CN102964138A - 一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法。其方案是以40~55wt%的多孔刚玉颗粒、8~12wt%的刚玉颗粒、6~12wt%的SiC颗粒、6~10wt%的SiC细粉、5~8wt%的刚玉细粉、8~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料8~15wt%的水、0.2~0.6wt%的减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌，浇注成型，自然干燥，在110℃条件下干燥12~48小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。本发明工艺简单，其制品具有强度高、热震稳定性优异、导热率低和抗介质侵蚀能力强的特点，还具有显气孔率和气孔尺寸可控的优点。
Description
技术领域
本发明属于轻质浇注料技术领域。具体涉及一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法。
背景技术
Al2O3-SiC-C和Al2O3-SiC耐火材料是出铁沟、鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等储运和处理高温铁水专用设备的主要内衬材料。耐火材料由骨料与基质构成。传统Al2O3-SiC-C和Al2O3-SiC耐火材料都为致密耐火材料，通常以致密白刚玉、棕刚玉和矾土等为骨料。为了制备致密骨料，原料必须经过高温烧结或电熔，这会导致大量能耗和环境污染；同时，致密Al2O3-SiC-C和Al2O3-SiC耐火材料具有高的导热率，容易使铁水温度降低，浪费大量能源。
随着对节能减排要求的日益提高，轻质保温材料的研制发展迅速。在轻质不定形耐火材料方面，研究了各种轻质浇注料：如蛭石、珍珠岩、陶粒、耐火轻骨料和纤维浇注料等。与致密浇注料相比它们的导热系数较小，可以作为保温材料使用。但是，它们抗渣侵蚀能力很差，不能直接用于工作层。“一种铝－镁系轻质浇注料及其制备方法（ZL200610125542.7）”所述之材料具有高的抗碱性渣侵蚀能力和良好的保温效果，但不适用于以酸性渣为主要环境的高温铁水储运设备。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，用该方法制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料不仅强度高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力强和导热率低，且显气孔率和气孔尺寸可控；该制品用于出铁沟、鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以40~55wt%的多孔刚玉颗粒、8~12wt%的刚玉颗粒、6~12wt%的SiC颗粒、6~10wt%的SiC细粉、5~8wt%的刚玉细粉、8~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料8~15wt%的水、0.2~0.6wt%的减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥12~48小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
多孔刚玉颗粒和刚玉细粉的制备方法是：向Al(OH)3细粉中加入占Al(OH)3细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时；然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时烧成，即得多孔刚玉陶瓷。再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~1mm的颗粒为多孔刚玉颗粒；最后将粒径小于1mm的颗粒进行细磨，选取粒径小于74μm的细粉为刚玉细粉。
在上述技术方案中：
所述刚玉颗粒为白刚玉、棕刚玉和板状刚玉中的一种以上，粒径小于1mm；
所述SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm；
所述SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm；
所述活性氧化铝微粉的Al2O3含量大于96wt%，粒径小于4μm；
所述铝酸钙水泥的粒径小于88μm；所述球状沥青的粒径为0.2~2mm；
所述氧化硅微粉的SiO2含量大于93wt%，粒径小于4μm；
所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm；
所述铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm；
所述碳化硼粉的B4C含量大于90wt%，粒径小于74μm；
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。
由于采用上述技术方案，本发明采用原位分解成孔技术制备多孔刚玉颗粒，再以所制备的多孔刚玉颗粒为主要骨料制备出轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料，制备工艺简单。由于多孔刚玉颗粒不仅具有较高的气孔率和很小的孔尺寸，且多孔刚玉颗粒表面有微孔，故所采用的多孔刚玉颗粒与基质相容性强，在高温下原位反应后能在骨料与基质之间形成莫来石、碳化硅晶须等桥接；所制备的轻质浇注料既具有较低的导热系数和高强度，又具有优异的热震稳定性和较强的抗介质侵蚀能力。
因此，本发明制备工艺简单，所制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料不仅具有强度高、热震稳定性优异和抗介质侵蚀能力强的特点，还具有导热率低、显气孔率可控和气孔尺寸可控的优点。本发明所制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料适用于出铁沟、鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等设备。
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：
白刚玉、棕刚玉和板状刚玉的粒径小于1mm；
SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm；
SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm；
活性氧化铝微粉的Al2O3含量大于96wt%，粒径小于4μm；
铝酸钙水泥的粒径小于88μm；
氧化硅微粉的SiO2含量大于93wt%，粒径小于4μm；
球状沥青的粒径为0.2~2mm；
硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm；
铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm；
碳化硼粉的B4C含量大于90wt%，粒径小于74μm；
多孔刚玉颗粒和刚玉细粉的制备方法是：向Al(OH)3细粉中加入占Al(OH)3细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时；然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时烧成，即得多孔刚玉陶瓷。再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~1mm的颗粒为多孔刚玉颗粒；最后将粒径小于1mm的颗粒进行细磨，选取粒径小于74μm的细粉为刚玉细粉。
实施例1
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以15~18wt%的粒径为8~5mm的多孔刚玉颗粒、15~20wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、10~12wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、9~12wt%的白刚玉颗粒、9~12wt%的SiC颗粒、8~10wt%的SiC细粉、6~8wt%的刚玉细粉、10~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，再外加所述原料10~15wt%的水、0.2~0.4wt%的三聚磷酸钠和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24~48小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为32~40%，平均孔径为1~10μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为30~40%、体积密度为2.16~2.45g/cm3和耐压强度为25~30MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为32~41%、体积密度为2.18~2.48g/cm3和耐压强度为35~50MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
实施例2
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以17~20wt%的粒径为8~5mm的多孔刚玉颗粒、17~22wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、11~13wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、8~10wt%的棕刚玉颗粒、6~10wt%的SiC颗粒、6~8wt%的SiC细粉、5~7wt%的刚玉细粉、8~10wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料8~13wt%的水、0.2~0.4wt%的六偏磷酸钠和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥12~36小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为25~35%，平均孔径为10~20μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为28~36%、体积密度为2.36~2.66g/cm3和耐压强度为30~45MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为29~38%、体积密度为2.38~2.68g/cm3和耐压强度为50~80MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
实施例3
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以16~19wt%的粒径为8~5mm的多孔刚玉颗粒、16~21wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、10~12wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、9~12wt%的板状刚玉颗粒、8~10wt%的SiC颗粒、7~9wt%的SiC细粉、6~8wt%的刚玉细粉、9~11wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料9~14wt%的水、0.2~0.4wt%的聚羧酸系减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥18~40小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为30~38%，平均孔径为5~15μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为32~40%、体积密度为2.26~2.52g/cm3和耐压强度为28~38MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为33~41%、体积密度为2.28~2.52g/cm3和耐压强度为42~65MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
实施例4
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以22~30wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、18~22wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、4~6wt%的白刚玉颗粒、5~6wt%的棕刚玉颗粒、9~12wt%的SiC颗粒、8~10wt%的SiC细粉、6~8wt%的刚玉细粉、10~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料9~13wt%的水、0.1~0.3wt%的三聚磷酸钠、0.1~0.3wt%的六偏磷酸钠和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥20~40小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为30~38%，平均孔径为5~15μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为31~38%、体积密度为2.30~2.55g/cm3和耐压强度为30~40MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为32~40%、体积密度为2.32~2.56g/cm3和耐压强度为40~68MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
实施例5
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以17~20wt%的粒径为8~5mm的多孔刚玉颗粒、17~22wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、11~13wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、4~5wt%的白刚玉颗粒、4~5wt%的板状刚玉颗粒、8~10wt%的SiC颗粒、7~9wt%的SiC细粉、6~8wt%的刚玉细粉、9~11wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料9~12wt%的水、0.1~0.3wt%的三聚磷酸钠、0.1~0.3wt%的聚羧酸系减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥20~36小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为25~35%，平均孔径为10~20μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为29~38%、体积密度为2.38~2.68g/cm3和耐压强度为32~44MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为30~39%、体积密度为2.40~2.69g/cm3和耐压强度为48~76MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
实施例6
一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法：以22~28wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、18~22wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、3~4wt%的白刚玉颗粒、3~4wt%的棕刚玉颗粒、3~4wt%的板状刚玉颗粒、9~12wt%的SiC颗粒、8~10wt%的SiC细粉、6~8wt%的刚玉细粉、10~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料9~14wt%的水、0.1~0.2wt%的三聚磷酸钠、0.1~0.2wt%的六偏磷酸钠、0.1~0.2wt%的聚羧酸系减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型；成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥20~40小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为32~40%，平均孔径为1~10μm。
采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为33~41%、体积密度为2.20~2.46g/cm3和耐压强度为26~32MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；经1000~1100℃条件下烧成，保温时间为2~4小时，得到显气孔率为34~42%、体积密度为2.19~2.45g/cm3和耐压强度为35~50MPa的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本具体实施方式先采用原位分解成孔技术制备多孔刚玉颗粒，再以所制备的多孔刚玉颗粒为主要骨料制备出轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料，制备工艺简单。由于多孔刚玉颗粒不仅具有较高的气孔率和很小的孔尺寸，且多孔刚玉颗粒表面有微孔，故所采用的多孔刚玉颗粒与基质相容性强，在高温下原位反应后能在骨料与基质之间形成莫来石、碳化硅晶须等桥接；所制备的轻质浇注料既具有较低的导热系数和高强度，又具有优异的热震稳定性和较强的抗介质侵蚀能力。
因此，本具体实施方式制备工艺简单，所制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料不仅具有强度高、热震稳定性优异和抗介质侵蚀能力强的特点，还具有导热率低、显气孔率可控和气孔尺寸可控的优点。本发明所制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料适用于出铁沟、鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等设备。
Claims (10)
1.一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于以40~55wt%的多孔刚玉颗粒、8~12wt%的刚玉颗粒、6~12wt%的SiC颗粒、6~10wt%的SiC细粉、5~8wt%的刚玉细粉、8~12wt%的活性氧化铝微粉、3~5wt%的铝酸钙水泥、2~4wt%的氧化硅微粉、2~4wt%的球状沥青、1.5~2.0wt%的硅粉、0.1~0.3wt%的铝粉和0.1~0.3wt%的碳化硼粉为原料，外加所述原料8~15wt%的水、0.2~0.6wt%的减水剂和0.02~0.04wt%的有机防爆纤维，搅拌均匀，浇注成型，成型后的坯体自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥12~48小时，即得轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料；
多孔刚玉颗粒和刚玉细粉的制备方法是：向Al(OH)3细粉中加入占Al(OH)3细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时，然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时烧成，即得多孔刚玉陶瓷；再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径为8~1mm的颗粒为多孔刚玉颗粒；最后将粒径小于1mm的颗粒进行细磨，选取粒径小于74μm的细粉为刚玉细粉。
2.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述刚玉颗粒为白刚玉、棕刚玉和板状刚玉中的一种以上，粒径小于1mm。
3.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm。
4.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm。
5.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述活性氧化铝微粉的Al2O3含量大于96wt%，粒径小于4μm。
6.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述铝酸钙水泥的粒径小于88μm，所述球状沥青的粒径为0.2~2mm。
7.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述
氧化硅微粉的SiO2含量大于93wt%，粒径小于4μm。
8.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm；铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm；碳化硼粉的B4C含量大于90wt%，粒径小于74μm。
9.根据权利要求1所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，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。
10.根据权利要求1~9项中任一项所述的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法所制备的轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
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