CN102491770B

CN102491770B - 一种耐磨耐火浇注料

Info

Publication number: CN102491770B
Application number: CN201110400326.XA
Authority: CN
Inventors: 张金龙; 李存弼; 王杰曾; 周键; 董舜杰
Original assignee: Anhui Ruitai New Materials & Technology Co Ltd
Current assignee: Anhui Ruitai New Materials & Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: CN102491770A

Abstract

本发明涉及一种耐磨耐火浇注料。所述耐磨耐火浇注料以特级矾土作为粗骨料；特级矾土、碳化硅和刚玉作为细骨料；以活性氧化铝微粉、矾土微粉、铝酸盐水泥、硅灰作为微粉；外加剂包括钢纤维、有机纤维、解凝剂和水。通过活性氧化铝微粉加速固相反应，经过中温热处理形成钙长石-六铝酸钙-刚玉复合结合相，提高浇注料的中温烧后强度，增强耐火浇注料的中温耐磨性，从而达到以矾土部分代替刚玉，在不影响材料机械强度和耐磨性的前提下降低原料成本的目的。

Description

一种耐磨耐火浇注料

技术领域

本发明涉及耐火浇注料技术领域，特别涉及一种耐磨性良好的耐火浇注料。

背景技术

窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备。在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转圆设备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。在社会生产中，回转窑的作用非常重要，民间就流传“只要大窑转，就有千千万”的民谣。回转窑是水泥生产中的主机，俗称水泥工厂的“心脏”；建材行业中，回转窑除锻烧水泥熟料外，还用来锻烧粘土、石灰石和进行矿渣烘干等；耐火材料生产中，采用回转窑锻烧原料，使其尺寸稳定、强度增加，再加工成型；有色和黑色冶金中，铁、铝、铜、锌、锡、镍、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备，对矿石、精矿、中间物等进行烧结、焙烧；选矿过程中，用回转窑对贫铁矿进行磁化焙烧，使矿石原来的弱磁性改变为强磁性，以利于磁选；化学工业中，用回转窑生产苏打，锻烧磷肥、硫化钡等。

在回转窑的设计中，窑体各部分耐火材料的选择十分重要。设计者应根据窑体各部分所受热应力、机械力等具体情况的不同，选择不同的耐火材料。

例如，新型水泥干法窑的窑尾、蓖冷机和三次风管的工作温度没有窑口等部位的工作温度高，但受到窑料强烈的磨擦及气流中尘粒的冲刷、剥蚀，是最易受到磨损的部位，因此应使用耐磨性良好的耐磨材料。

目前，在耐磨浇注料领域，现有技术主要依靠在浇注料中添加刚玉、碳化硅等高硬度物质使不定形耐火材料获得良好的耐磨性。对于在高温下使用的材料，到也无可非议。但对于中低温使用的耐火材料这既浪费了资源，又增加了成本。所以，需要开发一种价格低廉而中低温条件下又具有良好耐磨性的耐火浇注料，以代替目前广泛使用的刚玉耐磨浇注料。

CN101885617A公开了一种采用矾土基均质料制备的耐磨抗侵蚀浇注料及其方法，属于耐火浇注料技术领域。本发明利用矾土基均质料化学成分、结构均一、性能稳定、主晶相为莫来石，线性变化小，微观上晶体相互穿插形成具有优良的高温强度，同时又具有一定柔韧性等特点，来改善目前高铝矾土质浇注料中温强度低、耐磨耐碱侵蚀性差的缺点，有效的解决了目前高铝质和刚玉质浇注料中温强度低，耐磨耐碱、氯、硫侵蚀性能差的问题。制备一种中温性能优异的耐磨抗侵蚀浇注料。优点在于，施工加水量波动小、使用性能稳定，减少了局部损蚀的几率，延长使用寿命；广泛的应用于干法水泥窑窑门罩、篦冷机、三次风管、分解炉以及其他陶瓷、石化等热工窑炉的相关部位。但强度和耐磨性不是很理想，烧结能力差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种机械强度和耐磨性能优异的低成本耐磨耐火浇注料。

本发明所述的耐磨耐火浇注料是通过以特级矾土作为粗骨料，碳化硅和刚玉作细骨料，刚玉强化基质，添加活性氧化铝微粉加速固相反应，经过中温热处理形成钙长石-六铝酸钙-刚玉复合结合相，提高浇注料的中温烧后强度，增强耐火浇注料的中温耐磨性，从而达到以部分矾土代替刚玉，降低原料成本，又不影响材料机械强度和耐磨性的目的。

具体的，本发明是通过如下技术方案实施的：

一种耐磨耐火浇注料包括粗骨料、细骨料、微粉和外加剂，其中，粗骨料为特级矾土；细骨料包括特级矾土、碳化硅和刚玉；微粉包括活性氧化铝微粉、矾土微粉、铝酸盐水泥、硅灰；外加剂包括钢纤维、有机纤维、解凝剂和水。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述耐磨耐火浇注料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由......组成”。

耐火材料为了达到理想的耐火耐高温效果，一定要形成所谓“密集堆积”的结构形式，这种结构形式是通过占据材料大部空间的粗骨料、充填粗细骨料空隙的细骨料、充填骨料和粉料空隙的微粉来得到的。因此对耐火浇注料各类组分的粒径选择很重要。

优选地，本发明所述粗骨料中特级矾土粒径不小于1mm；

优选地，本发明所述细骨料中各组分的粒径大小为1mm-0.01mm；

优选地，本发明所述微粉中各组分的粒径不大于0.01mm；

矾土(aluminous soil；bauxite)又称铝矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，系含有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色，密度3.9-4g/cm³，莫氏硬度1-3，不透明，质脆，抗震性差，极难熔化，不溶于水，能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。而矾土根据其组成不同，尤其是氧化铝含量的不同，有特级矾土、一级矾土、二级矾土之分。

优选地，本发明选用Al₂O₃含量大于85％的特级矾土，例如含量为86％、87％、88％、89％、90％、95％等等。本发明所用特级矾土可通过市售获得。本发明所述特级矾土的各组分及相关性质为：Al₂O₃含量大于85％，CaO含量小于0.6，Fe₂O₃含量小于1.4，耐火度大于1790，体积密度大于3.6。

刚玉是一种由氧化铝(Al₂O₃)的结晶形成的宝石，在耐火耐高温材料领域，最常见的是电熔刚玉和烧结刚玉。烧结刚玉指以煅烧氧化铝为原料，经磨细制成料球或坯体，在1750-1900℃的高温下烧结而成的耐火熟料，具有体密大、气孔率低、高温下有极好的抗热震性和抗炉渣侵蚀性，晶粒强度高的特点。电熔刚玉砖是在电弧炉中将氧化铝熔融后浇铸到指定的特定形状的模型中，通过退火保温，再通过金刚石磨具的加工，得到电熔刚玉砖。

优选地，本发明所述刚玉为耐火材料刚玉，优选电熔刚玉或/和烧结刚玉，可通过市售获得。

碳化硅，具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性。本发明中加入碳化硅是利用其高导热性来提高材料的抗热震性，并通过碳化硅的氧化，在耐火材料表面形成一层SiO₂沉积物，封堵气孔而提高抗侵蚀性。本发明所用碳化硅为市售耐火材料，可通过市售获得。

氧化铝微粉分子式是Al₂O₃，经电弧炉高温熔融再结晶而成的一种高纯度晶体，色泽洁白，其化学稳定性好，硬度7.5，韧性低。

普通的氧化铝微粉难以烧结造成现有浇注料的烧结能力较差。通常，低水泥浇注料的水泥掺量为7％左右，硅灰掺量为4-5％左右，水泥和硅灰反应形成11-13％的钙长石。在1100℃以下，普通的氧化铝微粉难以烧结，浇注料中结合相的总量只有11-13％，因没有足够的结合相粘结骨料和粉料，耐火浇注料的中温强度不高，耐磨性较差，使用寿命不长。

活性氧化铝的主晶相为α-Al₂O₃，在整个温度范围不存在伴随体积收缩的相变反应，反应生成六铝酸钙本身是一个体积膨胀的过程。因此采用中温烧结性良好的活性氧化铝微粉代替普通氧化铝微粉，浇注的耐火浇注料显气孔率小，同时将结合剂的成分组成点从CaO-Al₂O₃-SiO₂三元系统刚玉-莫来石-钙长石相区(出现液相温度为1510℃)移入刚玉-六铝酸钙-钙长石相区(出现液相温度为1400℃)。由此，在1100℃以下耐火浇注料能够充分烧结，形成致密的组织结构，获得良好的强度和耐磨性。

本发明所用活性氧化铝微粉为市售耐火材料，特别优选的理化性质为d₅₀≤2.0μm、真密度≥3.95g/cm³、Na₂O小于等于0.1％的活性氧化铝微粉。所述活性氧化铝微粉可通过市售获得。

铝酸盐水泥，又称高铝水泥，是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50％的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙(CaO·Al2O3，简写CA)及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙(2CaO·SiO2)等。铝酸盐水泥分为CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四个类型，CA-70、CA-80称为纯铝酸盐水泥。在含水泥的浇注料中，水泥的作用是：通过水化反应赋予浇注料足够的施工时间；高温下与Al₂O₃反应形成六铝酸钙而使浇注料产生陶瓷结合。本发明所用水泥为铝酸盐水泥，所述铝酸盐水泥为市售耐火材料，可通过市售获得。

硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO₂和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。本发明中加入硅灰可以为形成莫来石提供二氧化硅的来源。所述硅灰为市售耐火材料，可通过市售获得。

优选地，所述矾土微粉为细度不低于600目的铝矾土微粉，例如，700目的铝矾土微粉，800目的铝矾土微粉等等。

为了在浇注过程中使浇注料成形时细粉、微粉能够良好分散，水泥-硅溶胶复合浇注料具有更好的流动性，本发明选用磷酸盐作为解凝剂。

解凝剂原料亦称减水剂或絮凝剂，是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。

本发明所用的解凝剂选自磷酸盐，优选三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的1种或至少2中的组合，例如三聚磷酸钠，三聚磷酸钠、六偏磷酸钠的组合，三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠的组合；特别优选六偏磷酸钠。所述磷酸盐均为市售化工原料，可通过市售获得。

钢纤维，以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40-80的纤维，是一种应用十分广泛的增强剂。耐热钢纤维，又称耐高温纤维，在较长时间经受高温尚能基本保持其原有的物理机械性能的化学纤维。

与金属相比，脆性是耐火材料的致命弱点，其拉伸断裂应变极小。对于施工整体性强、使用中由于温度或体积上的变化更容易造成应力集中的浇注料实体，在工艺上引入钢纤维是可以起到增韧补强、提高断裂韧度的有力措施。为了提高浇注料的抗压强度、机械强度、抗弯强度、冲击强度、冲击韧性等性能本发明中加入耐火材料钢纤维。本发明所用耐热钢纤维，可通过市售获得。

有机纤维是由有机聚合物制成的纤维或利用天然聚合物经化学处理而制成的纤维。常用与耐火浇注料的有机纤维有聚丙烯纤维、聚酯纤维等。研究表明，浇注料中加入有机纤维，可增加浇注料的透气性。本发明加入有机纤维可以有效预防烘烤过程中，耐火材料的机械损坏、爆裂、脱落等问题。

本发明所用有机纤维为防爆有机纤维。本领域技术人员所能获知的任何耐火防爆有机纤维，均可用于本发明，例如聚丙烯纤维、聚酯纤维等。

作为优选技术方案，本发明所述耐磨耐火浇注料按重量百分比(以粗骨料、细骨料和微粉的质量之和为100份计)包括以下组分：

优选地，所述耐磨耐火浇注料，本发明所述耐磨耐火浇注料按重量百分比(以粗骨料、细骨料和微粉的质量之和为100份计)包括以下组分：

所述组分中的质量百分含量为0％，是指可以不添加相应组分，例如，1-0.088mm碳化硅添加量若为0-15wt％，表示配方中1-0.088mm碳化硅的添加范围是从不添加1-0.088mm碳化硅至添加15wt％的1-0.088mm碳化硅。

所述各组分均可通过市售获得，本领域技术人员可通过多种途径获知各组分的供应厂商，所述供应厂商典型但非穷尽的实例有：圣戈班公司(法国)、东芝陶瓷公司(日本)、矿物工艺公司(美国)、中钢集团耐火材料研究院有限公司、河南省正泰耐材有限公司等。

本发明的目的还在于提供一种耐磨耐火浇注料用于高温窑炉工程的用途。

本发明所提供的耐磨耐火浇注料，优选用作中低温使用，并且易磨损的部位的衬料，所述中低温为工作温度小于1400℃，例如1380℃、1350℃、1300℃、1250℃、1100℃、1000℃、800℃、600℃等；特别优选用于干法窑的窑尾、篦冷机和三次风管的衬料。

本发明所制备的耐磨耐火浇注料具有以下有益效果：

(1)本发明以资源广泛，价格便宜的矾土部分代替刚玉，在不影响窑炉各部分功能的前提下降低原料成本。

(2)本发明以中温烧结性良好的活性氧化铝微粉代替普通氧化铝微粉，同时调整配方，尽量将结合剂的成分组成点置于刚玉-六铝酸钙-钙长石相区(出现液相温度为1400℃)，从而使浇注料能够在1100℃以下充分烧结，形成致密的组织结构，获得良好的强度和耐磨性。

(3)所用原料均可通过市售获得，非常方便。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

(1)浇注料的制备：

采用8-5mm 88级特级矾土15％，5-1mm88级特级矾土40％，1-0.088mm碳化硅12％，＜0.088mm刚玉粉15％，活性氧化铝微粉5％，800目矾土微粉2％，纯铝酸盐水泥7％，硅灰4％。外加：耐热钢纤维1.5％，有机纤维0.1％，三聚磷酸钠0.15％，水5％。按上述配比，将各原料称重、伴和，获得流动性良好的浆体，经成形、养护和热处理后测试物理性能。

(2)物理性能测试：

110℃×24h烘干后，抗折强度22.4MPa，耐压强度164.7MPa；

1100℃×3H处理后，抗折强度18.4MPa，耐压强度149.5MPa，线变化-0.06％；

1350℃×3H处理后，抗折强度19.4MPa，耐压强度161.3MPa，线变化-0.23％；

耐磨性4.17cm³。

从上可知，所制耐火浇注料具有合适的机械强度和耐磨性，研究达到了以部分特级矾土代替刚玉和碳化硅，降低原料成本的目的。

实施例二

(1)浇注料的制备：

采用8-5mm 88级特级矾土15％，5-1mm特级矾土40％，1-0.088mm特级矾土12％，＜0.088mm刚玉粉11％，活性氧化铝微粉5％，800目矾土微粉6％，高铝水泥7％，硅灰4％。外加：耐热钢纤维1.5％，有机纤维0.1％，三聚磷酸钠0.15％，水5％。按上述配比，将各原料称重、伴和，获得流动性良好的浆体，经成形、养护和热处理后测试物理性能。

(2)物理性能检测：

110℃×24h烘干后，抗折强度20.8MPa，耐压强度150.4MPa；

1100℃×3H处理后，抗折强度15.8MPa，耐压强度127.4MPa，线变化-0.15％；

1350℃×3H处理后，抗折强度15.7MPa，耐压强度145.7MPa，线变化-0.24％；

耐磨性3.53cm³。

实施例三

(1)浇注料的制备：

采用8-5mm 88级特级矾土15％，5-1mm88级特级矾土35％，1-0.088mm88级特级矾土7％，＜0.088mm刚玉粉20％，活性氧化铝微粉8％，高铝水泥9％，硅灰6％。外加：耐热钢纤维3％，三聚磷酸钠0.1％，水4％。按上述配比，将各原料称重、伴和，获得流动性良好的浆体，经成形、养护和热处理后测试物理性能。

(2)物理性能检测：

110℃×24h烘干后，抗折强度19.8MPa，耐压强度152.8MPa；

1100℃×3H处理后，抗折强度15.2MPa，耐压强度131.4MPa，线变化-0.17％；

1350℃×3H处理后，抗折强度18.7MPa，耐压强度155.3MPa，线变化-0.20％；

耐磨性4.71cm³。

由上可知，所制耐火浇注料具有合适的机械强度和耐磨性，研究达到了以部分特级矾土代替刚玉，降低原料成本的目的。

实施例四

(1)浇注料的制备：

采用8-5mm 87级特级矾土8％，5-1mm87级特级矾土55％，1-0.088mm87级特级矾土15％，＜0.088mm刚玉粉10％，活性氧化铝微粉3％，800目矾土微粉2％、高铝水泥4％，硅灰3％。外加：耐热钢纤维1.5％，三聚磷酸钠0.15％，水4.5％。按上述配比，将各原料称重、伴和，获得流动性良好的浆体，经成形、养护和热处理后测试物理性能。

(2)物理性能检测：

110℃×24h烘干后，抗折强度16.5MPa，耐压强度147.9MPa；

1100℃×3H处理后，抗折强度13.1MPa，耐压强度127.7MPa，线变化-0.13％；

1350℃×3H处理后，抗折强度15.8MPa，耐压强度150.8MPa，线变化-0.15％；

耐磨性3.98cm³。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种耐磨耐火浇注料，包括粗骨料、细骨料、微粉和外加剂，其特征在于：粗骨料为特级矾土；细骨料包括特级矾土、碳化硅和刚玉；微粉包括活性氧化铝微粉、矾土微粉、铝酸盐水泥、硅灰；外加剂包括钢纤维、有机纤维、解凝剂和水；

所述耐磨耐火浇注料，以粗骨料、细骨料和微粉的质量之和为100％计，由以下组分组成：

所述粗骨料和细骨料中特级矾土中Al₂O₃含量大于85％；

所述粗骨料中特级矾土粒径不小于1mm；

所述细骨料中各组分的粒径大小为1mm-0.01mm；

所述活性氧化铝微粉为理化性质为d₅₀≤2.0μm、真密度≥3.95g/cm³、Na₂O小于等于0.1％的活性氧化铝微粉；

所述矾土微粉为细度不低于600目的铝矾土微粉；

所述微粉中各组分的粒径不大于0.01mm；

所述解凝剂选自六偏磷酸钠；

所述钢纤维为耐热钢纤维；

所述有机纤维为耐火材料防爆有机纤维；

所述刚玉为耐火材料刚玉。

2.如权利要求1所述的耐磨耐火浇注料，其特征在于，所述刚玉为电熔刚玉或/和烧结刚玉。

3.如权利要求1所述的耐磨耐火浇注料，其特征在于，所述活性氧化铝微粉为耐火材料活性氧化铝微粉。

4.如权利要求1～3任一项所述的耐磨耐火浇注料，其特征在于，所述耐磨耐火浇注料，以粗骨料、细骨料和微粉的质量之和为100％计，包括以下组分：

5.一种如权利要求1～4任一项所述的耐磨耐火浇注料的用途，其特征在于，所述耐磨耐火浇注料用于高温窑炉工程。

6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述耐磨耐火浇注料用作中低温使用，并且易磨损的部位的衬料。

7.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述耐磨耐火浇注料用于干法窑的窑尾、篦冷机和三次风管的衬料。