CN111393187A - 一种轻质耐火材料改性增强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质耐火材料改性增强剂及其制备方法，包括金属溶盐、表面润湿剂和去离子水，所述金属溶盐为高温下发生烧结的金属盐类，且所述金属溶盐的加入量为去离子水的30‑80wt％，所述表面润湿剂为能够降低液体表面张力的醇类，且所述表面润湿剂的加入量为去离子水的0‑15wt％。有益效果在于：该发明中的金属溶盐为小分子结构，能够溶于水形成稳定溶液，不需要使用添加剂，且能够与表面润湿剂共同作用，使改性增强剂粘度降低、渗透力增强；金属溶盐能够经高温分解氧化烧结形成陶瓷结合体，同时能够增强轻质耐火材料抵抗冲刷、侵蚀以及震动外力破坏的能力；原料易得，制备过程简单，施工方便，便于工业化生产和应用。

Description

一种轻质耐火材料改性增强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及轻质保温耐火材料技术领域，特别是涉及一种轻质耐火材料改性增强剂及其制备方法。
背景技术
陶瓷纤维制品、轻质浇注料等轻质耐火材料作为隔热节能材料广泛应用于冶金、石化、电子等领域。由于其密度较低、结构疏松以及强度差，轻质耐火材料在高温高风速、震动、腐蚀气体环境等恶劣工况下受到冲刷、侵蚀以及震动引起的外力作用而发生表层掉粉、剥落、开裂等不良现象，致使轻质耐火材料出现寿命缩短、节能效果降低以及加工工件受到污染等严重后果。为解决上述问题，人们开发用于轻质耐火材料表面改性增强的涂料、硬化剂等，在轻质耐火材料高温工作过程中形成耐高温陶瓷，增加其表面硬度、强度，提高轻质耐火材料表面抵抗冲刷、侵蚀与震动外力的能力。例如实用新型(申请号201220680806.6)，所述硬化层为硅铝酸钠、磷酸铝、纳米氧化铝溶胶、纳米氧化硅中的一种或者几种复合而成，在陶瓷纤维制品表面喷涂或浸渍来提高陶瓷纤维制品的硬度。发明专利(200310105706.6)以氧化铁、铬绿、镍、硅、铝、锰、钴等氧化物粉末、粘结剂与添加剂制备涂料，涂覆于硅酸铝纤维表面，提高其抗冲刷性能。然而现有表面改性增强剂是耐高温原料制备而成的大分子团胶体溶液或浆料，具有较大粘稠度，涂覆于轻质耐火材料表面后，无法有效向轻质耐火材料内部渗透，只在陶瓷纤维制品、轻质浇注料表层形成硬化层。由于内部与表面硬化层密度差别巨大，二者接触部位呈断崖式变化，高温收缩呈现极大不一致，热膨胀系数差别巨大，轻质耐火材料在高温工作过程中经常发生表面硬质层的开裂、剥落、掉渣等现象。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轻质耐火材料改性增强剂。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种轻质耐火材料改性增强剂，包括金属溶盐、表面润湿剂和去离子水，由于所述金属溶盐具有小分子结构，易溶于水形成盐溶液，在所述表面润湿剂的作用下使得改性增强剂具有低粘度、高渗透能力，能够有效向轻质耐火材料材料内部渗透，且渗透呈现梯度变化，最终实现轻质耐火材料密度由表及里梯度变化，在高温条件下，所述金属溶盐经过水分蒸发、分解氧化形成金属氧化物，再经过物理化学变化形成高强度耐高温含金属氧化物陶瓷，实现轻质耐火材料表面的硬化与强化，可以有效避免轻质耐火材料表层硬化层密度断崖式变化，减小高温收缩差别，缩小热膨胀系数差距，进而使得硬化层长期使用不出现开裂、剥落、掉渣等问题，且所述金属溶盐的加入量为去离子水的30-80wt％，所述表面润湿剂为能够降低液体表面张力的醇类，且加入量为去离子水的0-15wt％。
进一步的，所述金属溶盐在高温下转化为金属氧化物，然后金属氧化物在高温下烧结成为陶瓷，能够增强陶瓷纤维等轻质耐火材料表层的强度和硬度，所述金属溶盐包括但不限定为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、硝酸锆、硫酸锆、氯化镁、硫酸镁；所述表面润湿剂可为乙醇、乙二醇任意一种。
进一步的，所述金属溶盐为硝酸铝，加入量为去离子水的50-80wt％。
进一步的，所述金属溶盐为硫酸铝，加入量为去离子水的30-50wt％。
进一步的，所述金属溶盐为氯化铝，加入量为去离子水的30-40wt％。
进一步的，所述金属溶盐为硝酸锆，加入量为去离子水的50-70wt％。
进一步的，所述金属溶盐为硫酸锆，加入量为去离子水的40-60wt％。
进一步的，所述金属溶盐为氯化镁，加入量为去离子水的40-50wt％。
进一步的，所述金属溶盐为硫酸镁，加入量为去离子水的30-40wt％。
本发明还提供一种用于制备上述轻质耐火材料改性增强剂的制备方法，包括如下步骤：首先将金属溶盐倒入去离子水中制得混合液，然后向混合液中加入表面润湿剂，再将混合液温度调至20-60℃，并充分混合，即得到改性增强剂。
本发明的有益效果在于：该发明中的金属溶盐为小分子结构，能够溶于水形成稳定溶液，不需要使用添加剂，且能够与表面润湿剂共同作用，使改性增强剂粘度降低、渗透力增强；金属溶盐能够经高温分解氧化烧结形成陶瓷结合体，同时能够增强轻质耐火材料抵抗冲刷、侵蚀以及震动外力破坏的能力；原料易得，制备过程简单，施工方便，便于工业化生产和应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入300g氯化铝，当氯化铝全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；然后将混合液温度调至20℃，向混合液中加入150g乙醇并进行搅拌，得到粘度为2.5mPa·S，密度为1.2g/cm3的改性增强剂；喷涂在莫来石陶瓷纤维制品表面，可形成5-50mm的渗透层，在工作中，莫来石陶瓷纤维制品的表面硬质层在天然气窑中喷嘴处直接接触火焰，其工作温度为1300℃，并长期使用，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例二：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入400g硫酸铝，当硫酸铝全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；然后将混合液温度调至50℃，向混合液中加入150g乙醇并进行搅拌，得到粘度为3.0mPa·S，密度为1.3g/cm3的改性增强剂；喷涂在硅酸铝纤维制品表面，可形成2-30mm渗透层，喷涂之前可对硅酸铝纤维制品预热，渗透效果更好，在工作中，硅酸铝纤维制品的表面硬质层位于倒焰窑窑顶，其工作温度为1100℃，并长期使用，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例三：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入800g硝酸铝，当硝酸铝全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液(60℃能够全部溶解)；然后将混合液温度调至60℃，向混合液中加入50g乙二醇并进行搅拌，得到粘度为2.8mPa·S密度为1.6g/cm3的改性增强剂；喷涂在莫来石轻质浇注料表面，可形成2-20mm渗透层，喷涂之前可对轻质浇注料预热，渗透效果更好，莫来石轻质浇注料的表面硬质层在隧道窑中直接接触火焰部位长期使用，其工作温度为1300℃，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例四：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入450g硫酸锆，当硫酸锆全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；然后将混合液温度调至40℃，向混合液中加入50g乙二醇并进行搅拌，得到粘度为1.5mPa·S，密度为1.3g/cm3的改性增强剂；喷涂在氧化锆轻质浇注料表面，可形成1-30mm渗透层，氧化锆轻质浇注料的表面硬质层在超高温热处理窑炉内长期使用，其工作温度为1600℃，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例五：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入600g硝酸锆，当硝酸锆全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；然后将混合液温度调至50℃，向混合液中加入100g乙醇并进行搅拌，得到粘度为1.8mPa·S，密度为1.5g/cm3的改性增强剂；喷涂在氧化锆纤维制品表面，可形成2-20mm渗透层，喷涂之前可对轻质浇注料预热，渗透效果更好，氧化锆纤维制品的表面硬质层在石化行业高温含有腐蚀气氛的环境中长期使用，其工作温度为1350℃，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例六：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入450g氯化镁，当氯化镁全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；然后将混合液温度调至50℃，向混合液中加入100g乙醇并进行搅拌，得到粘度为2.0mPa·S，密度为1.3g/cm3的改性增强剂；喷涂在氧化铝纤维制品表面，可形成2-30mm渗透层，氧化铝纤维制品的表面硬质层在高温热处理窑内长期工作，其工作温度为1500℃，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
实施例七：
称量1000g去离子水，边搅拌边向去离子水中缓慢加入350g硫酸镁，当硫酸镁全部倒入去离子水中后，继续搅拌30min，得到混合液；将混合液温度调至60℃，向混合液中加入100g乙醇并进行搅拌，得到粘度为1.6mPa·S，密度为1.25g/cm3的改性增强剂；喷涂在氧化铝轻质浇注料表面，可形成1-25mm渗透层，氧化铝轻质浇注料的表面硬质层在高温热处理窑炉内长期使用，其工作温度为1400℃，未出现开裂、剥落、掉渣等问题。
本发明提供的改性增强剂粘度为1.5-3.0mPa·S，密度为1.2-1.6g/cm3，喷涂在轻质耐火材料表面可形成1-50mm厚的渗透层，形成表面硬质层可长期在高温、高风速、震动、腐蚀气体等环境工况下使用而不开裂、剥落、掉渣。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：包括金属溶盐、表面润湿剂和去离子水，所述金属溶盐为高温下发生烧结的金属盐类，且所述金属溶盐的加入量为去离子水的30-80wt％，所述表面润湿剂为能够降低液体表面张力的醇类，且所述表面润湿剂的加入量为去离子水的0-15wt％。
2.根据权利要求1所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐包括但不限定为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、硝酸锆、硫酸锆、氯化镁、硫酸镁；所述表面润湿剂可为乙醇、乙二醇任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是硝酸铝，加入量为去离子水的50-80wt％。
4.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是硫酸铝，加入量为去离子水的30-50wt％。
5.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是氯化铝，加入量为去离子水的30-40wt％。
6.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是硝酸锆，加入量为去离子水的50-70wt％。
7.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是硫酸锆，加入量为去离子水的40-60wt％。
8.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是氯化镁，加入量为去离子水的40-50wt％。
9.根据权利要求2所述的一种轻质耐火材料改性增强剂，其特征在于：所述金属溶盐是硫酸镁，加入量为去离子水的30-40wt％。
10.一种用于制备权利要求1-9任意一项所述的轻质耐火材料改性增强剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：首先将所述金属溶盐倒入去离子水中制得混合液，然后向混合液中加入表面润湿剂，再将混合液温度调至20-60℃，并充分混合，即得到改性增强剂。
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