CN103242049A - 一种泡沫轻质耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫轻质耐火浇注料，它主要由耐火原料、结合原料和辅助原料组成，将其制成泥浆状后加入专用泡沫高速混合而成，待其硬化后成为微孔轻质耐火材料。本材料不用轻质耐火原料，直接采用重质耐火原料，原料丰富易得，调配灵活，生产成本只有原轻质耐火浇注料的1/2-1/3，而且材料容重越轻，成本越低，与现行轻质耐火浇注料容重越轻，成本越高相反，选用不同的材料配方，加入不同量的泡沫，可以设计出不同容重、不同强度和不同使用温度的轻质材料，既可作炉子的保温层、隔热层，也可作炉内耐火层。

Description

一种泡沫轻质耐火浇注料及其制备方法

技术领域

本发明设计一种泡沫轻质耐火浇注料及其制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

耐火浇注料是一种由耐火物质制成的粒状和粉状材料，并加入一定量结合剂和水分共同组成。它具有较高的流动性，适宜用浇注方法施工，并无需加热即可硬化的不定形耐火材料。由耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂、水或其他液体材料组成。一般在使用现场以浇注、震动或捣固的方法浇筑成型，也可以制成预制件使用。

建筑行业中泡沫混凝土：发泡材料主要为325#或425#普通水泥、粉煤灰等无机材料，加入机械发泡泡沫在高速搅拌机内混合而成，容重为160-1200Kg/m³，现浇用于屋顶保温，坡道防护等；制品应用于室内、外保温装饰、保冷等，主要问题是发泡主要原料单一，不能应用于温度大于500℃以上的高温热工设备。

泡沫陶瓷的生产方法：主要采用陶瓷原料，在原料中直接加入发泡材料，烧结过程中发泡材料在一定温度下发泡，再经过高温烧结成成品，主要应用于建筑装饰装修，航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学领域等，可应用于耐火材料行业，但生产成本极高，故耐火材料行业极少使用。

泡沫玻璃的生产方法：主要采用玻璃原料和发泡剂在高温下熔化发泡退火成无机材料，主要应用于建筑装饰装修、保温隔热材料等，不能应用于温度大于1000℃的耐火内衬，需高温熔化，生产成本较高。

耐火浇注料是不定形耐火材料的主要品种，在第二次世界大战时期美国以耐火浇注料作为锅炉或石油生产设备的异型砖代用品使用，日本于1950年开始研究生产此类材料。20世纪50年代初期，苏联开始应用硅酸盐水泥耐火浇注料。60年代以来，不定形耐火材料发展迅速，到90年代日、美、德等国家的不定形耐火材料产量已占耐火材料总产量的1/3以上，而耐火浇注料占不定形耐火材料的40%～50%。中国在20世纪50年代初期开始应用硅酸盐水泥耐火浇注料，当时称为耐热混凝土，主要用于700℃以下(有时700～1200℃)的热工构筑物，1965～1975年普遍采用铝酸钙水泥和磷酸盐耐火浇注料，当时称为耐火混凝土，使用温度提高到1400～1600℃，在此期间建设了产品生产基地，1976年初建立了产品标准，1976年以后，产品种类迅速增加，质量也逐步提高，80年代中期中国又开发了新一代耐火浇注料，包括低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料，其质量接近国际先进水平。

目前，耐火材料行业轻质保温砖和轻质耐火浇注料的生产方法主要采用重质耐火原料，加入可燃物经压砖机压制后高温烧成轻质耐火砖或轻质耐火原料，或将重质耐火原料熔化喷吹成轻质原料，再利用轻质耐火原料配成轻质耐火浇注料，该方法生产成本高，需高温烧成，能源消耗大，如利用天然轻质原料配制的轻质浇注料使用温度一般较低，难以作耐火内衬。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫轻质耐火浇注料及其制备方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种泡沫轻质耐火浇注料，主要由如下组分组成：

0-90重量份的耐火原料、10-100重量份的结合原料、0-5重量份的辅助原料和0.1-0.4重量份发泡剂。

其中，在本发明中，所述耐火原料优选为10-80重量份，更优选30-80重量份，最优选为60-80重量份；所述结合原料优选为10-60重量份，更优选15-50重量份，最优选为20-40重量份，所述辅助原料优选为0-3重量份；所述发泡剂优选为0.2-0.3重量份。

在本发明中，耐火原料主要选自熟粘土粉、高铝矾土粉、刚玉粉、碳化硅粉、莫来石粉、尖晶石粉、镁砂粉、锆英石粉、石英粉、滑石粉中的一种或多种；结合原料主要选自硅微粉、α-氧化铝微粉和耐火水泥的一种或多种；辅助材料选自高硅氧纤维、三聚磷酸钠、氧化钙粉中的一种或多种；发泡剂选自植物蛋白、动物蛋白或复合蛋白的一种，作为优选，发泡剂可以是大豆蛋白。

在本发明中，对于耐火原料要求有以下要求：1、原料细度大于150目。2、化学成分：各种原料执行相应的国家标准。本发明最常用的材料为高铝矾土粉和刚玉料，高铝矾土粉的化学成分按（TB/T5179—93）：

刚玉粉的化学成分：Al₂O₃为94-99%，其它成分越少越好。

本发明中，对于结合原料要求如下：1、硅微粉为冶炼硅铁合金或金属硅的附产品，作结合原料其要求按(TB/T115—1997)标准：

、α-Al₂O₃超微粉其细度大于600目以上，Al₂O₃含量在99%，其它为杂质含量，越少越好。

3、耐火水泥为CA-50系列、CA-70，CA-75和CA-80，各种耐火水泥按相应国家标准选用。

在本发明中，辅助原料包括：1、高硅氧纤维，主要为含二氧化硅的有机纤维，其主要作用增强制品的结合强度和韧性，防止制品初凝期开裂和增强制品高温下的强度。2、三聚磷酸钠作分散剂，减少用水量，增强结合强度。3、氧化钙粉作制品初凝调节剂。

本发明的上述泡沫轻质耐火浇注料可以按照如下方法制备：

按热工设备使用部位对材料的要求（主要是耐火温度和抗压强度）确定配方和容重，按配方进行称量（按每次搅拌材料总重量），将搅拌机调至低速（20-60转/每分钟），加入适量清洁水，将耐火原料、结合原料和三聚磷酸钠全部倒入搅拌机内搅拌均匀，再加入适量清洁水调节料浆到合适状态，调高搅拌机转速至120-200转/每分钟，将发泡剂稀释后加入发泡机中发成泡沫，再将发好的泡沫加入料浆中进行高速搅拌，同时加入高硅氧纤维，随着泡沫的加入，材料的容重越来越轻，达到材料的设计容重时停止加入泡沫，接着加入氧化钙粉后再搅拌约20秒钟后出料。

一般而言，本发明的泡沫轻质耐火浇注料可以如下方法使用：

1、搅拌好的材料放入模型中预制成预制块，待硬化后脱模，直按使用或加工成小块运到热工设备现场砌筑、安装。2、现场直接浇注。

本发明的泡沫轻质耐火浇注料主要应用于热工设备的保温层、隔热层和炉膛耐火层，该类热工设备炉炉膛温度一般为600-1600℃。1、作保温、隔热层，温度为200-1100℃，容重为250-1000Kg/m³。2、炉膛耐火层，温度为600-1600℃，容重为600-1500Kg/m³。

泡沫轻质耐火浇注料的具体配料和使用要求：

1、作保温层：容重300Kg/m³，使用温度600℃，耐压强度≥0.2MPa。耐火原料高铝矾土粉选用牌号GAL-50，Al₂O₃含量为50-60%，结合原料硅微粉含量为88%，耐火水泥为CA-50，辅助原料三聚磷酸钠，发泡剂为植物蛋白发泡剂，配比为高铝矾土粉50重量份，硅微粉为30重量份，CA-50耐火水泥为20重量份，三聚磷酸钠外加0.5重量份，氧化钙粉2重量份，植物蛋白发泡剂0.4重量份，按1:40加水稀释。

2、作隔热层：容重600Kg/m³，使用温度1100℃，耐压强度≥1.5MPa。耐火原料高铝矾土粉选用GAL-50，Al₂O₃含量为50-60%，结合原料硅微粉含量为90%，耐火水泥为CA-50，辅助原料三聚磷酸钠，发泡剂为植物蛋白发泡剂，配比为高铝矾土粉70重量份，硅微粉为20重量份，CA-50耐火水泥为10重量份，三聚磷酸钠外加0.5重量份，氧化钙粉1重量份，植物蛋白发泡剂0.3重量份，按1:40加水稀释。

3、作耐火内衬：容重1200Kg/m³，使用温度1350℃，耐压强度≥15MPa。耐火原料高铝矾土粉选用GAL-88，Al₂O₃含量大于88%，结合原料硅微粉含量96%，发泡剂为植物蛋白发泡剂，耐火水泥为CA-70，辅助原料三聚磷酸钠和高硅氧纤维，发泡剂为植物蛋白发泡剂，配比为高铝矾土粉75重量份，硅微粉为15重量份，CA-70耐火水泥为10重量份，三聚磷酸钠外加0.5重量份，高硅氧纤维2重量份，石灰粉1重量份，植物蛋白发泡剂0.2重量份，按1:40加水稀释。

4、作耐火内衬：容重1200Kg/m³，使用温度1500℃，耐压强度≥18MPa。耐火原料刚玉粉，Al₂O₃含量大于98%，结合原料硅微粉含量为96%，耐火水泥为CA-70，辅助原料三聚磷酸钠和高硅氧纤维，发泡剂为植物蛋白发泡剂，配比为刚玉粉75重量份，硅微粉为15重量份，CA-70耐火水泥为10重量份，三聚磷酸钠外加0.5重量份，高硅氧纤维1.5重量份，石灰粉1重量份，植物蛋白发泡剂0.2重量份，按1:40加水稀释。

本发明的有益效果在于：本泡沫轻质耐火浇注料不用采用轻质耐火原料，直接采用重质耐火原料，原料丰富易得，调配灵活，生产成本只有原轻质耐火浇注料的1/2-1/3，而且材料容重越轻，成本越低，与现行轻质耐火浇注料容重越轻，成本越高相反，材料容重越轻，导热系数越低，保温隔热效果好，蓄热损失少，选用不同的材料配方，可以设计出不同容重、不同强度和不同使用温度的轻质材料，既可作炉子的保温层、隔热层，也可作炉内耐火层，生产过程灵活，材料储备种类少，既可进行标准化批量生产，也可针对热工设备使用部位的要求专门设计生产。此外，还减少蓄热损失，加快炉子升温速度，同样功率，升温速度提高40%，如原升温时间10小时，现只要6小时。保温隔热效果好，节能效果显著：炉衬设计相同厚度，表面温升降低50%，如原炉表温度80℃，现只有50℃。并且降温时间快，方便设备检修。

具体实施方式

实施例1

1、确定材料使用要求：计划作隔热层泡沫轻质耐火浇注料，容重600Kg/m³，使用温度1100℃，耐压强度≥1.5MPa。

2、确定搅拌机搅拌容积和材料总重量：搅拌容积0.15m³，材料重量0.15m³×600Kg/m³=90Kg。

3、选取材料和确定配料比例：

A、GAL-50牌号高铝矾土粉63Kg；

B、90牌号硅微粉18Kg；

C、CA-50耐火水泥为9Kg；

D、三聚磷酸钠0.5Kg（外加）；

E、氧化钙粉1Kg（外加）。

F、植物蛋白发泡剂0.3重量份，按1:40加水稀释。

4、称量：按配料单称量。

5、准备好发泡机和植物蛋白发泡剂（加水稀释），试开发泡机确认能发出合格的泡沫。

6、准备好搅拌机并混料：开动搅拌机，将转速调至40转/每分钟，将13Kg清洁水倒入搅拌机内，加入高铝矾土粉、CA-50耐火水泥、硅微粉和三聚磷酸钠进行湿混约3分钟，再加适量清洁水调节到合格的料浆，持续加入泡沫并将搅拌机转速调至150转/每分钟，随着泡沫的加入容积越来越大，材料容重越来越轻，当搅拌到规定的容积位置停止加入泡沫，再加入氧化钙粉搅拌约20秒种后出料。

7、成型：将泡沫轻质耐火浇注料倒入模型内静置。

8、脱模养护：待24小时泡沫轻质耐火浇注料硬化后脱模，在自然环境中干燥养护。

9、使用:

A、现场浇注（将料倒入现场模型内硬化后脱模）；

B、厂内作成预制块（将料倒入厂内预制模型内），到热工设备现场砌筑、安装。

实施例2

本发明隔热层泡沫轻质耐火浇注料制品性能测试（容重600Kg/m³，使用温度1100℃，耐压强度≥1.5MPa）：

Claims (10)

1.一种泡沫轻质耐火浇注料，主要由如下组分组成：

0-90重量份的耐火原料、10-100重量份的结合原料、0-5重量份的辅助原料和0.1-0.4重量份的发泡剂。

2.如权利要求1所述的泡沫轻质耐火浇注料，其中所述耐火原料优选为10-80重量份，更优选30-80重量份，最优选为60-80重量份；所述结合原料优选为10-60重量份，更优选15-50重量份，最优选为20-40重量份，所述辅助原料优选为0-3重量份；所述发泡剂优选为0.2-0.3重量份。

3.如权利要求1或2所述的泡沫轻质耐火浇注料，其中所述耐火原料主要选自熟粘土粉、高铝矾土粉、刚玉粉、碳化硅粉、莫来石粉、尖晶石粉、镁砂粉、锆英石粉、石英粉、滑石粉中的一种或多种。

4.如权利要求1-3任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料，其中所述结合原料主要选自硅微粉、α-氧化铝微粉和耐火水泥中的一种或多种。

5.如权利要求1-4任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料，其中所述辅原料选自高硅氧纤维、三聚磷酸钠、氧化钙粉中的一种或多种。

6.如权利要求1-5任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料，其中所述发泡剂选自植物蛋白、动物蛋白或复合蛋白的一种。

7.如权利要求1-6任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料，包括高铝矾土粉50-70重量份，硅微粉为20-30重量份，耐火水泥为10-20重量份，三聚磷酸钠外加1重量份，氧化钙粉1重量份。

8.如权利要求1-7任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料，包括高铝矾土粉75重量份，硅微粉为15重量份，耐火水泥为10重量份，三聚磷酸钠外加1重量份，高硅氧纤维1.5-2重量份，石灰粉1重量份。

9.如权利要求1-8任一项所述的泡沫轻质耐火浇注料的制备方法，包括：

1）按配方进行称量；

2）将发泡剂稀释后加入发泡机中发成合格的泡沫；

3）将搅拌机调至低速（20-60转/每分钟），加入适量清洁水，将耐火原料、结合原料和三聚磷酸钠全部倒入搅拌机内搅拌均匀；

4）再加入适量清洁水调节料浆到合适状态，调高搅拌机转速至120-200转/每分钟，加入发好的泡沫进行高速搅拌，同时加入高硅氧纤维；

5）达到材料的设计容重时停止加入泡沫，接着加入氧化钙粉后再搅拌约20秒钟后出料。

10.如权利要求9所述的方法，其中步骤2所述的稀释比例为发泡剂：水=1:40-50。