CN115894054B - 一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料及窑口预制件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种莫来石结合刚玉‑碳化硅窑口浇注料，包含骨料、基质料、结合剂；所述骨料包含刚玉粉料和碳化硅粉料；所述基质料包含氧化硅粉料、氧化铝粉料以及陶瓷微球复合粉料；所述结合剂为硅铝凝胶粉；所述陶瓷微球复合粉料由水玻璃浸渍的多孔陶瓷微球形成。本发明采用了水玻璃预先浸渍多孔陶瓷微球，水玻璃会在多孔陶瓷微球的孔隙中形成凝胶，避免浇筑过程中其他的粉料进入至孔隙中，而高温烧结过程中凝胶脱水后体积大幅减小，重新使孔隙生成，以适应浇注料的体积变化，同时水玻璃高温下生成的二氧化硅也是基质料的一种，因此不会引入其他的会影响二次莫来石结构形成的物质。

Description

一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料及窑口预制件

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体地涉及一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料以及利用该浇注料制得的窑口预制件。

背景技术

回转窑按处理物料不同可分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑，其功能基本在于对物料进行焙烧。回转窑窑口的耐火材料在使用过程中,除了要承受1400℃以上高温外,还要受到机械应力、热应力和化学侵蚀的破坏,目前对于水泥回转窑来说,窑口用耐火浇注料的使用寿命决定着整个水泥生产线的运转周期。刚玉和碳化硅因高温性能优异,而成为窑口耐火浇注料的优质原料。但由于刚玉和碳化硅烧结性能差, 采用普通结合剂会使产品的高温性能降低，而采用铝酸钙水泥作为结合剂时, 低温结合强度较好, 但中温强度差, 同时由于引入一定量的 CaO,会形成降低浇注料使用性能的钙长石(CaO•Al₂O₃•2SiO₂) 或钙铝黄长石(2CaO•Al₂O₃•SiO₂) 。为了解决上述问题，一些现有技术采用了氧化硅粉料和氧化铝粉料替代普通结合剂，氧化硅和氧化铝能够在高温下原位反应生成二次莫来石网络结构，刚玉和碳化硅则分布于莫来石网络结构中，从而与基质形成良好的结合。然而二次莫来石在生成过程中会发生体积膨胀，进而导致基质的质地不均，浇注料容易剥落。

专利申请号为CN202210174363.1的专利文件公开了一种陶瓷结合铁铝尖晶石窑口浇注料及其制备方法，所述的浇注料按照重量份数计，包括：骨料60~80份、粉料30~45份以及结合剂3~8份；其中，所述骨料包括铁铝尖晶石以及多孔硅铝陶瓷，所述多孔硅铝陶瓷由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结得到。该技术方案向浇注料中加入多孔硅铝陶瓷，多孔硅铝陶瓷可以利用自身的孔隙结构吸收各组分融合过程中产生的体积膨胀，从而减少浇注料烧结后的内应力，减少了开裂剥离的缺陷，然而实际应用中发现，为了对抗体积，多孔硅铝陶瓷所需的添加量较多，导致浇注料的成本提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，利用该浇注料在浇注成型时具有结合性能好、体积膨胀率低的优点，并且相对而言成本不会大幅上升。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，包含骨料、基质料、结合剂；所述骨料包含刚玉粉料和碳化硅粉料；所述基质料包含氧化硅粉料、氧化铝粉料以及陶瓷微球复合粉料；所述结合剂为硅铝凝胶粉；所述陶瓷微球复合粉料由水玻璃浸渍的多孔陶瓷微球形成。

本发明以刚玉粉料和碳化硅粉料作为骨料，刚玉和碳化硅具有较高的硬度，并在高温下稳定性好，能够使浇注成型的结构具有较高的结构强度，但高温稳定性好也会导致刚玉和碳化硅与结合剂以及基质料之间难以形成稳定的烧结结构，导致产品的高温性能无法达到预期表现。本发明以氧化硅粉料和氧化铝粉料作为基质料的主要成分，氧化硅和氧化铝能够在高温下原位生成二次莫来石网络结构，二次莫来石结构与刚玉和碳化硅之间能够形成更加良好的结合，使骨料与基质之间相容性较好。然而原位生成二次矿物质结构的过程中往往会发生体积膨胀，在一些现有技术中，为了对抗这种体积膨胀向浇注料中添加了多孔陶瓷材料，利用多孔陶瓷材料来适应材料的体积膨胀，降低其对产品性能的影响，但实际应用时往往需要添加的多孔陶瓷材料比例较高，使得浇注料成本明显提高。发明人发现，上述方法在浇注料混合形成浆料的过程中，浇注料中的一些粉料会嵌入至多孔陶瓷材料中将其孔隙阻塞，从而导致在烧结过程中能够发挥作用的实际孔隙数量大大减少，因而导致需要添加大量的多孔陶瓷材料才能获得较好的结果。在发现该问题后，本发明采用了水玻璃预先浸渍多孔陶瓷微球，水玻璃会在多孔陶瓷微球的孔隙中形成凝胶，避免浇筑过程中其他的粉料进入至孔隙中，而高温烧结过程中凝胶脱水后体积大幅减小，重新使孔隙生成，以适应浇注料的体积变化，同时水玻璃高温下生成的二氧化硅也是基质料的一种，因此不会引入其他的会影响二次莫来石结构形成的物质。

进一步地，所述骨料、基质料和结合剂的质量配比为(55~70):(20~35):(8~15)。

进一步地，所述多孔陶瓷微球由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结形成。

进一步地，所述基质料中，氧化硅粉料与氧化铝粉料的配比为(2.2~2.5):1。

进一步地，所述浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35~45份、碳化硅粉料20~30份、氧化硅粉料6~9份、氧化铝粉料14~20份、陶瓷微球复合粉料10~15份、硅铝凝胶粉8~15份。

进一步地，所述陶瓷微球复合粉料的制备方法如下：准备水玻璃溶液，将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中搅拌均匀，随后调节水玻璃溶液pH至4~6并继续搅拌，再将多孔陶瓷微球分离并在100~150℃下烘干，研磨后即得到陶瓷微球复合粉料。

本发明首先将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中，使水玻璃溶液部分或全部填充多孔陶瓷微球的孔隙，随后采用调节pH的方式促进水玻璃凝胶化，以实现对孔隙结构的保护，再将多孔陶瓷微球在100~150℃下烘干，使水玻璃部分失水，此时水玻璃除了存在于孔隙之中，也存在于多孔陶瓷微球的表面，附着于多孔陶瓷微球表面的水玻璃可以充当粘结剂，提高多孔陶瓷微球与基质之间的结合性能。

进一步地，所述水玻璃溶液的质量浓度为20%~30%。

本发明的另一目的在于提供一种窑口预制件，该窑口预制件由上述浇注料与水混合后形成的浆料浇注制得。

进一步地，所述浆料配制方法如下：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与陶瓷微球复合粉料在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将结合剂与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料。

综上所述，应用本发明方案可以取得以下有益效果：

1、本发明以氧化硅粉料和氧化铝粉料作为基质料的主要成分，氧化硅和氧化铝能够在高温下原位生成二次莫来石网络结构，二次莫来石结构与刚玉和碳化硅之间能够形成更加良好的结合，使骨料与基质之间相容性较好，解决刚玉与碳化硅烧结性能差的问题。

2、本发明向浇注料中添加了多孔陶瓷材料，利用多孔陶瓷材料来适应二次莫来石生成过程中的体积膨胀，降低其对产品性能的负面影响。

3、本发明采用了水玻璃预先浸渍多孔陶瓷微球，水玻璃会在多孔陶瓷微球的孔隙中形成凝胶，避免浇筑过程中其他的粉料进入至孔隙中，而高温烧结过程中凝胶脱水后体积大幅减小，重新使孔隙生成，以适应浇注料的体积变化，同时水玻璃高温下生成的二氧化硅也是基质料的一种，因此不会引入其他的会影响二次莫来石结构形成的物质。

4、本发明采用了水玻璃预先浸渍多孔陶瓷微球，附着于多孔陶瓷微球表面的水玻璃可以充当粘结剂，提高多孔陶瓷微球与基质之间的结合性能。

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

本实施例提供了一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，该浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35份、碳化硅粉料30份、氧化硅粉料7份、氧化铝粉料16份、陶瓷微球复合粉料10份、硅铝凝胶粉12份。

所述陶瓷微球复合材料制备方法如下：将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中搅拌均匀，随后调节水玻璃溶液pH至4~6并继续搅拌，再将多孔陶瓷微球分离并在120℃下烘干，研磨后即得到陶瓷微球复合粉料。所述多孔陶瓷微球由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结形成。

本实施例还提供了上述浇注料的制备及使用方法：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与陶瓷微球复合粉料在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将硅铝凝胶粉与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料；

S5、将所述浆料灌入窑口模具中浇筑成型；

S6、脱模养护，升温烘烤，即制得窑口预制件。

实施例2

本实施例提供了一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，该浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35份、碳化硅粉料30份、氧化硅粉料7份、氧化铝粉料16份、陶瓷微球复合粉料13份、硅铝凝胶粉12份。

所述陶瓷微球复合材料制备方法如下：将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中搅拌均匀，随后调节水玻璃溶液pH至4~6并继续搅拌，再将多孔陶瓷微球分离并在120℃下烘干，研磨后即得到陶瓷微球复合粉料。所述多孔陶瓷微球由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结形成。

本实施例还提供了上述浇注料的制备及使用方法：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与陶瓷微球复合粉料在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将硅铝凝胶粉与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料；

S5、将所述浆料灌入窑口模具中浇筑成型；

S6、脱模养护，升温烘烤，即制得窑口预制件。

实施例3

本实施例提供了一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，该浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35份、碳化硅粉料30份、氧化硅粉料7份、氧化铝粉料16份、陶瓷微球复合粉料15份、硅铝凝胶粉12份。

所述陶瓷微球复合材料制备方法如下：将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中搅拌均匀，随后调节水玻璃溶液pH至4~6并继续搅拌，再将多孔陶瓷微球分离并在120℃下烘干，研磨后即得到陶瓷微球复合粉料。所述多孔陶瓷微球由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结形成。

本实施例还提供了上述浇注料的制备及使用方法：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与陶瓷微球复合粉料在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将硅铝凝胶粉与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料；

S5、将所述浆料灌入窑口模具中浇筑成型；

S6、脱模养护，升温烘烤，即制得窑口预制件。

对比例1

本对比例提供了一种浇注料，该浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35份、碳化硅粉料30份、氧化硅粉料7份、氧化铝粉料16份、硅铝凝胶粉12份。

所述浇注料的制备及使用方法如下：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将硅铝凝胶粉与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料；

S5、将所述浆料灌入窑口模具中浇筑成型；

S6、脱模养护，升温烘烤，即制得窑口预制件。

对比例2

本对比例提供了一种浇注料，该浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35份、碳化硅粉料30份、氧化硅粉料7份、氧化铝粉料16份、多孔陶瓷微球10份、硅铝凝胶粉12份。

所述浇注料的制备及使用方法如下：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与多孔陶瓷微球在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将硅铝凝胶粉与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料；

S5、将所述浆料灌入窑口模具中浇筑成型；

S6、脱模养护，升温烘烤，即制得窑口预制件。

实施例1~3及对比例1、2制得的窑口浇铸件进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1

通过表1的测试数据可以看出，在其他物料保持不变的前提下，向浇注料中添加陶瓷微球复合粉料或者多孔陶瓷微球可以明显地降低产品的体积密度，使产品轻质化，并且添加陶瓷微球复合粉料时降低效果更显著，这是因为陶瓷微球复合粉料在烧结过程中能够保持较高的孔隙率。从抗折强度和耐压强度来看，添加陶瓷微球复合粉料或者多孔陶瓷微球会略微降低产品的强度，但整体而言处于可接受范围，而添加多孔陶瓷微球时下降幅度稍大。综上，应用本发明方案可以通过添加少量陶瓷微球复合粉料来降低窑口浇铸件的密度，并保持较高的抗折和耐压强度，相对于直接添加多孔陶瓷微球的方案效果更佳。

Claims (6)

1.一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，其特征在于：包含骨料、基质料、结合剂；所述骨料包含刚玉粉料和碳化硅粉料；所述基质料包含氧化硅粉料、氧化铝粉料以及陶瓷微球复合粉料；所述结合剂为硅铝凝胶粉；所述陶瓷微球复合粉料由水玻璃浸渍的多孔陶瓷微球形成；所述骨料、基质料和结合剂的质量配比为(55~70):(20~35):(8~15)；所述多孔陶瓷微球由二氧化硅、氧化铝以及氧化硼烧结形成；所述陶瓷微球复合粉料的制备方法如下：准备水玻璃溶液，将多孔陶瓷微球浸渍在水玻璃溶液中搅拌均匀，随后调节水玻璃溶液pH至4~6并继续搅拌，再将多孔陶瓷微球分离并在100~150℃下烘干，研磨后即得到陶瓷微球复合粉料。

2.根据权利要求1所述的一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，其特征在于：所述基质料中，氧化硅粉料与氧化铝粉料的配比为(2.2~2.5):1。

3.根据权利要求1所述的一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，其特征在于：所述浇注料以重量分数计，包括：刚玉粉料35~45份、碳化硅粉料20~30份、氧化硅粉料6~9份、氧化铝粉料14~20份、陶瓷微球复合粉料10~15份、硅铝凝胶粉8~15份。

4.根据权利要求1所述的一种莫来石结合刚玉-碳化硅窑口浇注料，其特征在于：所述水玻璃溶液的质量浓度为20%~30%。

5.一种窑口预制件，其特征在于：由权利要求1~4任一所述的浇注料与水混合后形成的浆料浇注制得。

6.根据权利要求5所述一种窑口预制件，其特征在于：所述浆料配制方法如下：

S1、将氧化硅粉料和氧化铝粉料置于球磨罐中，混合均匀，再将得到的混合粉料与陶瓷微球复合粉料在搅拌机内混合，得到基质料；

S2、向搅拌机中继续投入刚玉粉料、碳化硅粉料，搅拌均匀，得到骨料和基质料形成的干料；

S3、将结合剂与水混合，加热溶解，得到混合溶剂；

S4、将所述混合溶剂与干料混合，搅拌均匀，即得到所述浆料。