CN113773058B - 一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料及预制件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料领域，尤其涉及一种抗侵蚀刚玉‑锆莫来石喷煤管浇注料及预制件的制备方法，所述浇注料按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料10~20份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料20~30份、硅单质微粉5~10份、硼改性聚倍半硅氧烷5~15份、氧化铝粉15~30份以及耐热钢纤维20~30份，所述硼改性聚倍半硅氧烷的端基中含有硼羟基。本发明中的刚玉‑锆莫来石喷煤管浇注料相较于传统的耐火浇注料而言，其抗剥落性能，抗化学侵蚀性及抗高温物尘气流冲刷性能都有改善，同时本发明中的刚玉‑锆莫来石喷煤管浇注料具有自修复的效果，进而保护喷煤管内部不受侵蚀。

Description

一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料及预制件的制备 方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，尤其涉及一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料及预制件的制备方法。
背景技术
水泥窑喷煤管是水泥窑的关键设备。喷煤管前端处于水泥窑高温区，主要受到回转窑窑内熟料辐射、火焰辐射和二次风热传导的作用，温度在1100℃—1300℃范围内波动。
喷煤管在水泥窑的使用部位工作温度高，温度变化频繁，高温含尘气流、碱性侵蚀物容易富集，从而容易造成喷煤管表面出现浇注料脱落、掉块、喷煤管烧损等情况，通常情况下水泥企业为了增加无烟煤使用比例，提高了风机的风压和风量，这样改变有利于煅烧和提高熟料质量，但也极易造成喷煤管耐火材料烧损。如不及时更换，容易烧损喷煤管耐热件。由于新喷煤管的燃烧性能的改善，喷煤管本身也需承受更高的温度，原用的耐火材料不能抵御温度的提高。加上煤粉中硫的升高，也造成对耐火材料的化学侵蚀，加剧了喷煤管浇筑料的损坏。
例如申请号为CN201811437211.6的一种水泥窑用低温耐磨浇注料，其主要由以下质量百分数的组分组成：粒径为5~10mm的均化铝矾土骨料12％~30％，粒径为3~5mm的均化铝矾土骨料11％~28％，粒径为1~3mm的棕刚玉15％~35％，粒径为0~1mm的棕刚玉15％~25％，SiO2微粉4％~6％，均化矾土微粉8％~13％，白刚玉粉3％~6％，α-Al2O3微粉3％~6％，纯铝酸钙水泥7％~12％。该发明中添加了较大量的铝酸钙水泥，因此无法适应高温条件下的使用，因而只能适用于低温环境。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的喷煤管浇注料的耐高温性能、耐碱性以及耐腐蚀性较差的缺陷，提供了一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料及预制件的制备方法以克服上述技术问题。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料10~20份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料20~30份、硅单质微粉5~10份、硼改性聚倍半硅氧烷5~15份、氧化铝粉15~30份以及耐热钢纤维20~30份；
所述硼改性聚倍半硅氧烷的端基中含有硼羟基。
本发明中的喷煤管浇注料在超低水泥刚玉质浇注料的基础上，引入锆莫来石骨料，通过优化颗粒级配，调整基质组成，使其在高温下生成莫来石晶相，莫来石晶相呈柱状晶体、热膨胀系数小、热震性好、强度高，从而增强了耐火浇注料的热震性及热态强度，大大提高了抗剥蚀性能，延长了使用周期。
同时，本发明在浇注料中加入了一定量的硅单质微粉，在浇注料烧结过程中，位于预制件表层的硅单质微粉其能够在烧结过程中被氧化从而形成二氧化硅，从而使得预制件表层密实度大幅提升，同时新生成的二氧化硅还会与浇注料中的刚玉以及锆莫来石进一步发生晶相转变，从而连接各个组分，使得各组分之间形成一个整体结构，从而浇注料的整体耐热性以及稳定性大大提升。即使在表层脱落后，内部的硅单质在遇到热空气后也会再次氧化，从而会再次形成致密的保护层，从而具有自修复的效果，进而保护喷煤管内部不受侵蚀。
此外，本发明中还添加有硼改性聚倍半硅氧烷，其各个端基上含有硼羟基，因而具有一定的反应活性，能够与周边的组分发生化学键上的连接，从而稳定性有所提升。同时，由于硼羟基的存在，使得整个浇注料与水的亲和性大幅提升，从而当浇注料与水混合后能够有效防止游离水的产生，使得体系更加均一稳定。同时，硼羟基的存在还能够有效减少浇注过程中水分的添加。
并且，硼改性聚倍半硅氧烷硼羟基在于其余组分连接之后，在烧结过程中，硼原子能够插入到氧化铝、氧化锆以及二氧化硅之中形成热稳定性极佳的含硼的惰性陶瓷化合物，提升了其耐热稳定性以及耐腐蚀稳定性。
除硼改性聚倍半硅氧烷中的硼羟基之外，其内部的POSS结构为由Si-O交替连接的硅氧骨架组成的笼形无机内核，其中Si-O键能为445.2KJ/mol，因此要想破坏POSS内核中的键所需能量较大，从而赋予杂化材料良好的热稳定性和力学性能。同时，笼形的无机内核其尺寸仅为纳米级，是二氧化硅结构的最小形成结构，相较于传统的二氧化硅粉末而言且其尺寸更加细微，因此其强化作用相较于一般的二氧化硅而言更加明显。
此外，为了保证浇注料的稳定性，本发明还添加有一定量的耐热钢纤维，其能够在成型过程中起到牵引拉伸的作用，从而提高了预制件的力学强度以及韧性，同时其抗剥落性能， 抗化学侵蚀性及抗高温物尘气流冲刷性能都有改善，保证了能够在复杂环境下的稳定使用。
作为优选，述硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将正硅酸四乙酯在五水合四甲基氢氧化铵的催化下水解缩合，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后再加入二甲基氯硅烷进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）将步骤（S.1）中得到的笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷与乙烯基三甲氧基硅烷在铂催化剂的催化下发生硅氢加成反应，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）将步骤（S.2）中得到的液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷与二甲基氯硅烷在氯化铁的催化下反应，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）将步骤（S.3）中得到的液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷与硼酸在三（五氟苯）硼烷的催化下发生脱氢加成反应，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
其整体合成反应如下式（二）所示：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
式（二）。
作为优选，所述步骤（S.1）中正硅酸四乙酯、五水合四甲基氢氧化铵以及二甲基氯硅烷三者之间的摩尔比为1：（1~1.5）：（1.5~2）。
作为优选，所述步骤（S.2）中笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷与乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：（9~12），反应温度为85~105℃。
作为优选，所述步骤（S.3）中液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷与二甲基氯硅烷的摩尔比为1：（25~30），反应温度在45~65℃之间。
作为优选，所述步骤（S.4）中液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷与硼酸的摩尔比为1：（12~24），反应温度为30~45℃。
作为优选，所述耐热钢纤维为材质为 0Cr25Ni20 的耐热钢纤维。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）向混合料中加入水，搅拌均匀后浇入模具中，分层震实、静置、脱模得到坯料；
（3）将浇注料坯料进行热烧结处理，得到耐火浇注料预制件。
作为优选，步骤（2）中耐火浇注料与水的重量比为100：（4~8）；
步骤（3）中热烧结为空气氛围下的两段式升温，升温程序如下：
预烧：400~600℃下，保温4~8h；
后烧：800~1050℃下，保温3~8h。
本发明中的喷煤管浇注料中水的加入量为耐火浇注料的重量的4~8%，其能够使得耐火浇注料在具有较高的浇注密度以及可施工性的前提下，能够有效的减少浇注过程中的游离水的含量，防止游离水与浇注料内部会出现组织的晶体转化，从而出现粘结失效的问题。
本发明中的热烧结采用两段式升温的方式，其中在预烧阶段，其能够使得浇注料内部的硼羟基与周边物料之间发生反应，从而连接形成体型的交联网络。同时，在预烧阶段，其中的有机基团能够被进一步分解，从而能够在其内部缩合形成碳化硼、二氧化硅、碳化硅、硼化硅等微观结构，进一步提升了其热稳定性。在后烧阶段各组分之间则会转变成陶瓷化合物，进一步提升了其热力学以及机械性能。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中的刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料相较于传统的耐火浇注料而言，其抗剥落性能， 抗化学侵蚀性及抗高温物尘气流冲刷性能都有改善；
（2）本发明中的刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料具有自修复的效果，进而保护喷煤管内部不受侵蚀；
（3）本发明中的刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料的使用方法简单，水份添加量较少，防止游离水与浇注料内部会出现组织的晶体转化，从而出现粘结失效的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料10份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料30份、硅单质微粉5份、硼改性聚倍半硅氧烷5份、氧化铝粉15份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维1份。
硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将6.24g正硅酸四乙酯（0.03mol）以及6.335g五水合四甲基氢氧化铵（0.035mol）溶于50ml甲醇中，然后向其中加入0.54ml蒸馏水（0.03mol），室温水解缩合16h，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后向其中滴加5.64g二甲基氯硅烷（0.06mol）溶于20ml正己烷的溶液，进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）取1.015g笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷（0.001mol）与1.48g乙烯基三甲氧基硅烷（0.01mol）溶于50ml甲苯中95℃在铂催化剂的催化下，发生硅氢加成反应6h，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）取2.2g液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）与2.44g二甲基氯硅烷（0.026mol）溶于50ml甲苯中，加入催化剂量的氯化铁，55℃催化下反应5h，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）取3.26g液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）以及0.01g三（五氟苯）硼烷溶于50ml甲苯中，然后向其中滴加0.74g硼酸（0.012mol）溶于10ml甲苯溶液，45℃反应2h，反应结束后蒸除溶剂，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
该硼改性聚倍半硅氧烷的结构示意式如下式（一）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式（一）。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）称取耐火浇注料质量4%的水，首次向混合料中加入总水分的70%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料
（3）将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在400℃下，保温8h完成预烧工序。然后在800℃下，保温8h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
实施例2
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料20份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料30份、硅单质微粉10份、硼改性聚倍半硅氧烷15份、氧化铝粉30份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维5份。
硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将6.24g正硅酸四乙酯（0.03mol）以及8.15g五水合四甲基氢氧化铵（0.045mol）溶于50ml甲醇中，然后向其中加入0.54ml蒸馏水（0.03mol），室温水解缩合18h，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后向其中滴加4.7g二甲基氯硅烷（0.05mol）溶于20ml正己烷的溶液，进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）取1.015g笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷（0.001mol）与1.78g乙烯基三甲氧基硅烷（0.012mol）溶于50ml甲苯中， 105℃在铂催化剂的催化下，发生硅氢加成反应4h，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）取2.2g液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）与2.82g二甲基氯硅烷（0.03mol）溶于50ml甲苯中，加入催化剂量的氯化铁， 65℃催化下反应3h，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）取3.26g液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）以及0.01g三（五氟苯）硼烷溶于50ml甲苯中，然后向其中滴加1.48g硼酸（0.024mol）溶于10ml甲苯溶液，30℃反应3h，反应结束后蒸除溶剂，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）称取耐火浇注料质量8%的水，首次向混合料中加入总水分的70%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料
（3）将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在600℃下，保温4h完成预烧工序。然后在1050℃下，保温3h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
实施例3
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料15份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料25份、硅单质微粉8份、硼改性聚倍半硅氧烷10份、氧化铝粉25份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维3份。
硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将6.24g正硅酸四乙酯（0.03mol）以及6.335g五水合四甲基氢氧化铵（0.035mol）溶于50ml甲醇中，然后向其中加入0.54ml蒸馏水（0.03mol），室温水解缩合16h，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后向其中滴加5.64g二甲基氯硅烷（0.06mol）溶于20ml正己烷的溶液，进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）取1.015g笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷（0.001mol）与1.48g乙烯基三甲氧基硅烷（0.01mol）溶于50ml甲苯中95℃在铂催化剂的催化下，发生硅氢加成反应6h，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）取2.2g液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）与2.44g二甲基氯硅烷（0.026mol）溶于50ml甲苯中，加入催化剂量的氯化铁，55℃催化下反应5h，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）取3.26g液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）以及0.01g三（五氟苯）硼烷溶于50ml甲苯中，然后向其中滴加0.93g硼酸（0.015mol）溶于10ml甲苯溶液，40℃反应2.5h，反应结束后蒸除溶剂，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）称取耐火浇注料质量6%的水，首次向混合料中加入总水分的75%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料
（3）将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在500℃下，保温6h完成预烧工序。然后在950℃下，保温5h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
实施例4
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料12份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料28份、硅单质微粉6份、硼改性聚倍半硅氧烷8份、氧化铝粉18份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维2份。
硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（（S.1）将6.24g正硅酸四乙酯（0.03mol）以及7.24g五水合四甲基氢氧化铵（0.04mol）溶于50ml甲醇中，然后向其中加入0.54ml蒸馏水（0.03mol），室温水解缩合13h，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后向其中滴加5.17g二甲基氯硅烷（0.055mol）溶于20ml正己烷的溶液，进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）取1.015g笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷（0.001mol）与1.63g乙烯基三甲氧基硅烷（0.011mol）溶于50ml甲苯中，90℃在铂催化剂的催化下，发生硅氢加成反应6h，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）取2.2g液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）与2.54g二甲基氯硅烷（0.027mol）溶于50ml甲苯中，加入催化剂量的氯化铁，50℃催化下反应6h，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）取3.26g液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）以及0.01g三（五氟苯）硼烷溶于50ml甲苯中，然后向其中滴加1.11g硼酸（0.018mol）溶于10ml甲苯溶液，40℃反应2h，反应结束后蒸除溶剂，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）称取耐火浇注料质量5%的水，首次向混合料中加入总水分的80%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料
（3）将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在550℃下，保温5h完成预烧工序。然后在850℃下，保温6h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
实施例5
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料18份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料25份、硅单质微粉8份、硼改性聚倍半硅氧烷12份、氧化铝粉25份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维4份。
硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将6.24g正硅酸四乙酯（0.03mol）以及6.88g五水合四甲基氢氧化铵（0.038mol）溶于50ml甲醇中，然后向其中加入0.54ml蒸馏水（0.03mol），室温水解缩合12h，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后向其中滴加4.51g二甲基氯硅烷（0.048mol）溶于20ml正己烷的溶液，进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）取1.015g笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷（0.001mol）与1.41g乙烯基三甲氧基硅烷（0.0095mol）溶于50ml甲苯中，100℃在铂催化剂的催化下，发生硅氢加成反应5h，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）取2.2g液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）与2.73g二甲基氯硅烷（0.029mol）溶于50ml甲苯中，加入催化剂量的氯化铁，60℃催化下反应5.5h，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）取3.26g液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷（0.001mol）以及0.01g三（五氟苯）硼烷溶于50ml甲苯中，然后向其中滴加1.24g硼酸（0.02mol）溶于10ml甲苯溶液，35℃反应3h，反应结束后蒸除溶剂，得到硼改性聚倍半硅氧烷。
一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管预制件的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用；
（2）称取耐火浇注料质量6%的水，首次向混合料中加入总水分的70%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料
（3）将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在580℃下，保温5h完成预烧工序。然后在1000℃下，保温4.5h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
对比例1
一种喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料18份、碳化硅8份、氧化铝粉25份、铝酸钙水泥10份以及防爆纤维1份。
浇注料预制件的制备方法：将上述原料混合后，第一次加入耐火浇注料质量6%的水，混合均匀，然后再加入耐火浇注料质量4%的水，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到预制件坯料，然后800℃下烧结8h，自然冷却得到预制件。
对比例2
一种喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料15份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料25份、硼改性聚倍半硅氧烷10份、氧化铝粉25份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维3份。
喷煤管预制件的制备方法，按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用，称取耐火浇注料质量6%的水，首次向混合料中加入总水分的75%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料，将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在500℃下，保温6h完成预烧工序，然后在950℃下，保温5h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
对比例3
一种喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料35份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料25份、硅单质微粉8份、二氧化硅微粉10份、氧化铝粉25份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维3份。
喷煤管预制件的制备方法，按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用，称取耐火浇注料质量6%的水，首次向混合料中加入总水分的75%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料，将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在500℃下，保温6h完成预烧工序，然后在950℃下，保温5h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
对比例4
一种喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料15份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料25份、碳化硅微粉8份、硼改性聚倍半硅氧烷10份、氧化铝粉25份以及0Cr25Ni20耐热钢纤维3份。
喷煤管预制件的制备方法，按照配方称取上述浇注料，混合均匀后备用，称取耐火浇注料质量6%的水，首次向混合料中加入总水分的75%，搅拌10min后，继续加入剩余的水，继续搅拌直至混合均匀，然后浇入模具中，使用振捣棒分层震实、静置、脱模得到浇注料坯料，将浇注料坯料进行两段式升温热烧结处理，首先在500℃下，保温6h完成预烧工序，然后在950℃下，保温5h完成后烧，最后得到耐火浇注料预制件。
将实施例1~5以及对比例1~4中的耐火浇注料及其耐火浇注料预制件进行力学性能测试，测试结果如下表1所示。
表1实施例1~5以及对比例1~4力学性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
通过上表可知，通过使用本发明中的技术方案制备得到的浇注料其无论在抗折强度、耐压强度、加热永久线变化、常温磨损量等方面均具有明显的优势。与对比例1相比较，由于对比例1中添加了较多的铝酸盐水泥，因此其力学性能以及耐热性能均远不如本发明中的技术方案。
将实施例3与对比例2之间进行比较，对比例2是在实施例3的基础上省略了硅单质微粉的加入，其两者的抗折强度以及耐压强度在110℃×24h的条件下，两者的性能差距不大，但是在1100℃×3h以及1350℃×3h条件下，两者的差距答复拉开，其原因在于，硅微粉能够为浇注料提供良好的抗氧化效果，其在高温下能够在预制件表面形成一层抗氧化的二氧化硅膜，从而有效防止对预制件的进一步氧化破坏，因此少了这一组分对其高温处理后的力学性能有较大的影响。关于硅微粉能够抗氧化的效果在加热永久线变化上也有体现，在省略了硅单质微粉之后，其加热永久线变化大幅增加，表明其高温下的结构形貌会存在较大的变化。
将实施例3与对比例3进行比较，对比例3是在实施例3的基础上将硼改性聚倍半硅氧烷替换成二氧化硅，而二氧化硅在初始阶段基本没有反应活性，因此在110℃×24h的条件下两者的性能差距非常明显，这一差距在1100℃×3h以及1350℃×3h条件下则进一步拉大。表明硼改性聚倍半硅氧烷的加入对浇注料的影响较为巨大。
将将实施例3与对比例4进行比较，对比例3是在实施例4的基础上，将硅单质微粉替换成碳化硅，其两者均的性质较为类似，都能在高温下形成致密的二氧化硅保护层，因此两者的力学性能差距不大。但是，替换成碳化硅后加热永久线变化的数值具有明显的变化，因此表明碳化硅的防护效果与硅单质相比较仍有一定的差距。因此，整体而言，硅单质的抗氧化效果更加优异。

Claims (8)

1.一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，按照重量份数计，包括以下组分： 刚玉粉100份、5~10mm的锆莫来石粗骨料10~20份、0.1~1mm的锆莫来石细骨料20~30份、硅单质微粉5~10份、硼改性聚倍半硅氧烷5~15份、氧化铝粉15~30份以及耐热钢纤维1~5份；
所述硼改性聚倍半硅氧烷的端基中含有硼羟基；
所述硼改性聚倍半硅氧烷的制备方法如下：
（S.1）将正硅酸四乙酯在五水合四甲基氢氧化铵的催化下水解缩合，得到笼形八聚四甲基铵硅酸盐，然后再加入二甲基氯硅烷进行取代反应，得到笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷；
（S.2）将步骤（S.1）中得到的笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷与乙烯基三甲氧基硅烷在铂催化剂的催化下发生硅氢加成反应，得到液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷；
（S.3）将步骤（S.2）中得到的液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷与二甲基氯硅烷在氯化铁的催化下反应，得到液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷；
（S.4）将步骤（S.3）中得到的液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷与硼酸在三（五氟苯）硼烷的催化下发生脱氢加成反应，得到硼改性聚倍半硅氧烷；
所述硼改性聚倍半硅氧烷的结构示意式如下式（一）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式（一）。
2.根据权利要求1所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，其特征在于，所述步骤（S.1）中正硅酸四乙酯、五水合四甲基氢氧化铵以及二甲基氯硅烷三者之间的摩尔比为1：（1~1.5）：（1.5~2）。
3.根据权利要求1所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，其特征在于，所述步骤（S.2）中笼形八聚（二甲基硅氧基）倍半硅氧烷与乙烯基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：（9~12），反应温度为85~105℃。
4.根据权利要求1所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，其特征在于，所述步骤（S.3）中液态烷氧基功能化聚倍半硅氧烷与二甲基氯硅烷的摩尔比为1：（25~30），反应温度在45~65℃之间。
5.根据权利要求1所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，其特征在于，所述步骤（S.4）中液态硅氢功能化聚倍半硅氧烷与硼酸的摩尔比为1：（12~24），反应温度为30~45℃。
6.根据权利要求1所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料，其特征在于，所述耐热钢纤维为材质为 0Cr25Ni20 的耐热钢纤维。
7.一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料预制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照配方称取如权利要求1~6中任意一项所述浇注料，混合均匀后备用；
（2）向混合料中加入水，搅拌均匀后浇入模具中，分层震实、静置、脱模得到坯料；
（3）将浇注料坯料进行热烧结处理，得到耐火浇注料预制件。
8.根据权利要求7所述的一种抗侵蚀刚玉-锆莫来石喷煤管浇注料预制件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中耐火浇注料与水的重量比为100：（4~8）；
步骤（3）中热烧结为空气氛围下的两段式升温，升温程序如下：
预烧：400~600℃下，保温4~8h；
后烧：800~1050℃下，保温3~8h。
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