CN103044047A - 一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法 - Google Patents
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。其技术方案是：以60~85wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以5~30wt%的刚玉细粉、2~10wt%的氧化镁微粉和4~9wt％的α-氧化铝微粉为基质料；先将聚羧酸系减水剂与基质料预混，聚羧酸系减水剂为骨料和基质料之和的0.05~0.3wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加骨料和基质料之和的3~10wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料。本发明所制备的轻质铝-镁系浇注料具有体积密度小、显气孔率较低、高温强度大、体积稳定性好、热导率低和抗钢渣等介质侵蚀能力强的特点，用于高温工业炉工作衬，能降低能耗，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料浇注料技术领域。具体涉及一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。
背景技术
钢包是储存、运输与精炼钢水的重要设备，许多新的钢种都是在钢包中完成的。其内衬耐火材料与钢水接触时间长，高温下长期遭受钢水频繁冲刷以及真空下合金、精炼渣腐蚀等，导致精炼钢包的使用寿命显著降低。
针对钢包能量损失大、钢水降温影响成材质量等问题，一批具有较低导热率的材料被开发出来。如蛭石、珍珠岩、陶粒和纤维浇注料等，但其高温性能较差，特别是抗渣侵蚀性能差，不能直接用于高温环境下工业炉工作衬等与渣直接接触的部位。由此，高温环境下工业炉工作衬材料目前仍以致密型的耐火材料为主。鉴于上述原因，有人在致密型浇注料的基础上进行改良，发明了如“一种铝-镁系轻质无水泥浇注料及其制备方法”（CN200710052468.5）的专利技术，通过添加多孔陶瓷颗粒降低了材料的导热率，但其所述材料采用的多孔陶瓷颗粒气孔率高，平均孔径较大（小于30μm），且该轻质浇注料如使用在与高温钢渣等介质直接接触的部位，须辅以一定量的致密颗粒以延长寿命。因此在提高抗渣性和降低热导率方面仍难以满足精炼钢包工作衬耐火材料的要求。针对这个问题，申请人发明了“一种铝镁轻质浇注料及其制备方法”（CN20101059586.3）的专利技术，采用平均孔径小于10μm的多孔刚玉陶瓷骨料，同时通过添加氧化镁微粉，利用减水剂基团的疏水性控制氢氧化镁晶体的形成和生长，使得在浇注料内部生成均匀交叉的棒状氢氧化镁晶体并形成网状结构，取代氧化硅水化产生的结合作用，在提高浇注料的强度并降低其导热率的同时，提高了其抗渣性。然而，该发明采用的多孔陶瓷骨料在一定程度上仍然存在孔径较大（10μm），显气孔率较高（30~50％）的问题，且基质不够致密，抗渣侵蚀性能仍有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一体积密度小、显气孔率低、平均孔径小、体积稳定性好、高温强度大、热导率低、抗钢渣等介质侵蚀能力强的能与高温钢渣等介质直接长期接触的轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以60~85wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以5~30wt%的刚玉细粉、2~10wt%的氧化镁微粉和4~9wt％的α-氧化铝微粉为基质料；先将聚羧酸系减水剂与基质料预混，聚羧酸系减水剂为骨料和基质料之和的0.05~0.3wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加骨料和基质料之和的3~10wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料；
所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~100wt%的工业氧化铝细粉和0~45wt%的工业氢氧化铝细粉为原料、或以55~100wt%的工业氧化铝细粉和0~45wt%的α-氧化铝微粉为原料，再外加所述原料40~80wt%的水，混合，在球磨机上湿磨0.5~3小时，待湿磨料浆凝固，在110~200℃条件下保温12~48小时，然后在1700~1900℃条件下保温1~8小时，制得微孔刚玉颗粒。
所述微孔刚玉颗粒级配为：粒径为10~5mm的颗粒占30~35wt%，粒径为5~3mm的颗粒占20~25wt%，粒径小于3mm的颗粒占10~25wt%；微孔刚玉颗粒的体积密度为2.8~3.5g/cm3，显气孔率为2~6％，平均孔径为0.5~2μm。
所述刚玉细粉为板状刚玉细粉、或为白刚玉细粉、或为混合后的板状刚玉细粉和白刚玉细粉；刚玉细粉的颗粒粒径小于0.088mm。
所述氧化镁微粉的MgO含量>80wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量>99wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
所述工业氧化铝细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径为0.045~0.088mm。
所述工业氢氧化铝细粉的Al(OH)3的含量>98wt%，粒径小于0.02mm。
所述结合剂为水泥、硅微粉、铝硅凝胶粉、β-Al2O3微粉中的一种或两种。
发明制备的轻质铝-镁系浇注料所采用的轻质微孔刚玉骨料是以工业氧化铝细粉为骨架，通过湿法研磨工艺，破坏工业氧化铝微晶团聚体的大孔隙，并利用工业氧化铝、α-氧化铝微粉和工业氢氧化铝的不同铝源结晶、结构特性及其烧结性能差异的协同效应，阻止了烧结过程中小气孔聚集成大气孔，从而形成具有大量均匀分布的微小闭口气孔的刚玉骨料。相比普通板状刚玉，具有体积密度小、显气孔率低、闭口气孔率高、平均孔径小、热导率低和抗侵蚀冲刷能力强的特点。
本发明制备的轻质铝-镁系浇注料热导率较传统铝镁浇注料大幅下降，保温性能明显提高；同时由于用氧化镁微粉取代传统的镁砂细粉，活性更大，更易与基质中的氧化铝微粉反应生成原位尖晶石，这种尖晶石细小且分布均匀，能更有效阻止渣中FeO和MnO的渗透。而对于含CaO的精炼钢包渣，微孔刚玉骨料能吸收渣中的Ca2+生成六铝酸钙覆盖于骨料表面，保护骨料不受熔渣侵蚀，进一步提高了材料的抵抗熔渣侵蚀能力。
采用上述技术方案制备的铝-镁轻质浇注料，体积密度为2.4~2.8g/cm3，显气孔率为20~28%，1500℃×3h烧后抗折强度为17~25Mpa，耐压强度为80~95MPa。
因此，本发明所制备的轻质铝-镁系浇注料具有体积密度小、显气孔率较低、高温强度大、体积稳定性好、热导率低和抗钢渣等介质侵蚀能力强的特点，用于高温工业炉工作衬，能降低能耗，使用寿命长。
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，并非对保护范围的限制：
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及到原料的理化参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述：
板状刚玉细粉、白刚玉细粉和混合后的板状刚玉细粉和白刚玉细粉的颗粒粒径均小于0.088mm。
氧化镁微粉的MgO含量>80wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
α-氧化铝微粉的Al2O3含量>99wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
微孔刚玉颗粒级配为：粒径为10~5mm的颗粒占30~35wt%，粒径为5~3mm的颗粒占20~25wt%，粒径小于3mm的颗粒占10~25wt%；微孔刚玉颗粒的体积密度为2.8~3.5g/cm3，显气孔率为2~6％，平均孔径为0.5~2μm。
工业氧化铝细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径为0.045~0.088mm；工业氢氧化铝细粉的Al(OH)3的含量>98wt%，粒径小于0.02mm。
实施例1
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。以60~75wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以15~30wt%的刚玉细粉、6~10wt%的氧化镁微粉和4~7wt％的活性α-氧化铝微粉为基质料；先将聚羧酸系减水剂与基质料预混，聚羧酸系减水剂为骨料和基质料之和的0.05~0.15wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加7~10wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以工业氧化铝细粉为原料、，外加所述原料40~50wt%的水，混合，在球磨机上湿磨2~3小时，待湿磨料浆凝固，在110~1600℃条件下保温24~48小时，然后在1700~1820℃条件下保温5~8小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉与白刚玉细粉的混合料；所述结合剂为铝硅凝胶粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6-2.7g/cm3，显气孔率22~25%，1500℃×3h烧后抗折强度17~20Mpa，耐压强度90-95MPa。
实施例2
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述骨料和结合剂外，其余同实施例1。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的工业氢氧化铝细粉为原料，再外加所述原料70~80wt%的水，混合，在球磨机上湿磨0.5~1小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1780~1870℃条件下保温1~3小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例所述的结合剂为水泥与硅微粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.5g/cm3，显气孔率25~28%，1500℃×3h烧后抗折强度17-18Mpa，耐压强度80-88MPa。
实施例3
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉、骨料和结合剂外，其余同实施例1。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的α-Al2O3微粉为原料，再外加所述原料60~70wt%的水，混合，在球磨机上湿磨2~3小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1790~1900℃条件下保温3~5小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述结合剂为硅微粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6~2.7g/cm3，显气孔率20~22%，1500℃×3h烧后抗折强度22~25Mpa，耐压强度92~95MPa。
实施例4
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下结合剂外，其余同实施例1。
本实施例的结合剂为硅微粉与β-Al2O3微粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.5g/cm3，显气孔率25~28%，1500℃×3h烧后抗折强度17-18Mpa，耐压强度80-88MPa。
实施例5
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉和结合剂外，其余同实施例2。
本实施例中：所述刚玉细粉为白刚玉细粉；所述结合剂为β-Al2O3微粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6~2.7g/cm3，显气孔率23~25%，1500℃×3h烧后抗折强度19~23Mpa，耐压强度86~90MPa
实施例6
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。以65~80wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以10~25wt%的刚玉细粉、4~8wt%的氧化镁微粉和5~8wt％的活性α-氧化铝微粉为基质料；先将减水剂与基质料预混，减水剂为骨料和基质料之和的0.1~0.2wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加5~8wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料。
本实施例中：所述微孔刚玉颗粒的制备方法同实施例1；所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述结合剂为硅微粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6~2.7g/cm3，显气孔率20~22%，1500℃×3h烧后抗折强度22~25Mpa，耐压强度92~95MPa
实施例7
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述骨料和结合剂外，其余同实施例6。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的工业氢氧化铝细粉为原料，再外加所述原料70~80wt%的水，混合，在球磨机上湿磨0.5~1小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1780~1870℃条件下保温1~3小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例的结合剂为铝硅凝胶粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.45g/cm3，显气孔率26~27%，1500℃×3h烧后抗折强度17~19Mpa，耐压强度80~83MPa
实施例8
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述骨料和结合剂外，其余同实施例6。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的α-Al2O3微粉为原料，再外加所述原料60~70wt%的水，混合，在球磨机上湿磨2~3小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1790~1900℃条件下保温3~5小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例所述的结合剂为水泥和铝硅凝胶粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6-2.8g/cm3，显气孔率25~27%，1500℃×3h烧后抗折强度20~25Mpa，耐压强度90~95MPa
实施例9
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉和结合剂外，其余同实施例6。
本实施例中：所述刚玉细粉为白刚玉细粉；所述结合剂为水泥与β-Al2O3微粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.55g/cm3，显气孔率25~28%，1500℃×3h烧后抗折强度17~18Mpa，耐压强度82~84MPa。
实施例10
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉和结合剂外，其余同实施例7。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉与白刚玉细粉的混合料；所述结合剂为硅微粉和铝硅凝胶粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6~2.7g/cm3，显气孔率25~26%，1500℃×3h烧后抗折强度19~24Mpa，耐压强度90~95MPa。
实施例11
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。以70~85wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以5~10wt%的刚玉细粉、2~6wt%的氧化镁微粉和6~9wt％的活性α-氧化铝微粉为基质料；先将减水剂与基质料预混，减水剂为骨料和基质料之和的0.2~0.3wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加3~6wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料。
本实施例中：所述微孔刚玉颗粒的制备方法同实施例1；所述刚玉细粉为白刚玉细粉；所述结合剂为β-Al2O3微粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.7~2.8g/cm3，显气孔率24~25%，1500℃×3h烧后抗折强度23~25Mpa，耐压强度90~95MPa
实施例12
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述骨料和结合剂外，其余同实施例11。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的工业氢氧化铝细粉为原料，再外加所述原料70~80wt%的水，混合，在球磨机上湿磨0.5~1小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1780~1870℃条件下保温1~3小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例的结合剂为铝硅凝胶粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.6g/cm3，显气孔率23~25%，1500℃×3h烧后抗折强度18~19Mpa，耐压强度83~86MPa。
实施例13
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述骨料和结合剂外，其余同实施例11。
本实施例中，所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~99wt%的工业氧化铝细粉和1~45wt%的α-Al2O3微粉为原料，再外加所述原料60~70wt%的水，混合，在球磨机上湿磨2~3小时，待湿磨料浆凝固，在150~200℃条件下保温12~24小时，然后在1790~1900℃条件下保温3~5小时，制得微孔刚玉颗粒。
本实施例的结合剂为硅微粉。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.6~2.7g/cm3，显气孔率25~26%，1500℃×3h烧后抗折强度18~20Mpa，耐压强度87-92MPa。
实施例14
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉和结合剂外，其余同实施例12。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述结合剂为铝硅凝胶粉与β-Al2O3微粉的混合物。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.7g/cm3，显气孔率22~26%，1500℃×3h烧后抗折强度17~22Mpa，耐压强度82~90MPa。
实施例15
一种轻质铝-镁系浇注料及其制备方法。除下述刚玉细粉和结合剂外，其余同实施例13。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉与白刚玉细粉的混合料；所述结合剂为水泥。
本实施例所制备的铝-镁轻质浇注料经检测：体积密度2.4~2.8g/cm3，显气孔率20~28%，1500℃×3h烧后抗折强度17~25Mpa，耐压强度80~95MPa。
本具体实施方式制备的轻质铝-镁系浇注料所采用的轻质微孔刚玉骨料是以工业氧化铝细粉为骨架，通过湿法研磨工艺，破坏工业氧化铝微晶团聚体的大孔隙，并利用工业氧化铝、α-氧化铝微粉和工业氢氧化铝的不同铝源结晶、结构特性及其烧结性能差异的协同效应，阻止了烧结过程中小气孔聚集成大气孔，从而形成具有大量均匀分布的微小闭口气孔的刚玉骨料。相比普通板状刚玉，具有体积密度小、显气孔率低、闭口气孔率高、平均孔径小、热导率低和抗侵蚀冲刷能力强的特点。
本具体实施方式制备的轻质铝-镁系浇注料热导率较传统铝镁浇注料大幅下降，保温性能明显提高；同时由于用氧化镁微粉取代传统的镁砂细粉，活性更大，更易与基质中的氧化铝微粉反应生成原位尖晶石，这种尖晶石细小且分布均匀，能更有效阻止渣中FeO和MnO的渗透。而对于含CaO的精炼钢包渣，微孔刚玉骨料能吸收渣中的Ca2+生成六铝酸钙覆盖于骨料表面，保护骨料不受熔渣侵蚀，进一步提高了材料的抵抗熔渣侵蚀能力。
采用上述技术方案制备的铝-镁轻质浇注料，体积密度为2.4~2.8g/cm3，显气孔率为20~28%，1500℃×3h烧后抗折强度为17~25Mpa，耐压强度为80~95MPa。
因此，本具体实施方式所制备的轻质铝-镁系浇注料具有体积密度小、显气孔率较低、高温强度大、体积稳定性好、热导率低和抗钢渣等介质侵蚀能力强的特点，用于高温工业炉工作衬，能降低能耗，使用寿命长。
Claims (9)
1.一种轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于以60~85wt%的微孔刚玉颗粒为骨料，以5~30wt%的刚玉细粉、2~10wt%的氧化镁微粉和4~9wt％的α-氧化铝微粉为基质料；先将聚羧酸系减水剂与基质料预混，聚羧酸系减水剂为骨料和基质料之和的0.05~0.3wt%，再将预混后的基质料加入骨料中，然后再外加骨料和基质料之和的3~10wt%的结合剂，搅拌均匀，制得铝镁轻质浇注料；
所述微孔刚玉颗粒的制备方法是：以55~100wt%的工业氧化铝细粉和0~45wt%的工业氢氧化铝细粉为原料、或以55~100wt%的工业氧化铝细粉和0~45wt%的α-氧化铝微粉为原料，再外加所述原料40~80wt%的水，混合，在球磨机上湿磨0.5~3小时，待湿磨料浆凝固，在110~200℃条件下保温12~48小时，然后在1700~1900℃条件下保温1~8小时，制得微孔刚玉颗粒。
2.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述微孔刚玉颗粒级配为：粒径为10~5mm的颗粒占30~35wt%，粒径为5~3mm的颗粒占20~25wt%，粒径小于3mm的颗粒占10~25wt%；微孔刚玉颗粒的体积密度为2.8~3.5g/cm3，显气孔率为2~6％，平均孔径为0.5~2μm。
3.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述刚玉细粉为板状刚玉细粉、或为白刚玉细粉、或为混合后的板状刚玉细粉和白刚玉细粉；刚玉细粉的颗粒粒径小于0.088mm。
4. 根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述氧化镁微粉的MgO含量>80wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
5.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量>99wt％，颗粒粒径为D50=5μm。
6.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述工业氧化铝细粉的Al2O3含量>99wt%，粒径为0.045~0.088mm。
7.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述工业氢氧化铝细粉的Al(OH)3的含量>98wt%，粒径小于0.02mm。
8.根据权利要求1所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法，其特征在于所述结合剂为水泥、硅微粉、铝硅凝胶粉、β-Al2O3微粉中的一种或两种。
9.根据权利要求l~8项中任一项所述的轻质铝-镁系浇注料的制备方法所制备的轻质铝-镁系浇注料。
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