CN103011885A

CN103011885A - 一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法

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Publication number: CN103011885A
Application number: CN2013100046551A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 石干; 冯志源; 王守业; 袁波
Original assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co Ltd
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: CN103011885B

Abstract

本发明涉及一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法。本发明通过使用镁铝尖晶石轻质骨料和在浇注料制备的过程中引入气泡来达到提高耐火浇注料整体的气孔率的目的。本发明将发泡法和浇注料相结合既保证了浇注料中的原料临界粒度较大的特点又提高了浇注料的气孔率。以50～65wt%的轻质镁铝尖晶石颗粒为骨料，以10～15wt%的烧结镁铝尖晶石细粉、10～15wt%的氧化铝微粉和15～20wt%的纯铝酸钙水泥或者水和氧化铝中的一种为基质进行混合；外加减水剂、发泡剂和稳泡剂。本发明方法制得的镁铝尖晶石轻质耐火浇注料具有较高的气孔率、较低的热导率和较好的抗热震稳定性，使用温度可达到1700℃。

Description

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法。

技术背景

能源的不足与经济的高速增长呈现出的矛盾日渐突出，节能降耗已成为我们的基本国策。隔热耐火材料在降低高温设备的能源消耗、满足高温特殊工艺要求上有着广泛的用途。近年来，随着轻质隔热材料的快速发展，在轻质耐火浇注料方面研制出了蛭石、珍珠岩和陶粒浇注料等，不过这些轻质耐火浇注料都是以轻质骨料中的气孔为浇注料的主要气孔来源，基质中的气孔相对较少，也就是说轻质耐火浇注料的体积密度要大于轻质骨料的体积密度，从而限制了轻质耐火浇注料的隔热效果。一般所选用的耐高温的轻质骨料有刚玉空心球、铝-镁质轻质骨料、轻质莫来石骨料等。“一种铝-镁系轻质无水泥浇注料及其制备方法”(200710052468.5)专利技术以铝-镁系多孔陶瓷颗粒和致密颗粒为骨料，以铝-镁系细粉、氧化硅微粉和活性α-Al₂O₃微粉为基质，浇注震动成型，可以得到气孔率在48%以下，体积密度在2.1g/cm³以上的刚玉-尖晶石轻质无水泥浇注料。“一种铝镁轻质耐火浇注料及其制备方法”(201010595986.3)专利技术以铝镁系多孔陶瓷颗粒为骨料，以刚玉细粉、氧化硅微粉、氧化镁微粉和氧化铝微粉为基质，制备出显气孔率为30～50%，平均孔径<15um的铝镁轻质耐火浇注料。可以看出，以上两种方法获得轻质无水泥浇注料气孔率偏低，体积密度偏高，因为材料中气孔的主要来源还是轻质骨料。如果能够一方面利用轻质骨料中的气孔另一方面在基质中引入较多气孔，使整个轻质耐火浇注料的气孔率明显提高，并且高于轻质骨料的气孔率，那么所制备出的轻质耐火浇注料的隔热性能也将大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，在所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料中引入发泡剂。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述耐火浇注料原料的质量百分比为：作为骨料的轻质镁铝尖晶石颗粒 50～65wt%，作为基质的烧结镁铝尖晶石细粉 10～15wt%、氧化铝微粉10～15wt%、结合剂 15～20wt%；另外加入原料总重量0.5～2wt%的发泡剂、0.1～0.2wt%的减水剂和0.1～2wt%的稳泡剂为外加剂。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠、松香皂或泡沫混凝土发泡剂。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述的轻质镁铝尖晶石颗粒为烧结原料（经过煅烧的原料），轻质镁铝尖晶石颗粒和烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量均为71～85wt%，轻质镁铝尖晶石颗粒和烧结镁铝尖晶石细粉中，Al₂O₃与MgO总的含量>98wt%，轻质镁铝尖晶石颗粒的粒径在0.088～5mm，烧结镁铝尖晶石细粉的粒径<0.088mm。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述轻质镁铝尖晶石颗粒的体积密度为1.2g/cm³～2.0 g/cm³，气孔率为45～65%。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99wt%，平均粒径<5μm。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述结合剂为纯铝酸钙水泥或水合氧化铝中的一种。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述减水剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚乙二醇型减水剂中的一种或几种。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，所述稳泡剂为铝溶胶或羧甲基纤维素中的一种。

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料的制备方法：将轻质镁铝尖晶石颗粒、烧结镁铝尖晶石细粉、氧化铝微粉、结合剂和减水剂混合后再加入水搅拌，然后将发泡剂加入混合料中进行充分搅拌，待发出原混合料体积0.3～0.7倍的泡沫并搅拌均匀之后加入稳泡剂，再搅拌一段时间得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

本发明中所述的轻质镁铝尖晶石颗粒为烧结原料，轻质镁铝尖晶石颗粒和烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为71～85wt%，(Al₂O₃+MgO)的含量>98wt%，轻质镁铝尖晶石颗粒的粒径为0.088～5mm，气孔率为45～65%，平均孔径<50μm；烧结镁铝尖晶石细粉的粒径<0.088mm。

本发明中所述氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99wt%，平均粒径<5μm；所述结合剂为纯铝酸钙水泥或者水和氧化铝中的一种；所述发泡剂为表面活性剂类发泡剂(十二烷基苯磺酸钠、松香皂)或泡沫混凝土发泡剂中的一种；所述稳泡剂为铝溶胶或羧甲基纤维素中的一种；所述减水剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、聚乙二醇型减水剂中的一种或几种。

所述制备方法中，加水量为骨料和基质之和的10～30wt%。

本发明具有以下发明特点：

本发明中所述的一种轻质浇注料和制备方法其主要特点在于将发泡法引入浇注料中。现有轻质浇注料的制备技术一般都是利用轻质骨料中的气孔作为浇注料气孔的主要来源，而发泡法一般只用在原料粒度为微米级的浆料中并且注浆成型来制备轻质材料。本发明方法将发泡法和浇注料相结合既保证了浇注料中的原料临界粒度较大的特点又提高了浇注料的气孔率。

根据以上所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法，其特点在于该方法不仅选用轻质骨料而且在浇注料的基质中引入气泡，气泡在浇注料中形成气孔的尺寸为50～300μm，从而提高了轻质耐火浇注料的气孔率、降低了密度；通过发泡剂引入的气孔是在浇注料搅拌的过程中产生的，因此浇注料要有一定的流动性，这样发泡剂才能发出足够多的气泡，但是浇注料的流动性太好又会导致气泡上浮和大颗粒的沉降破坏浇注料的均匀性，因此需要掌握浇注料的合适的加水量和合理的颗粒级配，并且在发泡剂发泡之后加入0.1～2wt%的稳泡剂，使泡沫稳定不上浮，浇注之后的震动成型，震动时间不能太长；由于镁铝尖晶石对刚玉的固溶产生体积膨胀可以降低浇注料的烧结收缩，使轻质耐火浇注料具有良好的体积稳定性；通过调节浇注料中微粉的粒度和含量使轻质耐火浇注料具有较高的强度；所用结合剂为纯铝酸钙水泥或者水和氧化铝，不会降低浇注料的使用温度。

根据以上所述镁铝尖晶石轻质浇注料和制备方法，气泡主要是在基质中形成，因为基质中粉体粒度较小有利于气泡的形成和稳定，气泡是通过发泡剂在液体中搅拌的过程中卷入空气形成的，气泡的形成量与发泡剂和加水量有关，发泡剂过少形成的气泡量少并且不稳定，加水量过少形不成气泡加水量过多形成的气泡较大并且不稳定，本发明中合适的发泡剂的量为骨料和基质之和的0.5～2wt%，合适的加水量为骨料和基质之和的10～30wt%。

附图说明

图1为实施例3所获得的轻质耐火浇注料经过1600℃烧后的显微结构。

具体实施方式

结合给出的实施例对本发明加以说明：

实施例1：

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和平均粒径＜5μm水合氧化铝分别按60 wt %、15 wt %、10 wt %、15 wt %进行混合，外加原料0.1 wt %的德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10和原料15 wt %的水进行搅拌，然后加入原料1 wt %的十二烷基苯磺酸钠发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的50%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料1wt %的铝溶胶作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为76.2 wt %，显气孔率为45 wt %；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

采用上述方法得到的浇注料经过震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后。可得到显气孔率为51%、体积密度为1.7 g/cm³、常温抗折和耐压强度分别为3.5Mpa和6.8MPa的镁铝尖晶石轻质材料。此浇注料经过1600℃煅烧3小时后，加热线变化为-0.75%、显气孔率为53%、体积密度为1.76 g/cm³、抗折和耐压强度分别为6.6Mpa和9.7MPa。

实施例2

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和平均粒径＜5μm水合氧化铝分别按63 wt %、10 wt %、10 wt %、17 wt %进行混合，外加原料0.2wt %的德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10和15 wt %的水进行搅拌，然后加入原料1 wt %的十二烷基苯磺酸钠发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的50%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料1wt %的铝溶胶作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为80.4 wt %，显气孔率为51%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

采用上述方法得到的浇注料经过震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时可得到显气孔率为55%、体积密度为1.54g/cm³、常温抗折和耐压强度分别为2.8Mpa和6.6MPa的镁铝尖晶石轻质材料。此浇注料经过1600℃煅烧3小时后，烧结线变化为-0.89%、显气孔率为56.8%、体积密度为1.61 g/cm³、抗折和耐压强度分别为7.2Mpa和5.1MPa。

实施例3

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和平均粒径＜5μm水合氧化铝分别按60 wt %、12 wt %、13 wt %、15 wt %进行混合，外加原料0.2wt%的德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10和22 wt %的水进行搅拌，然后加入原料1wt%的河南昌惠筑节能工程有限公司生产的LC-01型泡沫混凝土发泡剂，由发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的60%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料2 wt %的铝溶胶作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为84.3wt%，显气孔率为62%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

采用上述方法制备的浇注料经过震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥48小时可得到显气孔率为61.5%、体积密度为1.19g/cm³、常温抗折和耐压强度分别为0.6Mpa和1.1MPa的镁铝尖晶石轻质材料。此浇注料经过1600℃煅烧3小时后，烧结线变化为-1.0%、显气孔率为62.7%、体积密度为1.38 g/cm³、抗折和耐压强度分别为2.6Mpa和3.4MPa。此浇注料经过1600℃烧后的断口显微结构见附图。

实施例4

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥（凯诺斯铝酸盐技术有限公司生产的纯铝酸钙水泥，牌号是SEC71）分别按60wt %、15 wt %、10 wt %、15 wt %进行混合，外加原料0.2 wt %的三聚磷酸钠和13 wt %的水进行搅拌，然后加入原料1 wt %的河南昌惠筑节能工程有限公司生产的LC-01型泡沫混凝土发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的50%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料0.1wt %的羧甲基纤维素作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为71.6 wt %，显气孔率为47%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

采用上述方法得到的轻质浇注料经过震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时可得到显气孔率为47.2%、体积密度为1.77g/cm³、常温抗折和耐压强度分别为4.6Mpa和7.8MPa的镁铝尖晶石轻质材料。此浇注料经过1600℃煅烧3小时后，烧结线变化为-1.1%、显气孔率为49%、体积密度为1.82 g/cm³、抗折和耐压强度分别为8.4Mpa和11.3MPa。

实施例5

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥（凯诺斯铝酸盐技术有限公司生产的纯铝酸钙水泥，牌号是SEC71）分别按50wt %、15 wt %、15 wt %、20 wt %进行混合，外加均为原料0.1 wt %的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠以及10 wt %的水进行搅拌，然后加入原料0.5 wt %的河南昌惠筑节能工程有限公司生产的LC-01型泡沫混凝土发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的30%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料0.1wt %的羧甲基纤维素作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为74 wt %，显气孔率为51%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

实施例6

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥（凯诺斯铝酸盐技术有限公司生产的纯铝酸钙水泥，牌号是SEC71）分别按65wt %、10 wt %、10 wt %、15 wt %进行混合，外加原料0.2 wt %的三聚磷酸钠和30 wt %的水进行搅拌，然后加入原料2 wt %的河南昌惠筑节能工程有限公司生产的LC-01型泡沫混凝土发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的60%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料0.2wt %的羧甲基纤维素作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为85wt %，显气孔率为65%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

实施例7

一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料及其制备方法：将粒径为0.088～5mm的轻质镁铝尖晶石颗粒、粒径<0.088mm的烧结镁铝尖晶石细粉、平均粒径＜5μm的氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥（凯诺斯铝酸盐技术有限公司生产的纯铝酸钙水泥，牌号是SEC71）分别按55wt %、15 wt %、10 wt %、20 wt %进行混合，外加原料0.15 wt %的德国巴斯夫公司生产的聚乙二醇型减水剂CAMTMENT FS10和30 wt %的水进行搅拌，然后加入原料2 wt %的河南昌惠筑节能工程有限公司生产的LC-01型泡沫混凝土发泡剂，根据发泡前后混合料的体积变化可知发出原混合料体积的70%左右的泡沫进行充分搅拌，最后加入原料2wt %的铝溶胶作稳泡剂搅拌2分钟，就得到镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

其中，轻质镁铝尖晶石颗粒中Al₂O₃的含量为71 wt %，显气孔率为45%；烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量为78 wt %，粒径<0.088mm；氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99 wt %，平均粒径<5μm。

Claims

1.一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于在所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料中引入发泡剂。

2.根据权利要求1所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于：所述耐火浇注料原料的质量百分比为：50～65wt% 轻质镁铝尖晶石颗粒骨料，10～15wt%的烧结镁铝尖晶石细粉、10～15wt%的氧化铝微粉和15～20wt%的结合剂为基质；另外加入骨料和基质重量之和0.5～2wt%的发泡剂、0.1～0.2wt%的减水剂和0.1～2wt%的稳泡剂为外加剂。

3.根据权利要求1或2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述发泡剂为表面活性剂类发泡剂或泡沫混凝土发泡剂。

4.根据权利要求2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述的轻质镁铝尖晶石颗粒为烧结原料，轻质镁铝尖晶石颗粒和烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃的含量均为71～85wt%，轻质镁铝尖晶石颗粒和烧结镁铝尖晶石细粉中Al₂O₃与MgO总的含量>98wt%，轻质镁铝尖晶石颗粒的粒径在0.088～5mm，烧结镁铝尖晶石细粉的粒径<0.088mm。

5.根据权利要求2或4所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述轻质镁铝尖晶石颗粒的体积密度为1.2g/cm³～2.0 g/cm³，气孔率为45～65%。

6.根据权利要求2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述氧化铝微粉中Al₂O₃的含量>99wt%，平均粒径<5μm。

7.根据权利要求2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述结合剂为纯铝酸钙水泥或水合氧化铝中的一种。

8.根据权利要求2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述减水剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚乙二醇型减水剂中的一种或几种。

9.根据权利要求2所述一种镁铝尖晶石轻质耐火浇注料，其特征在于所述稳泡剂为铝溶胶或羧甲基纤维素中的一种。

10.权利要求1所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料的制备方法，其特征在于：将轻质镁铝尖晶石颗粒、烧结镁铝尖晶石细粉、氧化铝微粉、结合剂和减水剂混合后再加入水搅拌，然后将发泡剂加入混合料中进行充分搅拌，待发出一定量的泡沫之后加入稳泡剂，再加以搅拌即得到所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料。

11.根据权利要求10所述镁铝尖晶石轻质耐火浇注料的制备方法，其特征在于：所述制备方法中，加水量为骨料和基质之和的10～30wt%。