CN102503455A - 浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种浇铸成形堇青石-莫来石耐火材料，其配方：1.2-0.5mm莫洛凯特20-40％、0.5-0.088mm莫洛凯特10-25％、0.5-0.088mm合成堇青石0-15％、＜0.088mm合成堇青石10-35％、＜0.088mm合成莫来石0-20％、镁砂微粉1-3％、氧化铝微粉2-8％、硅灰3-10％、煅烧高岭土微粉0-15％、外加第三代减水剂0.01-0.1％、外加水4-8％，其生产工艺各原料按以上配比称量，经混合、成形制得坯体，放置12-24h脱模，常温养护1-3天，经40-60℃干燥1-2天，经1150-1350℃烧成。本发明采用小于10μm的镁砂微粉代替普通镁砂细粉，全部采用高纯原料改善高温性能、大量采用合成原料减少烧成收缩，适量添加微粉扩大烧结温度范围，从而解决了低氧化镁引入量和高硬化速度、特殊外形尺寸和低制造成本、难烧结和高性能的矛盾，开发了易成形、易烧结的新型工艺、制得了形状尺寸特殊、纯度高、强度大、耐高温和抗热震性好的耐火材料产品。

Description

浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种浇注成形堇青石-莫来石耐火耐火材料及其生产工艺，具有易于成形、易于养护、易于烧结的优点、所制产品具有纯度高、强度大、耐高温和抗热震性好的特性，适合用于制造大型、特异形耐火材料制品。

背景技术

现代陶瓷窑广泛采用了高速烧咀、气流搅拌、空气急冷以加快窑内气固之间的热交换；采用支柱-横梁-棚板组成的构架支撑坯件，以使窑气和坯件直接接触；采用低蓄热、高强度、高导热和高抗热震性的窑具材料，以减轻窑具的重量和减少窑具的蓄热；采用了超轻质、低蓄热的窑车和高保温的窑体，以减少通过窑体的散热。这样，显著增强了有效传热，减少了无效传热，陶瓷窑的产量、燃耗、成本、寿命等技术经济指得到极大改善。

陶瓷工业广泛使用堇青石-莫来石耐火材料制品。一般，堇青石-莫来石耐火材料制品以莫洛凯特(一种莫来石-高硅氧玻璃复合原料)为骨料，以滑石、粘土、氧化铝为基质，加入水和少量化学外加剂，混练后塑性状态，用模压、挤压的方式成形。或者，加入较多的水，拌合后成流态，用石膏模具成形。以上工艺的缺点是：用机压的方式成形，制品的形状、尺寸受到限制，不能制作大型、特异形耐火材料制品；用石膏模具成形，脱模时间长、生产效率低。还有，坯体强度低、烧结温度窄，常因破损、过烧、欠烧产生大量废品。

一些中小钢包使用镁铝质浇注料。这种耐火材料采用镁砂、硅灰作为结合剂，常温利用MgO-SiO₂-H₂O系的水化反应产生结合，高温通过固相反应形成镁铝尖晶石(分子式为MA)-镁橄榄石(分子式M₂S)-方镁石(分子式M)基质结合矾土骨料的组织，从而具有一定的耐火性和抗侵蚀性。受到镁铝质耐火浇注料的启发，一些利用镁砂、硅灰、氧化铝微粉、煅烧高岭土作为原料，常温利用MgO-SiO₂-H₂O系的水化反应产生结合，热处理后形成堇青石(M₂A₂S₅)基质产生结合，从而制备出浇注成形的堇青石-莫来石耐火制品。但是，这种工艺的最大缺点是固化速度慢、养护时间长、脱模强度低，特别是冬季无法组织生产，因而几乎没有实用价值。

镁硅系水化物质(MgO-SiO₂-H₂O)能够成功用于钢铁工业的铝镁质浇注料，却难以用于陶瓷工业的堇青石-莫来石浇注成形耐火材料，主要在于结合相的化学组成不同。钢铁工业镁铝质浇注料的主要结合相是镁橄榄石。镁橄榄石的化学式为M₂S，重量百分比(下同)MgO＝57.1％、SiO₂＝42.9％。所以，镁铝质浇注料可以占耐火材料总重量约30％的基质中，加入占总量10％的镁砂，依靠大量加入的MgO，形成足够多的水化物，获得需要的硬化时间和脱模强度。但是，堇青石-莫来石耐火制品的结合相是堇青石。堇青石的分子式是M₂A₂S₅，含有氧化镁13.79％、氧化铝34.86％、氧化硅51.35％。由此可知：堇青石的MgO含量不到镁橄榄石的1/4，因而浇注成形的堇青石-莫来石耐火材料不能向铝镁浇注料那样通过加入大量镁砂来获得足够块的凝结速度和足够高的脱模强度。因此，浇注成形堇青石-莫来石耐火材料必须解决镁砂加入量小和养护时间短的矛盾之后，才真正具有实用价值。

发明内容

本发明的目的在于，研究一种浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺。镁砂是一种经过高温死烧的氧化镁，常温下水化速度很慢，对于常规使用的325目镁砂细粉，粒径＜44μm。在钢铁工业用铝镁浇注料中，镁砂只是表面发生了水化，但内部没有水化，因而需要引入大量镁砂才能形成足够数量的水化物。对于浇注成形堇青石-莫来石耐火材料，虽不能引入大量氧化镁，但可以提高镁砂的水化活性。如果提高了水化活性，就可以加快水化速度，就可以解决低氧化镁加入量，获得快速凝结和高脱模强度的性能，从而解决硬化速度慢的问题，研制出具有实用价值的浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺。本发明的工艺简单、制造方便，具有易于成形、易于养护、易于烧结的优点、所制产品外形美观，具有纯度高、强度大、耐高温和抗热震性好的特性。

为实现发明，本发明要用粒径小于10μm的镁砂微粉代替目前使用的325目镁砂细粉。同时，采取一系列技术措施提高耐火材料的工艺性能和使用性能。这些技术措施有：

1)大量采用经过高温处理的原料，如莫洛凯特、合成堇青石、合成莫来石、煅烧高岭土等，减少烧结收缩，提高耐火制品的烧成合格率；

2)大量使用硅灰、氧化铝微粉、煅烧高岭土微粉等超细粒子，降低烧成温度，扩大烧结温度范围，减少生烧、变形等烧成缺陷；

3)使用纯度较高原料，如高纯硅灰、煅烧高岭土微粉，减少原料带入杂质数量，提高堇青石基质的高温性能；

4)使用第三代减水剂，代替常规使用的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、萘磺酸钠等反絮凝剂和减水剂，减少Na离子引入量，提高堇青石基质的高温性能。

鉴于以上设计，浇注成形堇青石-莫来石耐火材料的重量百分比配伍为：

所述莫洛凯特为一种市售经煅烧制得的莫来石-高硅氧玻璃复合耐火原料。

所述合成堇青石为市售同名耐火原料。

所述合成莫来石为人工合成的名为莫来石的市售耐火原料。

所述镁砂微粉为由MgO≥96％的市售镁砂制得的超细粉，其＜10μm部分的重量百分比占总量的90％以上。

所述氧化铝微粉为市售同名耐火原料，其＜6μm部分的重量百分比占总量的90％以上。

所述硅灰为市售同名耐火原料，其SiO₂含量≥93％，粒度为＜1μm部分的重量百分比占总量的80％以上。

所述煅烧高岭土微粉为市售同名耐火原料，其Al₂O₃+SiO₂含量≥96％，粒度为＜10μm部分的重量百分比占总量的90％以上。

所述第三代减水剂为市售聚羧酸系建筑混凝土减水剂。

各原料按以上配比称量，经混合、成形制得坯体，放置12-24h脱模，常温养护1-3天，经40-60℃干燥1-2天，经1150-1350℃烧成，再经表面处理和检验后制得浇注成形的大型或特异形的堇青石-莫来石耐火材料制品。

具体实施方式

实施例1

采用1.2-0.5mm莫洛凯特40％，0.5-0.088mm莫洛凯特10％，0.5-0.088mm合成堇青石10％，＜0.088mm合成堇青石15％，＜0.088mm合成莫来石11％，镁砂微粉2％，氧化铝微粉5％，硅灰7％的配比，外加第三代减水剂0.05％，水6％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，浆体1小时凝结，2小时固化，经24小时养护脱模，经60℃×24H干燥，再经1250℃×6小时热处理制得具有规整外形，且常温抗折强度达18MPa，1250℃热态抗折强度达16MPa的耐火材料。发明的工艺简单、制造方便，所得产品外形美观，物理性能优良，发明实现了目的。

实施例2

采用1.2-0.5mm莫洛凯特30％，0.5-0.088mm莫洛凯特20％，0.5-0.088mm合成堇青石5％，＜0.088mm合成堇青石23％，＜0.088mm合成莫来石2％，镁砂微粉3％，氧化铝微粉5％，硅灰7％，煅烧高岭土5％的配比，外加第三代减水剂0.07％，水6％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，浆体1小时凝结，2小时固化，经12小时养护脱模，经60℃×24H干燥，再经1200℃×6小时热处理制得具有规整外形，且常温抗折强度达16MPa，1200℃热态抗折强度达12MPa的耐火材料。发明的工艺简单、制造方便，所得产品外形美观，物理性能优良，发明实现了目的。

Claims (2)

1.一种浇注成形堇青石-莫来石耐火材料，其特征在于：所述耐火材料的重量百分比配伍为：

所述莫洛凯特为一种市售经煅烧制得的莫来石-高硅氧玻璃复合耐火原料；所述合成堇青石为市售同名耐火原料；所述合成莫来石为人工合成的名为莫来石的市售耐火原料；所述镁砂微粉为由MgO≥96％的市售镁砂制得的超细粉，其＜10μm部分的重量百分比占总量的90％以上；所述氧化铝微粉为市售同名耐火原料，其＜6μm部分的重量百分比占总量的90％以上；所述硅灰为市售同名耐火原料，其SiO₂含量≥93％，粒度为＜1μm部分的重量百分比占总量的80％以上；所述煅烧高岭土微粉为市售同名耐火原料，其Al₂O₃+SiO₂含量≥96％，粒度为＜10μm部分的重量百分比占总量的90％以上；所述第三代减水剂为市售聚羧酸系建筑混凝土减水剂。

2.一种制造权利要求所述耐火材料的生产工艺，其特征在于：各原料按以上配比称量，经混合、成形制得坯体，放置12-24h脱模，常温养护1-3天，经40-60℃干燥1-2天，经1150-1350℃烧成，再经表面处理和检验后制得浇注成形的大型或特异形的堇青石-莫来石耐火材料制品。