CN104671804B - 一种高铝耐火可塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高铝耐火可塑料，由白刚玉、板状刚玉、莫来石、氧化铝微粉、镧及镧系金属氧化物微粉、钇粉、分散剂和结合剂组成。本发明同时提供一种高铝耐火可塑料的制备方法，步骤包括细磨、预混、混料、干燥和拣选，检验，包装入库。本发明通过加入镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉提高可塑料高温粘结能力，解决了高铝耐火可塑料在高温下结合剂效果差的问题，提高高铝耐火可塑料的高温热稳定性和耐磨性。

Description

一种高铝耐火可塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是涉及一种高铝耐火可塑料及其制备方法。

背景技术

耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。钢铁工业中的各种加热炉、均热炉、退火炉、烧结炉，以及电炉顶的衬体不能使用一般的定型耐火材料，只能使用特殊的耐火可塑料，耐火可塑料是用耐火骨料和粉料、生粘土和化学复合剂及外加剂，经配制混炼、挤压成砖坯状，并在包装贮存一定时间后仍具有良好的可塑性，可用捣打方法施工的一种耐火材料。耐磨耐火可塑料是一系列耐磨性能优异的火硬性高强耐火可塑料，强度高，耐磨性能优异，热震稳定性好，施工性能及使用性能优良，易于任意成型，特别适合特殊墙或部位的施工以及快速、方便、有效地实施炉窑的检修等，市场上现有的耐火可塑料，由于结合剂耐高温强度不够，一般工作温度高于1000℃高温强度就急剧下降，没有很好的高温稳定性，结合剂种类分为：水玻璃、磷酸盐和有机结合剂耐火可塑料等，但是这些材料在高温下会失去结合性能，导致高温工作中出现脱落散落的情况。高铝质耐火可塑料由于其优秀的耐磨性，是其他材料无法替代的，但是由于结合剂的限制，导致高铝耐火可塑料的耐磨性大打折扣，因此，提高结合剂的高温效果将大大提高高铝耐火可塑料的耐磨性。

中国专利CN101591181公开了一种单组分磷酸盐结合耐磨耐火可塑料的制备方法，以刚玉为主要原料，以氧化铝粉、刚玉粉、硅灰和硼酸为基质，以固体磷酸铝为结合剂，采用铝酸钙水泥做促硬剂，生产工艺简单，强度高保存期长，但是同样由于粘合强度不够，高温强度一般，抗热震稳定性一般。中国专利CN102030550A公开了一种含均质料的刚玉-莫来石质高强耐磨可塑料，原料由高铝均质料、氧化铝微粉、二氧化硅微粉、粘土、磷酸、磷酸二氢铝溶液以及纯铝酸钙水泥等组成，施工性能好，强度高，耐磨性好，但是同样由于粘合强度不够，高温稳定性差。中国专利CN103833397A公开了一种耐火可塑料及其用途，原料包括碳化硅、氧化铝粉、硅微粉、分散剂、促凝剂和结合剂，施工性能好、硬化速度适中，但是由于粘合强度不够，高温强度一般，抗热震稳定性一般。中国专利CN103435362B公开了一种挡渣塞用耐火可塑料及其制备方法，包括漂珠，蓝晶石，粘土，硫酸铝，乙二醇，羟甲基纤维素和防爆纤维，可在中低温拥有高强度，而在高温下失去强度，但是泛用性较差，成本高。

发明内容

为了解决高铝耐火可塑料在高温下结合性差，导致耐磨性下降的问题，我们提出了一种高铝耐火可塑料及其制备方法，采用本发明可以有效提高高铝耐火可塑料的高温耐磨性及其他耐高温性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

为实现上述目的，本发明提供种一种高铝耐火可塑料，由以下质量百分比的原料组成：白刚玉：50-80％；板状刚玉：10-20％；莫来石：10-20％；氧化铝微粉：1-5％；锆粉：0.1-1％；镧及镧系金属氧化物微粉：0.01-0.1％；钇粉：0.01-0.1％；分散剂：0.5-3％；结合剂：0.5-3％。白刚玉主要成分为氧化铝，其质地致密、硬度高，易与结合剂结合。板状刚玉纯度高，体积稳定性好，极小的重烧收缩，用以生产的耐材或浇注料高温处理后具有良好的热震稳定性和抗弯强度，大部分时间板状刚玉用于耐火砖的制作，将板状刚玉细磨成小于1mm的颗粒，大大提高了刚玉在可塑料中的可用性，同时刚玉细粉能与其他微粉共同作用，使组成的可塑料更致密，还能提高耐磨性和抗侵蚀能力。莫来石是一种优质的耐火材料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点。氧化铝微粉和锆粉以显微颗粒的方式作为原料，提高材料可塑性，使可塑料有较高的常温强度和优良的线变化性能。锆粉、镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉的组合成的粘结材料耐高温，高温下性能稳定，常温、高温下粘结强度高，线膨胀系数高，抗氧、硫气体腐蚀强，热震系数好，由于普通的结合剂在1000℃以上即失去效果，而无机金属微粉组成的结合剂恰好在高温开始起粘结作用，弥补了耐火可塑料在高温环境下结合能力差的缺点。

优选地，上述原料的粒度如下：白刚玉：8-1mm；板状刚玉：8-1mm；莫来石：8-1mm；氧化铝微粉：＜0.088mm；锆粉：d₅₀＝5μm；镧及镧系金属氧化物微粉：d₅₀＝5μm；钇粉：d₅₀＝5μm。细小粒度的金属氧化物具有多种晶体结构，活性很高，加入后可使耐火材料的可塑性提升30-40％。

优选地，上述述白刚玉纯度不低于97％，板状刚玉纯度不低于97％，莫来石纯度不低于97％，氧化铝微粉纯度不低于99％，锆粉、镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉纯度不低于99.9％。高纯原料的使用，大大减少了二氧化硅的引入，减少了二氧化硅与材料中氧化镁在高温下生成低熔物，有效控制使用过程中与钢水、钢渣中氧化铝和氧化钙反应生成低熔物的可能，保证了良好的高温强度及荷重软化温度，增强了材料抗侵蚀能力，提高寿命。

优选地，上述分散剂为聚磷酸盐和/或聚丙烯酸盐中的至少一种。聚磷酸盐的化学性质主要有以下四个：1、水解作用；2、络合作用；3、催化作用；4、胶溶作用。聚磷酸盐能与多价阳离子反应，使这些例子大大地钝化，同时能吸附于其他物质的表面，形成一种吸附膜，使物质表面的物理化学性质改变，从而起到很好的分散效果。

优选地，上述结合剂由磷酸二氢铝和木质素磺酸钠溶液组成，其重量比为：1:1～3。磷酸二氢铝在常温下与耐火骨料，硬化剂等混合后在90-110℃间恒温4-24小时形成高粘接强度，经过350-500℃烘干后就具有高抗折、抗压、抗水化性能，即使在水中浸泡或煮沸也不发软。而在500℃以上时，无机金属微粉就开始起到结合剂的作用，而磷酸二氢铝则起到辅助结合的作用。木质素磺酸钠这类有机增塑剂分子插入到颗粒、微粉粒子之间，削弱了团聚颗粒间的应力，增加了微粉粒子的移动性、降低了微粉粒子间的团聚度，从而使颗粒、微粉粒子的塑性增加，提高材料的塑性，保证了材料的成型密度，提高了产品半成品成型合格率。木质素磺酸钠有良好的扩散性能，其水溶液为棕色至黑色，有胶体特性，溶液的黏度随浓度的增加而升高。在大规格墙地砖及耐火砖制造过程中，可以使坯体原料微粒牢固粘结起来，可使干坯强度提高20％—60％以上。

本发明同时提供一种高铝耐火可塑料的制备方法，步骤如下：

(1)细磨：将白刚玉、板状刚玉和莫来石分别送入粉碎细磨机中，粉碎至颗粒直径小于1mm；

(2)预混：将步骤(1)中细磨后的白刚玉、板状刚玉和莫来石与氧化铝微粉按比例送入混砂机中预混5-10分钟；

(3)混料：将分散剂加入步骤(2)中预混的原料中，在混砂机内混合10-30分钟；加入锆粉、镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉，在混砂机内混合10-30分钟；加入结合剂，混合10-30分钟，制成泥料；

(4)干燥：将步骤(3)中泥料自然干燥24h，至水分不高于0.05％；

(5)拣选，检验，包装入库。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、解决了高铝耐火可塑料在高温下结合剂效果差的问题；

2、提高高铝耐火可塑料的高温热稳定性和耐磨性。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都落入本发明保护范围；且下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

一种刚玉耐磨耐火可塑料，由以下质量百分比的原料组成：

白刚玉：63.48％；板状刚玉：15％；莫来石：15％；氧化铝微粉：2％；锆粉：0.5％；镧及镧系金属氧化物微粉：0.01％；钇粉：0.01％；分散剂：2％；结合剂：2％。生产步骤如下：(1)细磨：将白刚玉、板状刚玉和莫来石分别送入粉碎细磨机中，粉碎至颗粒直径小于1mm；(2)预混：将步骤(1)中细磨后的白刚玉、板状刚玉和莫来石与氧化铝微粉按比例送入混砂机中预混8分钟；

(3)混料：将分散剂加入步骤(2)中预混的原料中，在混砂机内混合20分钟；加入锆粉、镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉，在混砂机内混合20分钟；加入结合剂，混合20分钟，制成泥料；

(4)干燥：将步骤(3)中泥料自然干燥24h，至水分不高于0.05％；

(5)拣选，检验，包装入库；随机取样十份，检测各性能，结果如表1所示。

实施例2：

一种刚玉耐磨耐火可塑料，由以下质量百分比的原料组成：

白刚玉：63.4％；板状刚玉：15％；莫来石：15％；氧化铝微粉：2％；锆粉：0.5％；镧及镧系金属氧化物微粉：0.05％；钇粉：0.05％；分散剂：2％；结合剂：2％。

生产步骤与实施例1基本相同。完成后随机取样10份进行高温性能测试，结果如表1所示。

实施例3：

一种刚玉耐磨耐火可塑料，由以下质量百分比的原料组成：

白刚玉：63.3％；板状刚玉：15％；莫来石：15％；氧化铝微粉：2％；锆粉：0.5％；镧及镧系金属氧化物微粉：0.1％；钇粉：0.1％；分散剂：2％；结合剂：2％。

生产步骤与实施例1基本相同。完成后随机取样10份进行高温性能测试，结果如表1所示。

对比例：

市购以高铝耐火可塑料，随机取样10份进行高温性能测试。

检测标准

通过GB/T6900指标检测各样品中氧化铝含量，碳化硅含量和氧化铁含量；

通过HRY-02IIP高温荷重软化测试仪和NHD-02耐火度试验炉检测各样品最高使用温度；将样品置于815℃下灼烧3小时，通过YB/T5200指标检测其体积密度；

将样品置于815℃下灼烧3小时，使用通过YB/T5201指标检测其冷态耐压强度；

将样品置于1500℃下灼烧3小时，检测其高温耐压强度；

将样品置于815℃下灼烧3小时，使用KZJ-5000水泥电动抗折试验机通过YB/T5201指标检测其冷态抗折强度；

将样品置于815℃下灼烧3小时，通过YB/T5203指标检测其永久线变化率；

将样品置于1200℃下灼烧3小时，检测其烧后线变化率；

将样品置于815℃下灼烧3小时，使用KRZ-F02抗热震性试验机通过YB/T2206指标检测其热震稳定性；

将样品置于815℃下灼烧3小时，使用HAT-12A高温耐磨试验机通过GB/T18301指标检测其耐磨性；

结果如表1所示。

表1：

由表1可知，使用本发明制作的高铝耐火可塑料与市购高铝耐火可塑料相比，主要成分中氧化铝含量较高，杂质含量低。各性能在冷态(815℃)下差别不大，但是在高温环境下，本发明的耐火可塑料性能较强，特别是市购高铝耐火可塑料无法达到1500℃的工作水平，而本发明的可塑料可以适应更高温环境，且在1500℃下线变化率不大，耐压强度强。且通过表1可知，在原料中添加的镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉量会影响其耐高温性能，并且添加的量越多，高温性能越好。

Claims (4)

1.一种高铝耐火可塑料，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：

白刚玉：50-80%；

板状刚玉：10-20%；

莫来石：10-20%；

氧化铝微粉：1-5%；

锆粉：0.1-1%；

镧及镧系金属氧化物微粉：0.01-0.1%；

钇粉：0.01-0.1%；

分散剂：0.5-3%；

结合剂：0.5-3%；

上述各原料质量百分比总和为100%；

其原料粒度如下：

白刚玉：8-1mm；

板状刚玉：8-1mm；

莫来石：8-1mm；

氧化铝微粉：＜0.088mm；

锆粉：d₅₀=5μm；

镧及镧系金属氧化物微粉：d₅₀=5μm；

钇粉：d₅₀=5μm；

所述结合剂由磷酸二氢铝和木质素磺酸钠溶液组成，且磷酸二氢铝和木质素磺酸钠溶液重量比为1:1~3。

2.如权利要求1所述的一种高铝耐火可塑料，其特征在于，所述白刚玉纯度不低于97%，板状刚玉纯度不低于97%，莫来石纯度不低于97%，氧化铝微粉纯度不低于99%，锆粉、镧及镧系金属氧化物微粉和钇粉纯度不低于99.9%。

3.如权利要求1所述的一种高铝耐火可塑料，其特征在于，所述分散剂为聚磷酸盐和/或聚丙烯酸盐中的至少一种。

4.一种如权利要求1-3之一所述的高铝耐火可塑料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）细磨：将白刚玉、板状刚玉和莫来石分别送入粉碎细磨机中，粉碎至颗粒直径小于1mm；

（2）预混：将步骤（1）中细磨后的白刚玉、板状刚玉和莫来石与氧化铝微粉按比例送入混砂机中预混5-10分钟；

（3）混料：将分散剂加入步骤（2）中预混的原料中，在混砂机内混合10-30分钟；加入镧及镧系金属氧化物微粉、锆粉和钇粉，在混砂机内混合10-30分钟；加入结合剂，混合10-30分钟，制成泥料；

（4）干燥：将步骤（3）中泥料自然干燥24h，至水分不高于0.05%；

（5）拣选，检验，包装入库。