CN115650748A - 纤维增强耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐火浇注料技术领域，尤其涉及一种纤维增强耐火浇注料及其制备方法。所述纤维增强耐火浇注料其原料包括耐火浇注料和纤维，所述纤维为金属铝纤维和镁铝合金纤维中的至少一种，所述纤维的质量占所述耐火浇注料的质量的0.5%~4%。本发明通过在耐火浇注料中添加一定量的金属铝纤维和/或镁铝合金纤维，使其原位形成氧化铝、氧化镁、镁铝尖晶石等物质，从而实现提高材料耐火性能，降低材料气孔率，大幅提高材料的高温抗折强度等性能，一举多得，明显优于现有添加钢纤维的耐火浇注料。

Description

纤维增强耐火浇注料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火浇注料技术领域，尤其涉及一种纤维增强耐火浇注料及其制备方法。

背景技术

耐火浇注料因具有生产工艺简单、施工方便及使用寿命长等优点，被应用于高热震、强机械冲击、高温稳定性及施工不易等工业窑炉的内衬材料，但耐火浇注料相比金属材料韧性差、易于损坏、甚至突然断裂。在20世纪60年代，随着钢纤维引入到生产中后，其在钢铁、水泥、有色金属和其它整体耐火材料消耗工业中的应用增长迅速，目前钢纤维已作为常规添加剂加入到耐火浇注料中。在耐火浇注料中添加钢纤维后，浇注料的断裂韧性、抗热震、冲击性、抗拉和抗压强度及整体性等均得到了明显提高。

传统钢纤维一般是304、310、310S等为主的耐热钢纤维，根据不同的耐火材料需求通常浇注料钢纤维的一般加入量为1-2%。但钢纤维在氧化后形成的氧化铁（包含FeO，Fe₂O₃，Fe₃O₄）强度低，体积膨胀大，容易膨胀破坏材料结构，影响了耐火材料结构稳定性，同时氧化铁大幅降低耐火材料的耐火度。总之，钢纤维氧化形成的氧化铁会降低耐火材料的使用温度和使用寿命。

而现有技术常采用的硅酸铝纤维、氧化锆纤维等无机纤维，其耐火度高、脆性大，但是在低温时无法提供较好的拉力，比如浇注料有裂纹时，金属纤维能在浇注体断裂下依然能够拉住断裂的浇注料，保证浇注体的整体性，无机纤维则很难有这个作用。无机纤维也有很细的纤维，有柔韧性，都是做纤维织物，这种物质如果单独以纤维段的形式加入浇注料容易在生产和施工搅拌过程中断裂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纤维增强耐火浇注料及其制备方法。

本发明提供一种纤维增强耐火浇注料，其原料包括耐火浇注料和铝纤维，所述铝纤维为金属铝纤维和镁铝合金纤维中的至少一种，所述铝纤维的质量占所述耐火浇注料的质量的0.5%~4%。

本发明在耐火浇注料中添加金属铝纤维和/或镁铝合金纤维，在其烧结或使用过程中原位形成氧化铝、氧化镁、美铝尖晶石等物质，与耐火浇注料的主成分一致，一方面，提高了耐火浇注料的氧化铝或者氧化镁含量，提高耐火性能；另一方面，原位形成氧化铝或者氧化镁起到了链接基质增加整体强度的作用；再者，氧化形成的新物质是依靠吸收空气中的氧气，增加耐火浇注料的质量，填补耐火材料基质间多余的气孔，降低了耐火材料的气孔率，从而大幅提高耐火材料的高温抗折强度。本发明通过添加金属铝纤维和/或镁铝合金纤维替代传统的钢纤维，避免了引入氧化铁杂质成分，避免了降低耐火材料的使用寿命。

需要说明的是，本发明所述镁铝合金纤维中，铝的质量百分含量无特殊限制。合金中除了镁和铝，也可以有一种或多种含量低于镁和铝的其它金属。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述铝纤维的质量占所述耐火浇注料质量的0.5%~0.99%。

本发明研究发现，铝纤维的添加量达到耐火浇注料质量的0.5%~0.99%时，便可达到与添加2%钢纤维相当的增强效果。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述铝纤维至少包括镁铝合金纤维，占所述耐火浇注料质量的0.8-0.9%。

单独添加金属铝纤维时，缓凝情况较严重，且单纯的金属铝纤维较软，易变形，因此，相较而言，所述铝纤维至少包括镁铝合金纤维，效果更好。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述铝纤维为镁铝合金纤维，占所述耐火浇注料的质量的0.8%。

在本发明的优选实施方式中，仅添加占耐火浇注料质量0.8%的镁铝合金纤维，经高温烧结后的纤维增强耐火浇注料，相较于添加2%左右钢纤维的产品，其烧后强度和热态强度明显提高，且基本不增加成本。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述纤维的形状为片状纤维段、管状纤维段、类管状纤维段、半管状纤维段或者线柱状纤维段。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述片状纤维段的尺寸控制在长1-40mm，宽1-5mm，厚0.01-2mm。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述管状纤维段、类管状纤维段、半管状纤维段、线柱状纤维段的尺寸相同或不同，均控制在长1-40mm，直径0.01-0.3mm。

根据本发明提供的纤维增强耐火浇注料，所述耐火浇注料以矾土、莫来石、刚玉中的一种或多种为主要材质。本领域技术人员可以理解的是，以矾土为主要材质的浇注料叫作高铝浇注料，以莫来石为主要材质的叫作莫来石浇注料，以刚玉为主要材质的叫作刚玉浇注料；由矾土、莫来石复合的浇注料则可以叫作高铝莫来石浇注料，由刚玉和莫来石复合的浇注料则叫作刚玉莫来石浇注料。

在使用温度方面：矾土浇注料≤莫来石浇注料≤刚玉浇注料，在价格方面：矾土≤莫来石≤刚玉。实际生产中具体选择哪种浇注料，往往根据实际使用温度和使用寿命，结合性价比而定。在选定浇注料后，金属铝纤维、铝镁合金纤维在相同的成本前提下均可以增加该浇注料的使用性能。

本发明还提供上述纤维增强耐火浇注料的制备方法。

在本发明的一些实施例中，所述制备方法包括：将纤维与耐火浇注料的各原料组分混合，浇注成型，脱模后进行养护，烘干烧结。

根据本发明的实施例，将所述纤维预处理成织物状或其它更大尺寸的构型后，再与所述耐火浇注料的各原料组分进行混合。这样有利于纤维在浇注料中分布更均匀，起到更好的增强作用。

本发明提供了一种纤维增强耐火浇注料及其制备方法，通过在耐火浇注料中添加一定量的金属铝纤维和/或镁铝合金纤维，使其原位形成氧化铝、氧化镁、美铝尖晶石等物质，从而实现提高材料耐火性能，降低材料气孔率，大幅提高材料高温抗折强度等效果，一举多得，明显优于现有技术添加钢纤维的耐火浇注料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

若无特别说明，本发明实施例所涉及原料均可通过市售获得。

实施例1

本实施例提供一种纤维增强耐火浇注料，其由高铝刚玉浇注料和占其质量百分比为2%的金属铝纤维组成，具体配方见表1中2#（配方表中单位为重量份）。为方便对比，本实施例还提供不含任何纤维的耐火浇注料（表1中1#）。

其中，采用的金属铝纤维由线状电缆剪切制成，有色金属牌号是1145，属于纯铝1000系列，金属铝含量≥99.45%，其长度15-20mm，直径5mm。按照如下配方进行配料：

表1

加水搅拌并制成40×40×160mm试块，脱模后进行养护、烘干、高温烧结，然后进行性能测试。结果如下表所示。

表2

从实验数据可知，两种浇注料的加水量相同，添加铝纤维的浇注料出现了较明显的缓凝情况，浇注料3天才能脱模。

体积密度方面：110℃时，两种浇注料体积密度区别不大；800℃时，添加金属铝纤维的浇注料体积密度下降幅度较小，说明浇注料内铝合金纤维具有氧化增重情况，由于烧结温度低，烧结时间短，这种变化不明显；1500℃时，添加金属铝纤维的浇注料相对于未添加组的降低情况反而升高，说明浇注料内大量铝合金纤维已完成氧化。

强度方面：110℃时，添加金属铝纤维的浇注料耐压强度有明显降低，这是由于1系纯铝合金在水泥溶液弱碱作用下，铝合金表面氧化膜分解形成铝溶胶，阻碍了水泥水化反应，这种反应导致水泥水化产物生长异常，影响了浇注料早期强度。800℃时，添加金属铝纤维的浇注料强度比未添加的高，是由于部分金属铝发生了融化和氧化反应生成的氧化铝增加了浇注料整体强度。1500℃时，添加铝合金纤维的浇注料不但烧后强度大幅提高，更重要的是热态抗折强度也大幅提高，说明金属铝纤维添加能够提高材料的常温性能，尤其是高温性能。

线变化率方面，不加组出现较大负值，说明浇注料收缩较大，存在过烧情况；添加金属铝纤维的浇注料线变化率出现较大正值，说明金属铝纤维氧化反应增膨胀较多，增加了浇注料的体积。

实施例2

本实施例提供一种纤维增强耐火浇注料，其由刚玉莫来石浇注料和占其质量百分比为0.8%的镁铝合金纤维组成，具体配方见表3中2#。为方便对比，本实施例还提供含钢纤维310S的耐火浇注料（表3中1#）。

其中，采用的镁铝合金纤维由片状电缆剪切制成，有色金属牌号是5052，属于铝-镁5000系列，金属铝含量≥96.5%，金属镁含量≥2.2%，其长度15-20mm，宽度5mm，厚度0.1mm。按照如下配方进行配料：

表3

加水搅拌并制成40×40×160mm试块，脱模后进行养护、烘干、高温烧结，然后进行性能测试。结果如下表所示。

表4

从实验数据可知：两种浇注料的加水量相同，由于镁铝合金纤维添加种类不同以及添加比例降低，仅出现了轻微缓凝情况，正常脱模。

体积密度方面：110℃、800℃体密变化正常。1500℃时，两种浇注料均较800℃存在较大增重情况，说明钢纤维和铝合金纤维均已完成氧化。

强度方面：110℃时，添加金属铝纤维的浇注料强度低于钢纤维浇注料。800℃时，添加金属铝纤维的浇注料强度明显低于钢纤维浇注料。1500℃时，添加铝合金纤维的浇注料强度比钢纤维浇注料强度有大幅度的提高。

线变化率方面，钢纤维组出现较大膨胀情况，说明钢纤维存在过烧情况；添加金属铝纤维的浇注料线变化很小。说明少量金属铝纤维氧化反应可以弥补材料内部缺陷，增加了浇注料的致密性。

实施例3

本实施例提供一种纤维增强耐火浇注料，其由刚玉莫来石浇注料和占其质量百分比为0.8%的镁铝合金纤维及占其质量百分比为1.5%的钢纤维310S的复合金属纤维组成，具体配方见表5中2#。为方便对比，本实施例还提供含钢纤维310S的耐火浇注料（表5中1#）。

其中，采用的镁铝合金纤维由片状电缆剪切制成，有色金属牌号是5052，属于铝-镁5000系列，金属铝含量≥96.5%，金属镁含量≥2.2%，其长度15-20mm，宽度3mm，厚度0.1mm。按照如下配方进行配料：

表5

加水搅拌并制成40×40×160mm试块，脱模后进行养护、烘干、高温烧结，然后进行性能测试。结果如下表所示。

表6

从实验数据可知：两种浇注料的加水量相同，由于在2#铝合金纤维系统添加缓释氧化钙作为早强剂，正常脱模。

体积密度方面：110℃、800℃、1500℃体密变化正常。

强度方面：110℃时，800℃时添加复合金属纤维的浇注料强度均略低于钢纤维浇注料，但已经很接近。1500℃烧后和热态强度显示，随着钢纤维数量的增加，浇注料的强度反而降低。添加复合金属纤维的浇注料强度比单纯采用钢纤维浇注料强度有大幅度的改善。

线变化率方面，钢纤维增大出现更大膨胀情况，浇注料过烧情况加剧；添加复合金属纤维的浇注料线变化呈微膨胀。说明适当的金属铝镁合金纤维与钢纤维复合能够提高材料能够提高浇注料各个温度段下的强度性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种纤维增强耐火浇注料，其特征在于，其原料包括耐火浇注料和铝纤维，所述铝纤维为金属铝纤维和镁铝合金纤维中的至少一种，所述铝纤维的质量占所述耐火浇注料质量的0.5%~4%。

2.根据权利要求1所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述铝纤维的质量占所述耐火浇注料质量的0.5%~0.99%。

3.根据权利要求2所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述铝纤维至少包括镁铝合金纤维，占所述耐火浇注料质量的0.8-0.9%。

4.根据权利要求3所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述铝纤维为镁铝合金纤维，占所述耐火浇注料的质量的0.8%。

5.根据权利要求1-4任一项所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述纤维的形状为片状纤维段、管状纤维段、类管状纤维段、半管状纤维段或者线柱状纤维段。

6.根据权利要求5所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述片状纤维段的尺寸控制在长1-40mm，宽1-5mm，厚0.01-2mm。

7.根据权利要求5所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述管状纤维段、类管状纤维段、半管状纤维段、线柱状纤维段的尺寸相同或不同，均控制在长1-40mm，直径0.01-0.3mm。

8.根据权利要求1所述的纤维增强耐火浇注料，其特征在于，所述耐火浇注料以矾土、莫来石、刚玉中的一种或多种为主要材质。

9.权利要求1-8任一项所述的纤维增强耐火浇注料的制备方法，其特征在于，包括：将纤维与耐火浇注料的各原料组分混合，浇注成型，脱模后进行养护，烘干烧结。

10.根据权利要求9所述的纤维增强耐火浇注料的制备方法，其特征在于，将所述纤维预处理成织物状或其它更大尺寸的构型后，再与所述耐火浇注料的各原料组分进行混合。