CN107344858A - 一种硅酸锆‑莫来石复合耐磨浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅酸锆‑莫来石复合耐磨浇注料及其制备方法，所述浇注料组份按质量份包括：1‑8mm莫来石18‑24份，3‑5mm红柱石颗粒5‑10份，粒径小于0.075mm的复合矿粉5‑10份，粒径小于1μm的ZrO2 5‑8份，粒径小于1μm的硅微粉3‑8份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉3‑5份，铝酸钙水泥3‑7份，六偏磷酸钠0.15‑0.2份，流平剂0.08‑0.12份，耐热钢纤维0.5‑1.6份，防爆纤维0.2份。本发明所述硅酸锆‑莫来石复合耐磨浇注料具有强度高、耐高温、抗热震性好、耐磨损和不易开裂的特点，在制备方法上改变传统施工方式，采用自流模式，避免了振动施工可能带来的浇注料偏析等问题，适用于像喷煤管、窑口这种异型不易振动的部位。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，特别涉及一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料及其制备方法。
背景技术
水泥回转窑窑口、水泥窑喷煤管等部位具有碱性气氛成份重，熟料及热烟气冲刷作用强，环境温差大，耐火度高等特殊工况条件，对耐火材料性能的指标要求比较高，常规产品一般使用的是刚玉莫来石质耐火浇注料，其存在的问题有：刚玉的热膨胀系数比较大，热震稳定性不好，刚玉在水泥窑碱性气氛中由α相刚玉转变为β相刚玉，致体积膨胀，易造成结构破坏，使得喷煤管的寿命大为缩短，已不能满足市场的需要。目前，新型干法水泥生产线规模日益扩大，为了提高整个烧成系统的运转率，增强企业的市场竞争力，新型干法水泥生产企业迫切需要高质量的耐火浇注料应用于其热工设备上。
浇注料的传统施工方式为振动施工，这种方式具有生产周期短、整体性好、均匀性好等优点，但是也存在一些缺点，例如，振动器振动不足导致浇注体密度不够，振动过度颗粒产生偏析，且振动棒抽出时易留下空洞，另外振动器噪音过大影响施工环境。
发明内容
本发明要解决上述问题从而提供一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，所述硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料具有强度高、耐高温、抗热震性好、耐磨损和不易开裂的特点，改变传统施工方式，采用自流模式制备得到，施工方便。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：1-8mm莫来石18-24份，3-5mm红柱石颗粒5-10份，粒径小于0.075mm的复合矿粉5-10份，粒径小于1um的ZrO2 5-8份，粒径小于1μm的硅微粉3-8份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉3-5份，铝酸钙水泥3-7份，六偏磷酸钠 0.15-0.2份，流平剂 0.08-0.12份，耐热钢纤维0.5-1.6份，防爆纤维0.2份。
优选的，所述莫来石包括5-8mm、3-5mm和1-3mm的莫来石颗粒。
优选的，所述复合矿粉为质量比为1:2的红柱石和硅线石的组合。
优选的，所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物。
优选的，所述耐热钢纤维主要成分为Fe 、Ni和Cr，还包括微量的Nb、Mn和C，以及极微量的Si、P和S；具体成分比例为：Ni-25wt%，Cr-15wt%，Nb-5wt%，Mn-3wt%，C-1wt%，Si-0.1wt%以下，P-0.1wt%以下，S-0.1wt%以下，余量为Fe。
优选的，所述防爆纤维为直径1.5-2.5μm，长度3-6mm的聚丙烯纤维。
本发明的另一个目的是提供一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料的制备方法。
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料的制备方法，包括如下步骤：a.将上述原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合；b. 加入4-5%的水搅拌均匀；c.搅拌好的物料注入模具，带模具养护48h，脱模养护48-64h后干燥；d.以8℃/min升温至500-600℃保温6h，以6℃/min升温至1350-1400℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用莫来石代替刚玉作为骨料，浇注料中莫来石除了原料添加部分还包括红柱石转化部分，红柱石在高温下不可逆地转化为莫来石和SiO2，SiO2基本处于莫来石晶体内部，在高温状态下莫来石晶体内被软化的SiO2能够吸收温度变化而引起的体积变化，因此红柱石形成的莫来石结构具有更好的高温体积稳定性和抗热震性。通过添加微米级ZrO2与红柱石分解产生的SiO2原位生成硅酸锆，形成硅酸锆莫来石复合结构，使得烧结样品的主晶相为针状莫来石和粒状硅酸锆，两者纵横交错排列成“互锁”结构，相互牵制，提高了浇注料的强度。此外，本发明采用红柱石-硅线石复合矿粉作为细粉填充骨料，具有在加热状态下易烧结，烧结致密，膨胀系数低等特点，红柱石和硅线石均可转变为莫来石，针状莫来石交织成网络结构，弥补组织结构缺陷，提高荷重软化温度、抗蠕变性、抗侵蚀性及耐磨损性。
2、本发明改变传统施工方式，采用自流模式，不需振动器振动即可为自动流动、摊平、密实和固化，避免了振动施工可能带来的浇注料偏析等问题，适用于像喷煤管、窑口这种异型不易振动的部位。采用水泥、硅微粉和Al2O3微粉作为结合剂，六偏磷酸钠作为分散剂，同时添加流平剂使浇注料具备合适的流动性，改善施工性能。水泥通过水化作用粘结骨料和细粉，硅微粉和Al2O3 微粉填充水泥颗粒间隙，同时与水化产物反应生成凝胶体。六偏磷酸钠电离产生的聚磷酸根与水泥水化后释放出的Ca2+，Al3+具有强烈的亲合作用，化学吸附于胶态粒子表面，胶态粒子之间产生静电斥力，防止粒子絮凝，达到分散稳定的目的。流平剂的作用是在浇注时降低表面张力，提高流平性和均匀性。因此，本发明所述浇注料浇注成型时无需通过振动即可实现分散均匀、密实的效果，适用于自流模式的施工方式。
3、本发明采用耐热钢纤维对浇注料进行内部的加固， 耐热钢纤维表面粗糙，可与润湿后的粉料紧密结合起到一定的支撑作用，有助于浇注料更快地塑形，耐热钢纤维主要成分为Fe 、Cr和Ni，具有耐热、高强、抗氧化的特性，可适应浇注料内部环境，还包括微量的C、Nb、Mn以及极微量的Si、P和S元素，除P、S外对钢纤维都有稳定强化作用，P、S是不可避免的有害杂质元素，对钢纤维热塑性不利，会产生一定的脆性，但其含量低造成的影响不大。本发明还使用了防爆纤维防止浇注料的爆裂，防爆纤维在烘烧过程软化、收缩、熔化，最后形成气孔并碳化，在材料内部形成微小网络气孔，打开水气通道，减轻材料内部应力，提高抗热震性，延长浇注料的使用寿命。
4、与传统刚玉莫来石质浇注料比，硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料高温体积稳定性好、不易开裂、使用寿命长。整体上，本发明所述浇注料强度高，抗热震性良好，耐磨损，耐高温，具有优良的抗开裂性，且安全可靠，施工方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：5-8mm莫来石10份，3-5mm莫来石5份，1-3mm莫来石5份，3-5mm红柱石颗粒6份，粒径小于0.075mm的红柱石-硅线石复合矿粉5.1份，粒径小于1μm的ZrO2 5份，粒径小于1μm的硅微粉3份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉3份，铝酸钙水泥3份，六偏磷酸钠 0.15份，流平剂 0.08份，耐热钢纤维0.5份，防爆纤维0.2份。
按如下步骤制备浇注料：将上述浇注料的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合，加入4%的水搅拌均匀，注入模具，带模具养护48h，脱模养护48h后干燥，以8℃/min升温至500℃保温6h，以6℃/min升温至1350℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
实施例2
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：5-8mm莫来石9份，3-5mm莫来石8份，1-3mm莫来石4份，3-5mm红柱石颗粒7份，粒径小于0.075mm的红柱石-硅线石复合矿粉6份，粒径小于1μm的ZrO2 5份，粒径小于1μm的硅微粉4份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉4份，铝酸钙水泥4份，六偏磷酸钠 0.16份，流平剂 0.09份，耐热钢纤维0.7份，防爆纤维0.2份。
按如下步骤制备浇注料：将上述浇注料的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合，加入4%的水搅拌均匀，注入模具，带模具养护48h，脱模养护50h后干燥，以8℃/min升温至520℃保温6h，以6℃/min升温至1360℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
实施例3
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：5-8mm莫来石8份，3-5mm莫来石8份，1-3mm莫来石6份，3-5mm红柱石颗粒8份，粒径小于0.075mm的红柱石-硅线石复合矿粉7.2份，粒径小于1μm的ZrO2 6份，粒径小于1μm的硅微粉5份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉4份，铝酸钙水泥5份，六偏磷酸钠 0.17份，流平剂 0.10份，耐热钢纤维1.0份，防爆纤维0.2份。
按如下步骤制备浇注料：将上述浇注料的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合，加入4%的水搅拌均匀，注入模具，带模具养护48h，脱模养护55h后干燥，以8℃/min升温至550℃保温6h，以6℃/min升温至1370℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
实施例4
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：5-8mm莫来石10份，3-5mm莫来石7份，1-3mm莫来石6份，3-5mm红柱石颗粒9份，粒径小于0.075mm的红柱石-硅线石复合矿粉9份，粒径小于1μm的ZrO2 7份，粒径小于1μm的硅微粉6份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉5份，铝酸钙水泥6份，六偏磷酸钠 0.18份，流平剂 0.11份，耐热钢纤维1.2份，防爆纤维0.2份。
按如下步骤制备浇注料：将上述浇注料的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合，加入5%的水搅拌均匀，注入模具，带模具养护48h，脱模养护60h后干燥，以8℃/min升温至550℃保温6h，以6℃/min升温至1380℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
实施例5
一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，包括以下组分原料及重量份：5-8mm莫来石12份，3-5mm莫来石7份，1-3mm莫来石5份，3-5mm红柱石颗粒10份，粒径小于0.075mm的红柱石-硅线石复合矿粉9.6份，粒径小于1μm的ZrO2 8份，粒径小于1μm的硅微粉8份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉5份，铝酸钙水泥7份，六偏磷酸钠 0.2份，流平剂 0.12份，耐热钢纤维1.5份，防爆纤维0.2份。
按如下步骤制备浇注料：将上述浇注料的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合，加入5%的水搅拌均匀，注入模具，带模具养护48h，脱模养护64h后干燥，以8℃/min升温至600℃保温6h，以6℃/min升温至1400℃保温4h，自然冷却得到浇注料预制件。
上述实施例所得浇注料技术性能指标如下：
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明所作的等效变换与修改，都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：包括以下组分原料及重量份：1-8mm莫来石18-24份，3-5mm红柱石颗粒5-10份，粒径小于0.075mm的复合矿粉5-10份，粒径小于1μm的ZrO2 5-8份，粒径小于1μm的硅微粉3-8份，粒径小于1.2μm的Al2O3微粉3-5份，铝酸钙水泥3-7份，六偏磷酸钠 0.15-0.2份，流平剂 0.08-0.12份，耐热钢纤维0.5-1.6份，防爆纤维0.2份。
2.根据权利要求1所述的硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：所述莫来石包括5-8mm、3-5mm和1-3mm的莫来石颗粒。
3.根据权利要求1所述的硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：所述复合矿粉为质量比为1:2的红柱石和硅线石的组合。
4.根据权利要求1所述的硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物。
5.根据权利要求1所述的硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：所述耐热钢纤维主要成分为Fe 、Ni和Cr，还包括微量的Nb、Mn和C，以及极微量的Si、P和S；具体成分比例为：Ni-25wt%，Cr-15wt%，Nb-5wt%，Mn-3wt%，C-1wt%，Si-0.1wt%以下，P-0.1wt%以下，S-0.1wt%以下，余量为Fe。
6.根据权利要求1所述的硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料，其特征在于：所述防爆纤维为直径1.5-2.5μm，长度3-6mm的聚丙烯纤维。
7.一种硅酸锆-莫来石复合耐磨浇注料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.将权利要求1所述的原料倒入搅拌装置内，室温搅拌混合；
b.加入4-5%的水搅拌均匀；
c.搅拌好的物料注入模具，带模具养护48h，脱模养护48-64h后干燥；
d.以8℃/min升温至500-600℃保温6h，以6℃/min升温至1350-1400℃保温4h，自然冷却即可。
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Denomination of invention: A zirconium silicate mullite composite wear-resistant castable and its preparation method Effective date of registration: 20231008 Granted publication date: 20190906 Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd. Changxin branch Pledgor: CHANGXING XING YING BUILDING MATERIAL Co.,Ltd. OF NEW FIRE RESISTANT Registration number: Y2023980060018 |