CN101525245B - 一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。本发明通过在Al2O3-SiO2系无水泥刚玉浇注料中加入适量活性氧化镁和高铝矾土细粉，制备出了一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。它提高了无水泥刚玉浇注料开始出现液相的温度，改善了浇注料的烧结性能，解决了加热炉用无水泥刚玉浇注料使用时热态抗折强度较低的缺点，明显改善了浇注料的高温性能。本发明所制备的高强无水泥刚玉浇注料主要用于钢铁工业用加热炉以及使用温度在1200℃～1350℃的高温领域，也可将该浇注料浇注成型后制成预制件使用。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。
背景技术
随着社会的发展，节能降耗越来越受到大家的关注。推钢式加热炉是轧钢加热炉的主要炉型之一，无水冷技术的采用减少了加热炉能量消耗，节约了能源，减少了燃料燃烧产生的气体废弃物，该技术的发展受到大家广泛关注。采用无水冷技术的加热炉对其所用浇注料提出了更高的技术要求，要求浇注料具有更优良的热态抗折强度和高温力学性能。目前加热炉工作衬用浇注料主要有粘土结合浇注料、低水泥、超低水泥和无水泥浇注料等多种。
美国ASTM C401-91(2000)标准根据CaO含量不同，将浇注料划分为传统浇注料(CC)、低水泥浇注料(LCC)、超低水泥浇注料(ULCC)和无水泥浇注料(NCC)四个类型，分类如下表所示。
浇注料的分类方法
粘土结合浇注料常温下依靠粘土彼此之间的凝聚产生结合，故常温强度较低，此外材料杂质含量偏高使得高温力学性能较差。作为粘土结合浇注料的更新换代产品，低水泥和超低水泥浇注料通过加入的适量微粉和水泥产生结合，使浇注料中温强度得到一定程度的改善，但水泥引入的CaO和浇注料中的Al2O3和SiO2反应生成钙长石等低熔点矿物，仍不利于浇注料的高温力学性能。无水泥浇注料依靠加入与主材料化学成分相近的细粉、微粉和水的凝聚作用而产生结合，没有引入易生成低熔物的杂质，属于自结合，因而具有耐火度高、高温性能好等优点，已成为加热炉用浇注料的主要发展方向。
目前加热炉用无水泥刚玉浇注料所用结合剂主要为二氧化硅微粉和氧化铝微粉，并添加极少量的纯铝酸钙水泥，加入质量百分比≤0.5％，引入的CaO质量百分比＜0.2％。水泥主要作用是通过其水化产生的钙离子来改变微粉的表面电位以促使微粉凝聚，并在一定程度上提高了成型后坯体的强度。这使得无水泥刚玉浇注料的化学组成仍属于Al2O3-SiO2-CaO三元系统，该系统出现液相的温度为1512℃。
通过合适加入物水化产生的镁离子也可改变微粉的表面电位，并促使其凝固，产生较强的MgO-SiO2-H2O结合，保证了浇注料的成型养护和烘干后的强度。随温度升高，这种结合能够保持其链状的结构直到600～700℃。这种MgO-SiO2-H2O结合广泛应用于钢包用普通铝镁浇注料，属于Al2O3-MgO系浇注料，且该结合的产生均为通过加入烧结或电熔镁砂颗粒的水化来实现。在Al2O3-SiO2系无水泥浇注料中通过加入极少量镁砂促凝方面的技术还未见报到，如加入少量的活性氧化镁，利用其粒度小、比表面积大、容易水化的特点，在很少加入量时就能水化产生大量的镁离子以促进浇注料的凝固，提高浇注料的常温性能。这就使无水泥刚玉浇注料的化学组成从水泥促凝时Al2O3-SiO2-CaO三元系统变成了Al2O3-SiO2-MgO三元系统，而Al2O3-SiO2-MgO系统出现液相的温度为1578℃，比Al2O3-SiO2-CaO系统液相的出现温度提高了66℃，明显改善了浇注料的耐火性能。
加热炉用无水泥刚玉浇注料的主要原料为电熔棕刚玉，该原料通过电熔工艺生产，其晶粒大、反应活性较低、烧结性能差，而加热炉使用温度一般在1200℃～1350℃之间，相对较低。实际使用时浇注料的烧结程度较差，基质和骨料得不到较好的结合，因而热态抗折强度较低。与电熔棕刚玉相比，高铝矾土原料通过烧结天然铝矾土制得，价格便宜且反应活性相对较高，容易和浇注料中微粉发生反应。高铝矾土原料中少量的莫来石矿相能起到类似晶核的作用，促进浇注料中氧化铝和二氧化硅微粉生成莫来石的反应，因而加入少量高铝矾土细粉到刚玉浇注料中能明显改善浇注料的烧结性能和高温力学性能。浇注料基质一般采用比骨料档次稍高一些的材料，在刚玉浇注料中加入少量矾土细粉来改善烧结性能、提高热态抗折强度方面的文章和专利尚未见到报道。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而研制的一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。
本发明目的在于通过加入活性氧化镁水化生成的镁离子来改变二氧化硅微粉和氧化铝微粉的表面电位，并促使其凝固，产生较强的MgO-SiO2-H2O结合，使浇注料化学组成由Al2O3-SiO2-CaO三元体系变为Al2O3-SiO2-MgO三元体系，提高了浇注料内低熔点液相的开始生成温度，改善了浇注料的高温性能。通过在浇注料基质中加入部分高铝矾土细粉来改善浇注料的烧结性能，使高铝矾土细粉和二氧化硅微粉之间及其浇注料内部产生很好的结合，提高了浇注料的热态抗折强度。
本发明的目的是通过以下技术发案来实现的：本发明加热炉用高强无水泥刚玉浇注料属于Al2O3-SiO2系，包括电熔棕刚玉骨料和细粉、二氧化硅微粉、活性氧化铝微粉和减水剂；在本发明Al2O3-SiO2系浇注料中同时加入高铝矾土细粉和活性氧化镁，所述高铝矾土细粉的化学成分要求Al2O3≥84.5％，粒度≤0.088mm；所述活性氧化镁化学成分要求MgO≥92.0％，堆积密度≤0.1g/ml；
本发明浇注料中各原料的质量百分比如下：
电熔棕刚玉骨料 65～70％
电熔棕刚玉细粉 8～10％
二氧化硅微粉 4～8％
活性氧化铝微粉 2～4％
高铝矾土细粉 10～18％
活性氧化镁(外加) 0.2～0.5％
减水剂(外加) 0.04～0.12％
在本发明中，电熔棕刚玉骨料和细粉的化学成分要求为Al2O3≥94.0％，电熔棕刚玉骨料粒度范围为8～0.088mm，电熔棕刚玉细粉的粒度≤0.088mm。
所述二氧化硅微粉化学成份要求SiO2≥96.0％，平均粒径要求≤1μm。所述活性氧化铝微粉化学成分要求Al2O3≥98.5％，平均粒径要求≤5μm。
所述减水剂指的是柠檬酸类减水剂，可为柠檬酸或柠檬酸钠或柠檬酸铵。
加热炉用高强无水泥刚玉浇注料的制备过程是：将电熔棕刚玉颗粒和细粉、二氧化硅微粉、活性氧化铝微粉、高铝矾土细粉、活性氧化镁以及减水剂，按照比例称量并充分混合均匀后，制得本发明的加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。
本发明具有以下优点：
1、通过加入活性氧化镁水化产生镁离子来改变微粉表面电位，进而促进其凝固，产生较强的MgO-SiO2-H2O结合，使Al2O3-SiO2系无水泥刚玉浇注料具有较高的养护和烘干后强度。这种MgO-SiO2-H2O结合随温度升高脱水后仍能保持较强的结合强度，直到600～700℃，保持了浇注料强度随温度的连续性。
2、活性氧化镁替代纯铝酸钙水泥促凝后，浇注料的化学组成由Al2O3-SiO2-CaO三元体系变为Al2O3-SiO2-MgO三元体系，浇注料中低熔点液相的开始生成温度约提高了66℃，改善了浇注料的高温性能。
4、加入的高铝矾土细粉改善了浇注料的烧结性能，使矾土颗粒和微粉之间以及浇注料内部能够很好的烧结在一起，产生了较强的结合，明显提高了浇注料的热态抗折强度。
5、与铝酸钙水泥促凝并全部采用棕刚玉细粉的无水泥刚玉浇注料相比，采用活性氧化镁促凝并加入部分高铝矾土细粉的无水泥刚玉浇注料明显降低了原料成本。无水泥刚玉浇注料的生产工艺简单，适宜于大规模工业化生产。
具体实施方式
本发明的特点在于通过加入活性氧化镁到无水泥刚玉浇注料中，替代传统的铝酸钙水泥促凝，提高了浇注料中低熔点液相的开始生成温度。同时在浇注料细粉部分引入适量的高铝矾土细粉，改善了浇注料的烧结性能，促进了浇注料基质间的结合。上述技术的采用明显提高了无水泥刚玉浇注料的热态抗折强度和高温力学性能，并在一定程度上降低了浇注料的原料成本。为充分说明本发明的特点，现举例加以说明，但本发明不局限于下述实施例。具体实施例如下：
实施例1：各组份配比为(质量百分数)电熔棕刚玉颗粒65％、电熔棕刚玉细粉9％，高铝矾土细粉18％，二氧化硅微粉4％，活性氧化铝微粉4％、活性氧化镁(外加)0.2％、柠檬酸钠0.04％(外加)。
实施例2：各组份配比为(质量百分数)电熔棕刚玉颗粒67％、电熔棕刚玉细粉10％，高铝矾土细粉16％，二氧化硅微粉5％，活性氧化铝微粉2％、活性氧化镁(外加)0.3％、柠檬酸0.04％(外加)。
实施例3：各组份配比为(质量百分数)电熔棕刚玉颗粒68％、电熔棕刚玉细粉9％，高铝矾土细粉14％，二氧化硅微粉6％，活性氧化铝微粉3％、活性氧化镁(外加)0.4％、柠檬酸铵0.08％(外加)。
实施例4：各组份配比为(质量百分数)电熔棕刚玉颗粒70％、电熔棕刚玉细粉8％，高铝矾土细粉10％，二氧化硅微粉8％，活性氧化铝微粉4％、活性氧化镁(外加)0.5％、柠檬酸钠0.12％(外加)。
将上述比例的电熔棕刚玉颗粒和细粉、高铝矾土细粉、二氧化硅微粉、活性氧化铝微粉、活性氧化镁以及减水剂充分混合均匀后即制得本发明所述的加热炉用高强无水泥刚玉浇注料。将上述浇注料加入适量的水，混合均匀后将其浇注成条形试样(40mm×40mm×160mm)放置24小时后脱模，经110℃烘干和1250℃保温3小时烧后，然后按相关国家标准对浇注料试样的性能进行了测试，结果见下附表。
附表：
Claims (4)
1.一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料，它属于Al2O3-SiO2系浇注料，包括电熔棕刚玉骨料和细粉、二氧化硅微粉、活性氧化铝微粉和减水剂；其特征在于：在Al2O3-SiO2系浇注料中加入高铝矾土细粉和活性氧化镁，所述高铝矾土细粉的化学成分要求Al2O3≥84.5％，粒度≤0.088mm；所述活性氧化镁化学成分要求MgO≥92.0％，堆积密度≤0.1g/ml；
浇注料中各原料的质量百分比如下：
2.根据权利要求1所述的一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料，其特征在于：电熔棕刚玉骨料和细粉的化学成分要求为Al2O3≥94.0％，电熔棕刚玉骨料粒度范围为8～0.088mm，电熔棕刚玉细粉的粒度≤0.088mm。
3.根据权利要求1所述的一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料，其特征在于：二氧化硅微粉化学成份要求SiO2≥96.0％，平均粒径要求≤1μm，活性氧化铝微粉化学成分要求Al2O3≥98.5％，平均粒径要求≤5μm。
4.根据权利要求1所述的一种加热炉用高强无水泥刚玉浇注料，其特征在于：所述减水剂为柠檬酸或柠檬酸钠或柠檬酸铵。
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