CN106396707B - 一种超高温抗结皮浇注料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5‑1mm的刚玉或矾土25‑40份、粒径为5‑1mm的碳化硅10‑20份、粒径为1‑0.088mm的刚玉或矾土5‑15份、粒径＜0.088mm的刚玉10‑26份、氧化铝微粉2‑8份、硅灰2‑6份、铝酸盐水泥1‑6份、解凝剂0.1‑0.3份、缓凝剂0.005‑0.05份、硅溶胶1‑6份、水1‑6份。本发明提出的超高温抗结皮浇注料，其具有良好的成形性能和固化性能，固化后又能够获得良好的耐高温、抗侵蚀、抗热震性能。

Description

一种超高温抗结皮浇注料
技术领域
本发明涉及浇注料技术领域，尤其涉及一种超高温抗结皮浇注料。
背景技术
一般，称CaO含量＜0.2％的耐火浇注料无水泥耐火浇注料；CaO含量0.2-1.0％的耐火浇注料超低水泥耐火浇注料；CaO含量1.0-2.5％的耐火浇注料低水泥耐火浇注料；CaO含量＞2.5％的耐火浇注料普通水泥结合耐火浇注料。对于水泥结合耐火浇注料，水泥的作用至关重要。无论是对于耐火浇注料的成型、凝结、硬化、养护、干燥、升温、烧结，还是对于耐火浇注料的最终性能或使用寿命，加入的铝酸盐水泥都发挥了重要影响。
低水泥浇注料得以广泛应用的原因是该材料具有较好的综合性能。例如，当CaO的含量＜1％，浇注料的凝结速度变慢、脱模时间延长、干燥强度降低，冬季施工性能显著变坏，甚至经过数天都不硬化。反之，CaO的含量＞2.5％，浇注料的熔剂物质过多，高温性能和抗侵蚀性能如烧后线变化、热态强度、渣蚀深度将会恶化。
窑炉设备抗结皮部位中，普通抗结皮浇注料得到了广泛应用。但是，随着节能减排和提高热能利用率，对抗结皮浇注料的要求也提高了，普通抗结皮浇注料已经不能满足使用需求。因此，需要开发耐更高温、抗结皮性能更好的超低水泥耐火浇注料。
硅溶胶是一种新型的结合剂。硅溶胶结合浇注料具有很低的气孔率，能够降低衬体与材料的接触面积，对提高抗结皮具有很好的作用。但是，硅溶胶在不定形耐火材料的应用尚不广泛。主要原因在于：硅溶胶结合不定形耐火材料常温下硬化很慢，需要经加热、干燥处理才能固化。如果简单加入铝酸盐水泥固化，硅溶胶就会发生不可控凝结，这样就不能经成形制得致密的衬体。因此，只有解决了控制流态到固态转变的难题，使浇注料成形时良好流动、成形后迅速固化，硬化后获得良好的物理化学性能，硅溶胶结合浇注料才能得到推广。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种超高温抗结皮浇注料，其具有良好的成形性能和固化性能，固化后又能够获得良好的耐高温、抗侵蚀、抗热震性能。
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的刚玉或矾土25-40份、粒径为5-1mm的碳化硅10-20份、粒径为1-0.088mm的刚玉或矾土5-15份、粒径＜0.088mm的刚玉10-26份、氧化铝微粉2-8份、硅灰2-6份、铝酸盐水泥1-6份、解凝剂0.1-0.3份、缓凝剂0.005-0.05份、硅溶胶1-6份、水1-6份。
优选地，其原料中按重量份还包括0.1-20份粒径为1-0.088mm的碳化硅、0.1-15份粒径＜0.088mm的碳化硅。
优选地，所述刚玉为电熔刚玉、烧结刚玉中的一种或者两种的混合物。
优选地，所述矾土为高铝矾土。
优选地，所述铝酸盐水泥为纯铝酸盐水泥、高铝水泥中的一种或者两种的混合物。
优选地，所述解凝剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、顺丁烯二酸中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述硅溶胶的浓度为25-40％。
优选地，其原料中还包括0.1-0.25重量份的减水剂。
优选地，所述减水剂按照以下工艺进行制备：按重量份将2-5份马来酸酐加入反应装置中，然后加入8-15份β-环糊精，加热熔化后加入0.2-0.5份对甲苯磺酸，升温至70-85℃，搅拌反应2-3h，然后加入5-11份木质素磺酸钙和20-35份水，在氮气的保护下搅拌溶解并加入0.2-1份过硫酸铵，然后加入1-3份丙烯酰氯和2-5份甲基丙烯酸甲酯，调节温度为65-80℃搅拌反应2-5h，反应结束后调节pH值为中性得到所述减水剂。
本发明所述超高温抗结皮浇注料，以刚玉、矾土和碳化硅作为填料，采用硅溶胶为结合剂、少量铝酸盐水泥为固化剂，通过添加氧化铝微粉、硅灰和碳化硅，获得凝结正常、硬化快以及优异的耐高温、气孔率低和抗结皮性能优越，适合用于高温窑炉中有超高温抗结皮部位的衬料；有益效果具体如下：
(1)采用水泥-硅溶胶复合结合方式，以硅溶胶作为结合剂，以水泥作为固化剂，使浇注料获得良好的物理性能；
(2)采用有机酸作缓凝剂，控制水泥的水化速度，屏蔽水泥水化释放的Ca2+离子，使成形时浇注料具有良好的流动性；
(3)采用磷酸盐作解凝剂，使成形时细粉、微粉能够良好分散，水泥-硅溶胶复合结合浇注料具有更好的流动性；
(4)稀释硅溶胶，控制水泥-硅溶胶复合结合浇注料的粘度和固化速度，使所研制的材料具有更加优异的成形和养护性能。
(5)减少水泥掺量，使CaO＝0.2-1.0％，达到超低水泥浇注料的水平；
(6)添加碳化硅，利用碳化硅的高导热性来提高材料的抗热震性，并利用碳化硅的氧化，在耐火材料表面形成一层SiO2沉积物，封堵气孔而提高抗侵蚀、抗结皮性。
水泥-硅溶胶复合结合是一种不同于水泥结合的结合方式，在扫描电子显微镜下可见结合相是一种云絮状的CaO-Al2O3-SiO2-H2O胶体物质，而不是水化铝酸钙晶体和氢氧化铝胶体。由于硅溶胶引入了活性SiO2，活性SiO2参予了水化反应，形成的CaO-Al2O3-SiO2-H2O胶体充填了气孔，降低了显气孔率，因而使浇注料能以较低的水泥掺量获得不定形耐火材料需要的强度。
同时加入了合适的减水剂，在优选方式中，在减水剂的制备过程中，首先以马来酸酐、β-环糊精为原料，控制反应的条件合成了酯化物，之后与木质素磺酸钙、丙烯酰氯和甲基丙烯酸甲酯发生了反应，从而将马来酸酐、β-环糊精、丙烯酰氯和甲基丙烯酸甲酯引入到了木质素磺酸钙中，使木质素磺酸钙的分子量增大，热稳定性能提高，将其加入体系中，与体系的适应性好，一方面，提高了分子量，空间位阻变大，分散性较强，使水泥颗粒间的絮凝构造分散解体，释放出游离水，起到减水作用，同时能润湿和润滑水泥颗粒，增加混凝土的流动性，减少了水的用量，同时具有优异的抗盐抗钙能力，另外因引入了β-环糊精，提高了材料的耐火性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的刚玉25份、粒径为5-1mm的碳化硅20份、粒径为1-0.088mm的刚玉5份、粒径＜0.088mm的刚玉26份、氧化铝微粉2份、硅灰6份、铝酸盐水泥1份、解凝剂0.3份、缓凝剂0.005份、硅溶胶6份、水1份。
实施例2
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的矾土40份、粒径为5-1mm的碳化硅10份、粒径为1-0.088mm的矾土15份、粒径＜0.088mm的刚玉10份、氧化铝微粉8份、硅灰2份、铝酸盐水泥6份、解凝剂0.1份、缓凝剂0.05份、硅溶胶1份、水6份。
实施例3
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的烧结刚玉32份、粒径为5-1mm的碳化硅14份、粒径为1-0.088mm的矾土12份、粒径＜0.088mm的电熔刚玉15份、氧化铝微粉6份、硅灰4.8份、纯铝酸盐水泥3份、高铝水泥2份、解凝剂0.2份、缓凝剂0.03份、硅溶胶2份、水5份、粒径为1-0.088mm的碳化硅0.1份、粒径＜0.088mm的碳化硅15份、减水剂0.1份；
其中，所述解凝剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠按重量比为3:2的混合物；
所述缓凝剂为酒石酸、草酸、顺丁烯二酸按重量比为5:3:4的混合物；
所述硅溶胶的浓度为25％；
所述减水剂按照以下工艺进行制备：按重量份将2份马来酸酐加入反应装置中，然后加入15份β-环糊精，加热熔化后加入0.2份对甲苯磺酸，升温至85℃，搅拌反应2h，然后加入11份木质素磺酸钙和20份水，在氮气的保护下搅拌溶解并加入1份过硫酸铵，然后加入1份丙烯酰氯和5份甲基丙烯酸甲酯，调节温度为65℃搅拌反应5h，反应结束后调节pH值为中性得到所述减水剂。
实施例4
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的矾土28份、粒径为5-1mm的碳化硅18份、粒径为1-0.088mm的烧结刚玉8份、粒径＜0.088mm的烧结刚玉20份、氧化铝微粉4.5份、硅灰5份、高铝水泥2.6份、解凝剂0.15份、缓凝剂0.01份、硅溶胶5份、水2份、粒径为1-0.088mm的碳化硅20份、粒径＜0.088mm的碳化硅0.1份、减水剂0.25份；
其中，所述解凝剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠按任意重量比的混合物；
所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、顺丁烯二酸按任意重量比的混合物；
所述硅溶胶的浓度为40％；
所述减水剂按照以下工艺进行制备：按重量份将5份马来酸酐加入反应装置中，然后加入8份β-环糊精，加热熔化后加入0.5份对甲苯磺酸，升温至70℃，搅拌反应3h，然后加入5份木质素磺酸钙和35份水，在氮气的保护下搅拌溶解并加入0.2份过硫酸铵，然后加入3份丙烯酰氯和2份甲基丙烯酸甲酯，调节温度为80℃搅拌反应2h，反应结束后调节pH值为中性得到所述减水剂。
实施例5
本发明提出的一种超高温抗结皮浇注料，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的电熔刚玉33份、粒径为5-1mm的碳化硅20份、粒径为1-0.088mm的电熔刚玉9份、粒径＜0.088mm的电熔刚玉15份、氧化铝微粉5份、硅灰5份、纯铝酸盐水泥3份、六偏磷酸钠0.2份、柠檬酸0.02份、浓度为30％的硅溶胶4份、水3份、粒径为1-0.088mm的碳化硅5份、粒径＜0.088mm的碳化硅0.1份、减水剂0.2份；
其中，所述减水剂按照以下工艺进行制备：按重量份将3份马来酸酐加入反应装置中，然后加入10份β-环糊精，加热熔化后加入0.35份对甲苯磺酸，升温至80℃，搅拌反应2.6h，然后加入10份木质素磺酸钙和30份水，在氮气的保护下搅拌溶解并加入0.6份过硫酸铵，然后加入2份丙烯酰氯和4份甲基丙烯酸甲酯，调节温度为70℃搅拌反应3.8h，反应结束后调节pH值为中性得到所述减水剂。
本实施例中，按配比将固体原料经称重、伴和后，倒入搅拌机；再加入剩余的原料，经搅拌、倒料、运输、浇灌、振动、脱模、养护后制成试体，再进行热处理后测试物理性能。该浇注料初凝时间约40分钟，脱模时间约6小时，所测物理性能为：110℃×24h干燥：抗折强度11.0MPa，耐压强度71.1MPa；1100℃×3h干燥：抗折强度23.9MPa，耐压强度192.3MPa，线变化-0.24％；1350℃×3h干燥：抗折强度21.1MPa，耐压强度178.4MPa，线变化0.06％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超高温抗结皮浇注料，其特征在于，其原料按重量份包括：粒径为5-1mm的刚玉或矾土25-40份、粒径为5-1mm的碳化硅10-20份、粒径为1-0.088mm的刚玉或矾土5-15份、粒径＜0.088mm的刚玉10-26份、氧化铝微粉2-8份、硅灰2-6份、铝酸盐水泥1-3份、解凝剂0.1-0.3份、缓凝剂0.005-0.05份、硅溶胶1-6份、水1-6份；
其原料中还包括0.1-0.25重量份的减水剂；
所述减水剂按照以下工艺进行制备：按重量份将2-5份马来酸酐加入反应装置中，然后加入8-15份β-环糊精，加热熔化后加入0.2-0.5份对甲苯磺酸，升温至70-85℃，搅拌反应2-3h，然后加入5-11份木质素磺酸钙和20-35份水，在氮气的保护下搅拌溶解并加入0.2-1份过硫酸铵，然后加入1-3份丙烯酰氯和2-5份甲基丙烯酸甲酯，调节温度为65-80℃搅拌反应2-5h，反应结束后调节pH值为中性得到所述减水剂。
2.根据权利要求1所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，其原料中按重量份还包括0.1-20份粒径为1-0.088mm的碳化硅、0.1-15份粒径＜0.088mm的碳化硅。
3.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述刚玉为电熔刚玉、烧结刚玉中的一种或者两种的混合物。
4.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述矾土为高铝矾土。
5.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述铝酸盐水泥为纯铝酸盐水泥、高铝水泥中的一种或者两种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述解凝剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或者多种的混合物。
7.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、草酸、顺丁烯二酸中的一种或者多种的混合物。
8.根据权利要求1或2所述超高温抗结皮浇注料，其特征在于，所述硅溶胶的浓度为25-40％。
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