CN111484342B - 一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂及其制备方法 - Google Patents

一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，它是以活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸为原料制成的，活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸的质量比为50:10～15:20～30:3～6:4～7制成的。本发明充分考虑六偏磷酸钠对α‑氧化铝微粉的分散和三聚氰胺及无水柠檬酸对氧化硅微粉的分散，同时利用左旋酒石酸和无水柠檬酸的减水和缓凝效果。本发明复合减水表现出减水效率高、适用性较强、高温缓凝性能优等特点，可以解决浇注料现场施工在高温条件下凝结过快、施工时间短等技术难题。

Description

一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火浇注料领域，涉及一种无机化学和有机高分子材料跨学科两个领域的综合产物，具体涉及一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂及其制备方法，尤其是涉及一种含有较高硅灰含量(≥1％)的耐火材料浇注料专用、且具有高温缓凝作用的减水剂及其制备方法。
背景技术
减水剂是耐火材料浇注料完成施工及提供后期高温性能必不可少的一种外加剂，对浇注料的加水量、流动值、致密度、纯铝酸钙水泥的水化凝结性能和高温性能的作用至关重要。目前，含有高硅灰体系的浇注料如高炉出铁系统的铁沟浇注料、精密铸造领域的刚玉自流浇注料、炼钢系统的钢包和中间包的永久层浇注料等，主要采用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等传统减水剂，关于该体系使用的复合减水剂，尤其是针对夏季较高温度、以及热修补较高温度环境下缓凝型复合减水剂的研究不多。
通常情况下，含有高二氧化硅微粉的浇注料相对比较难分散，主要原因如下：氧化硅微粉具有非常细的粒度，表现出很高的比表面积，极其容易出现团聚；化学成分并不稳定，碱性氧化物杂质，如氧化钠、氧化钾等含量通常较高。较高的表面积和较高的碱性杂质的存在，很容易导致浇注料出现施工时间(初凝时间)较短，尤其在夏季或较高的施工温度条件下表现更突出，从而导致含有较高硅灰体系的浇注料的施工问题频繁出现。
传统的减水剂如三聚磷酸钠和六偏磷酸钠虽然能够实现分散减水作用，然而，浇注料需要的加水量仍然比较高，也时常发生浇注料在较高温度下出现施工时间不够，导致施工失败。最终导致含有硅灰的浇注料的高温性能受到不同程度的损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、减水效率高、缓凝效果明显的含硅灰耐火浇注料用的复合减水剂及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，它是以活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸为主要原料制成的，所述的活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸的质量比为50:10～15:20～30:3～6:4～7制成的。
优选的，所述的活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸的质量比为50:10～15:25～30:5～6:4～6。
所述的三聚氰胺为市售三聚氰胺商用减水剂，其指标要求如下表所示：
表1：三聚氰胺的指标要求
三聚氰胺 指标
外观 粉体状或粒状
pH值(5％，水溶液，20℃) 7～9
含水量(％) ≤5.0
Cl<sup>-</sup>(％) ≤1.0。
所述的六偏磷酸钠的指标要求如下表所示：
表2：六偏磷酸钠的指标要求
六偏磷酸钠 指标
总磷酸盐(以P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>计)含量(％) ≥68
水不溶物含量(％) ≤0.04
pH值(10g/L) 5.8～7.0。
所述的无水柠檬酸的指标要求如下表所示：
表3：无水柠檬酸指标要求
无水柠檬酸 指标
纯度(％) ≥98。
所述的左旋酒石酸的指标要求如下表所示：
表4：酒石酸的指标要求
酒石酸 指标
纯度(％) ≥95
手性 左旋。
所述的活性氧化铝的指标要求如下表所示：
表5：活性氧化铝的指标要求
活性氧化铝微粉 指标
外观 白色粉末
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(％) ≥99.1
BET(％) 2.0～5.0
含水量(％) ≤0.2％。
本发明所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、配料：称取活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺、柠檬酸、酒石酸，获得混合料M；
步骤(2)、混合：混合料M通过机械研磨或混料机混炼制得复合高效减水剂。
如果五个原料均为较细的粉体状原料，采用高性能混料机进行混炼10～100分钟，得到均匀的混合物；亦可采用机械研磨混料工艺；如果至少一种原料为颗粒或片状，采用研磨工艺进行机械研磨和混料20～120分钟，从而制得均匀的混合物。
本发明还提供了所述的复合减水剂在制备高炉出铁系统的铁沟浇注料、精密铸造领域的刚玉自流浇注料、炼钢系统的钢包和中间包的永久层浇注料等不定型含硅灰耐火材料领域中的应用。
本发明的有益效果：
本发明为高分子材料、有机化学，无机化学三个学科的交叉结合，是一个跨领域综合的产物，采用原料来源广泛、整体成本较低的活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺、无水柠檬酸与左旋酒石酸复配得到具有高温(30℃～50℃)缓凝性能的减水剂，充分考虑六偏磷酸钠对α-氧化铝微粉的分散和三聚氰胺及无水柠檬酸对氧化硅微粉的分散，同时利用左旋酒石酸和无水柠檬酸的减水和缓凝效果。复合减水表现出减水效率高、适用性较强等特点，可以解决浇注料现场施工在高温条件下凝结过快、施工时间短等技术难题。
与传统的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠相比，本发明使用有机三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸和无机盐电解质原料复合减水剂的减水效率更高，体系更加稳定；同时，在本发明用量范围内灵活调整酒石酸或柠檬酸的用量，可以达到减水和缓凝的复合功能。
同时，相较于右旋酒石酸，本发明选用左旋酒石酸，能够获得更显著的减水效率，并避免使用右旋酒石酸导致的浇注料流动性变差的难题。
本发明控制原料三聚氰胺中Cl-含量，能够避免复合减水剂使用时锈蚀模具，控制三聚氰胺的pH，避免影响后续浇注料的凝结；同时控制原料含水量，能够避免产品解块，确保缓凝型复合减水剂为粉体产品。
附图说明
图1为本发明含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
活性氧化铝微粉(Al2O3含量＝99.4％，BET＝3.1m2/g，含水量＝0.12％，洛阳利尔功能材料有限公司)、六偏磷酸钠(pH＝6.3，总磷酸盐(以P2O5计)含量＝69％，非活性磷酸盐(以P2O5计)含量＝7.3％，水不溶物含量＝0.01％，武汉联德化工品有限公司)、三聚氰胺(pH值＝8.1，含水量＝4.3％，Cl-含量＝0.3％，粉末状，江苏兆佳建材科技有限公司)、无水柠檬酸(纯度＝98.2％，粉末状，潍坊英轩实业有限公司)、酒石酸(左旋，纯度＝95.3％，湖北恒景瑞化工有限公司)按照质量比50：13：25：6：6进行配料，制得混合料M1-1；然后，将M1-1混合料置于高性能混炼机(爱立许牌，RV24型)，混料转速设置为90转/分，混合时间为20分钟，制备出混合均匀的缓凝型复合减水剂。
将本实施例缓凝型复合减水剂作为配制铁沟浇注料的原料，在35℃较高温度条件下测试浇注料的性能，具体测试方案如下：
浇注料的流动值测试方法：1)使用跳桌测试浇注料的流动值。将配好的原料在大塑料袋中先预混1min，然后倒入水泥胶砂搅拌机，干混1min后加入一定量的去离子水，然后再湿混4min，然后将搅拌好的浇注料分两次填满锥形模具(上底面70mm和下底面100mm)，用一定尺寸的钢棒捣实后移去模具，抹平上表面，移去模具，用游标卡尺分别测量各个振动周期后两个垂直相交的对角线方向上的浇注料的铺展直径，并计算出平均值，作为其振动流动值。2)采用测试浇注料的水化热曲线，进行判断浇注料的可流动时间和凝结时间。
表6：减水剂考察方案及结果
Figure BDA0002410767960000041
Figure BDA0002410767960000051
由测试结果可知，使用单一的三聚磷酸钠(对照组1)或六偏磷酸钠(对照组2)时，浇注料加水量较高、施工时间较短。采用等量本实施例缓凝型复合减水剂(处理组1)在35℃较高温度条件下，浇注料可施工时间达到了130分钟，且加水量明显低于使用三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的浇注料，综合施工性能达到了很好的效果。即使将实施例1中缓凝型复合减水剂降低至0.25％时，亦可达到很好的使用效果。
实施例2
活性氧化铝微粉(同实施例1)、六偏磷酸钠(同实施例1)、三聚氰胺(同实施例1)、无水柠檬酸(同实施例1)、酒石酸(同实施例1)按照质量比50：13：25：5：4进行配料，制得混合料M1-2；然后，将M1-2混合料置于高性能混炼机(爱立许牌，RV24型)，混料转速设置为100转/分，混合时间为20分钟，制备出混合均匀的复合减水剂。
参照实施例1考察高温条件下含有本实施例复合减水剂的浇注料的性能：35℃条件下，减水剂加入量为0.4％时，浇注料加水量为4.6％，可施工时间为115分钟，综合施工性能良好。
实施例3
活性氧化铝微粉(同实施例1)、六偏磷酸钠(同实施例1)、三聚氰胺(同实施例1)、无水柠檬酸(同实施例1)、酒石酸(同实施例1)按照质量比50：10：30：6：4进行配料，制得混合料M1-3；将M1-3混合料置于高性能混炼机(爱立许牌，RV24型)，混料转速设置为100转/分，混合时间为20分钟，制备出混合均匀的复合减水剂。
参照实施例1考察高温条件下含有本实施例复合减水剂的浇注料的性能：35℃条件下，减水剂加入量为0.4％时，浇注料加水量为4.2％，可施工时间为105分钟，综合施工性能良好。
实施例4
活性氧化铝微粉(同实施例1)、六偏磷酸钠(同实施例1)、三聚氰胺(pH值＝8.1，含水量＝4.3％，Cl-含量＝0.3％，小颗粒状，粒径1-3mm)、无水柠檬酸(同实施例1)、酒石酸(同实施例1)按照质量比50：10：30：6：4进行配料，制得混合料M1-4；然后，将M1-4混合料置于球磨机，球磨机的转速为45转/分，研磨球的直径为25mm，研磨球和混合料M1-4的重量比为3:1，研磨时间为40分钟，制备出混合均匀的复合减水剂。
参照实施例1考察高温条件下含有本实施例复合减水剂的浇注料的性能：35℃条件下，减水剂加入量为0.4％时，浇注料加水量为4.3％，可施工时间为112分钟，综合施工性能良好。

Claims (7)

1.一种含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，其特征在于它是以活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸为主要原料制成的，所述的活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸的质量比为50:10～15:20～30:3～6:4～7制成的；
所述的三聚氰胺的指标要求如下所示：
三聚氰胺 指标 外观 粉体状或粒状 pH值(5％，水溶液，20℃) 7～9 含水量(％) ≤5.0 Cl<sup>-</sup>(％) ≤1.0。
2.根据权利要求1所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，其特征在于所述的活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺减水剂、无水柠檬酸、左旋酒石酸的质量比为50:10～15:25～30:5～6:4～6。
3.根据权利要求1所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，其特征在于所述的六偏磷酸钠的指标要求如下所示：
六偏磷酸钠 指标 总磷酸盐(以P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>计)含量(％) ≥68 水不溶物含量(％) ≤0.04 pH值(10g/L) 5.8～7.0。
4.根据权利要求1所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，其特征在于所述的无水柠檬酸的纯度≥98％；所述的左旋酒石酸的纯度≥95％。
5.根据权利要求1所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂，其特征在于所述的活性氧化铝的指标要求如下所示：
活性氧化铝微粉 指标 外观 白色粉末 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(％) ≥99.1 BET(％) 2.0～5.0 含水量(％) ≤0.2％。
6.权利要求1所述的含硅灰耐火浇注料用缓凝型复合减水剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)、配料：称取活性氧化铝微粉、六偏磷酸钠、三聚氰胺、柠檬酸、酒石酸，获得混合料；
步骤(2)、混合：混合料通过机械研磨或混料机混炼制得复合高效减水剂。
7.权利要求1所述的复合减水剂在制备含硅灰耐火材料中的应用。
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