冷壁管与卫燃带交界处的防磨处理：免烧烤耐磨耐火可塑料可以在水冷管上施工，铺敷最薄厚能够控制在5mm以下，这是其它同类产品所无法做到的，免烧烤耐磨耐火可塑料在水冷壁与卫燃带交界处的施工，可以改变该位置的几何角度，使过渡区变得相当平坦，以至于接近平面，从而减少涡流在该部位的形成，综合了涡流在该位置的停留时间，使磨损程度大大降低。 

此外主要用于钢铁工业中的各种加热炉、均热炉、退火炉、烧结炉，以及电炉顶等作衬体。 

2.耐火可塑料收缩的危害及机理 

可塑料中因掺有一定数量的结合粘土，用它砌筑的炉体干燥时会产生收缩，加热冷却后还会进一步收缩，如果收缩量过大就会造成炉体损坯。粘土在体积变化或应力作用下，在变形不协调的地方，可能产生裂缝。其机理主要是干湿缩胀和烧结。

干湿缩胀作用——粘土会因吸水而膨胀，之后随含水量的减少而收缩。这种作用的强弱取决于粘土中强亲水性矿物(如蒙脱石和水云母)含量的高低。强亲水性矿物含量越高，干湿缩胀作用越明显。在干湿循环过程中，衬体的连续结构被体积的突然变化或不均匀变化所破坏，形成裂缝。 

烧结作用——在高温下（不高于熔点），粘土固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。 

3.常规处理办法及其局限性 

由于在耐火可塑料中，软质粘土脱水、烧结收缩导致耐火可塑料收缩，在气硬性耐火可塑料中采取了一些技术措施来补偿收缩。

（1）引入蓝晶石族矿物，利用其在1300～1500℃莫来石化产生的体积膨胀来弥补收缩； 

　　（2）引入A1₂0₃原料，利用其与Si0₂反应生成莫来石产生的体积膨胀来弥补收缩；

　　（3）优选软质粘土的种类、加入量和粒度组成，并选用＜1μm的超细粉(如A1₂0₃微粉)来代替部分软质粘土，可降低耐火可塑料的烧成收缩；

　　（4）精选原材料，严格控制原材料中的Fe₂0₃、Na₂0和K₂0等杂质和低熔物；

　　（5）采取均匀膨胀技术，保证施工衬体的整体性。在防止耐火可塑料收缩的基础上，精心搭配原材料，精确地设计配方，使耐火可塑料随着温度的提高均匀膨胀，不在某一个温度段内产生过大膨胀，保证施工衬体的整体性。

上述这些方法共同的缺点在于：只能缓解因烧结引起的收缩，对干湿缩胀引起的的体积收缩毫无作用。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种耐火可塑料用体积稳定剂，其既能有效缓解因烧结引起的收缩，又能有效地抑制因干湿缩胀引起的的体积收缩。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是： 

设计一种耐火可塑料用体积稳定剂，以重量百分比计，其含有3-环氧丙烷30～55%、氧化苯乙烯10～30%、二甲胺溶液35～50%，所述二甲胺溶液为30～40wt%的二甲胺水溶液。

3-环氧丙烷（别名烯丙基缩水甘油醚、1-烯丙氧基-2，是一种含氧物质的稳定剂和化学中间体）与氧化苯乙烯（又称1，2-环氧乙基苯）、二甲胺所形成的混合物粘结性强，应用于耐火可塑料后所形成的结构体具有耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好等特点。 

所述耐火可塑料用体积稳定剂含有3-环氧丙烷35～50%、氧化苯乙烯15～25%、二甲胺溶液35～45%。 

所述耐火可塑料用体积稳定剂的制备方法如下：按所重量配比取3-环氧丙烷、氧化苯乙烯、二甲胺溶液于50～80℃下混合搅拌2～4小时后即成。 

所述耐火可塑料用体积稳定剂在耐火可塑料中的添加使用量为耐火可塑料总重量的0.2～1%。 

本发明具有积极有益的效果： 

1.本发明体积稳定剂通过抑制耐火粘土的吸水膨胀，从而减轻其脱水时的收缩现象，本发明体积稳定剂所含高分子成分，可与粘土颗粒形成强烈的静电引力，从而牢固地吸附在粘土或其它微粒上形成一层保护层，能有效地阻止粘土的水化膨胀作用；同时，本发明体积稳定剂所含高分子具有的适度的链长和链上所带有的特定的功能基，能够同时吸附到多个晶层和微粒上，从而能有效地抑制因粘土颗粒分散和运移而带来的体积收缩。

2.普通粘土可塑料，其110℃烘干24h线变化通常在-1.0%～0之间。使用本体积稳定剂以后，其110℃烘干24h线变化可控制在-0.2%～0。 

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中的所用原料，如无特别说明，均为市售，所涉及的检测方法如无特别说明，则均为常规方法。 

实施例1～3中的耐火可塑料用体积稳定剂的原料配方见表1。 

分别按照表1中的可塑料配方，准备好骨料、粉料等，于强制式搅拌机内干混7～9分钟。假设可塑料配方中，耐火黏土加入量为A（wt，%），则体积稳定剂适宜加入量为（1%～3%）A。如，生产1吨可塑料，其中耐火黏土加入量为15%即150kg，则外加1.5～4.5kg的体积稳定剂。此时可塑料总重为1.015～1.045吨。 

将体积稳定剂和液体结合剂（常见磷酸、磷酸盐、硫酸铝、水玻璃、树脂结合等）按比例混合，然后边搅拌边缓慢倒入称量好的体积稳定剂，搅拌2～3分钟后观察溶液和集料的混合情况，如果搅拌机内的料全部湿润，若呈块状即判定搅拌均匀。添加上述各体积稳定剂后的可塑料性能参见表3～6。 

表1 耐火可塑料用体积稳定剂的原料配方 

	实施例1	实施例2	实施例3
				3-环氧丙烷（%）	35	45	50
氧化苯乙烯（%）	20	25	15
				二甲胺溶液（%）	45	30	35

表2 耐火可塑料的原料配方

表3 添加体积稳定剂后可塑料性能

表4 添加体积稳定剂后可塑料性能

表5 添加体积稳定剂后可塑料性能

表6 添加体积稳定剂后可塑料性能

实施例4 选用优质的焦宝石、矾土和蓝晶石族矿物为主要原料，采用化学和陶瓷结合方式，根据微膨胀原理研制开发的GS-KS系列可塑料, 按比例分别添加上述各实施例中的体积稳定剂后，具有施工性能好，受热后不收缩，热震稳定性和抗剥落性优于浇注料等优点（有关性能指标参见表7），主要适用于大型加热炉炉衬，使用寿命可高达10年以上。

表7 加热炉用可塑料性能指标 

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种耐火可塑料用体积稳定剂，以重量百分比计，其含有3-环氧丙烷30～55%、氧化苯乙烯10～30%、二甲胺溶液35～50%，所述二甲胺溶液为30～40wt%的二甲胺水溶液。

2.根据权利要求1所述的耐火可塑料用体积稳定剂，其特征在于，含有3-环氧丙烷35～50%、氧化苯乙烯15～25%、二甲胺溶液35～45%。

3.根据权利要求1所述的耐火可塑料用体积稳定剂，其特征在于，所述耐火可塑料用体积稳定剂的制备方法如下：按所重量配比取3-环氧丙烷、氧化苯乙烯、二甲胺溶液于50～80℃下混合搅拌2～4小时后即成。

4.根据权利要求1所述的耐火可塑料用体积稳定剂，其特征在于，所述耐火可塑料用体积稳定剂在耐火可塑料中的添加使用量为耐火可塑料总重量的0.2～1%。