專利名稱：：含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于無機非金屬材料
技術領域：
。具體涉及一種含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法。
背景技術：
：與定形耐火制品相比，不定形耐火材料作為耐火材料的一大類，因其在生產(chǎn)、勞動生產(chǎn)率、施工效率、材料消耗、節(jié)能等方面的優(yōu)點，在世界各國都得到了迅速的發(fā)展。近年來，由于優(yōu)質(zhì)、高性能原料的出現(xiàn)，超微粉和高效分散技術的引入，新施工方法的采用以及基礎研究的加強等，使不定形耐火材料的主要品種之一澆注料在材質(zhì)、品種、性能、施工和應用等方面得到了迅速發(fā)展，越來越多的耐火澆注料替代定形制品用于高溫部位，因而對澆注料性能的要求也越來越高。特別是二氧化硅微粉和氧化鋁微粉的應用，使得澆注料由傳統(tǒng)的水泥結合向低水泥、超低水泥和無水泥方向發(fā)展，對應的結合方式由水合結合—化學結合—(水合結合+凝聚結合)—凝聚結合發(fā)展。傳統(tǒng)澆注料利用水泥在常溫下水化形成水化物而產(chǎn)生結合，因而具有較高的常溫強度。但隨溫度的升高，中溫階段水化物脫去大量的結合水(其水化產(chǎn)物CaOAl2(V10H20、2CaOAl203'8H20、3CaOAl203'6H20和A1203'3H20的含水量分別為53.3%,40.2%，28.6%和34.6%)，產(chǎn)生大量的氣孔，而此時陶瓷結合尚未形成，導致強度降低。高溫燒后，雖然形成了陶瓷結合，但由于水化物脫水產(chǎn)生的氣孔及缺陷的影響，強度仍然較低，這些缺點極大地限制了傳統(tǒng)澆注料在高溫部位的應用?？朔陨先秉c的主要途徑是降低澆注料中水泥的含量，為此人們用氧化鋁微粉或/和二氧化硅微粉部分取代鋁酸鈣水泥，得到低水泥和超低水泥澆注料。同傳統(tǒng)澆注料相比，低水泥和超低水泥澆注料由于降低了水泥加入量和施工加水量，各項性能均得到提高，尤其在中溫區(qū)(9001200。C),使其力學性能得到改善。為進一步降低水泥的影響，人們開發(fā)了無水泥澆注料，由于沒有引入CaO，完全采用凝聚結合，靠加入與主材料化學成分相似的微粉或凝膠的凝聚作用而產(chǎn)生結合，因而具有高溫性能好等優(yōu)點。高純剛玉質(zhì)澆注料具有優(yōu)良的高溫性能，已在冶金、建材、石油化工等行業(yè)得到了廣泛應用。目前的高純剛玉質(zhì)澆注料按所用結合劑可分為三類一類是不含水泥的澆注料，其結合劑主要是二氧化硅微粉、無定形氧化鋁、鋁硅溶膠和鎂鋁溶膠等；第二類是鋁酸鈣水泥、氧化鋁微粉和二氧化硅微粉結合的剛玉質(zhì)澆注料；第三類是鋁酸鈣水泥和氧化鋁微粉結合的剛玉質(zhì)澆注料。第一類剛玉質(zhì)澆注料(無水泥結合)中采用二氧化硅微粉結合時，雖然能在較低的溫度下生成莫來石使其中溫強度得到改善，但是烘干強度較低，而且由于二氧化硅的引入，使材料在與渣接觸時反應生成低熔點礦相，降低了高溫性能，進而使其應用受到限制，尤其在強還原氣氛下，二氧化硅被還原而導致材料結構的破壞，因此應盡量減少甚至完全避免使用二氧化硅。水合氧化鋁結合的剛玉質(zhì)澆注料雖然具有較好的烘干性能，但中溫時其水化物分解，此時尚無新的礦相生成，所以中溫強度很低，同時水合氧化鋁性能不穩(wěn)定也限制了其應用。'第二類剛玉基澆注料(低水泥和超低水泥結合)屬Al203-CaO—Si02三元系統(tǒng)，當基質(zhì)組成點處在子三角形AA—A3S2-CAS2中時，出現(xiàn)液相的溫度為1512。C;當基質(zhì)組成點處在子三角形AA—CA6-CAS2中時，出現(xiàn)液相的溫度為1495°C;因此，當鋁酸鈣水泥與二氧化硅微粉同時使用時，澆注料出現(xiàn)液相的溫度較低，大大降低了材料的高溫性能。第三類剛玉質(zhì)澆注料目前最常見，其組成為A1203—CaO二元系，以剛玉為主晶相，其出現(xiàn)液相的溫度高達1卯0'C。隨著溫度的升高，約在135(TC水泥中的CaO開始與氧化鋁反應，生成六方板狀六鋁酸鈣晶體，這種六方狀晶體交叉分布于剛玉骨架中，提高了材料的高溫性能。由于澆注料中沒有引入二氧化硅，因而澆注料具有優(yōu)良的抗渣性和抗還原氣氛性能。氧化鋁微粉的加入，使中溫強度略有改善，但由于其結合劑主要是水泥，因而與常溫和高溫燒后相比，中溫強度仍然較低，而且鋁酸鈣水泥與氧化鋁反應生成新礦相的溫度較高，不易燒結。因而有必要在降低燒結溫度的同時進一步提高其中溫性能，進而提高其使用效果和壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術中所存在的問題而研制的一種含納米碳酸銬的高純剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法。本發(fā)明目的在于利用納米碳酸鈣粉體粒度細小、容易分解、分解后生成高活性的氧化鈣等優(yōu)點，來改善目前剛玉澆注料中溫強度低、不易燒結的缺點，制備出一種中溫性能優(yōu)異的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料。本發(fā)明的目的是通過以下技術發(fā)案來實現(xiàn)的本發(fā)明的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料包括電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉、納米碳酸鈣粉、活性氧化鋁微粉、水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥、減水劑組成，各原料重量百分比如下電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉8090%納米碳酸鈣粉0.54%活性氧化鋁微粉514%水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥18%減水劑0.050.3%。在本發(fā)明中，澆注料中骨料與細粉的質(zhì)量比例為(58%72%)/(42%28%)。電熔白剛玉的化學成分要求為A1203298.5%，燒結板狀剛玉的化學成分要求為A1203299.0%。所述納米碳酸鈣粉指得是粒度小于lOOnm的親水性碳酸韓粉體，化學成份要求CaC03295.0%。所述活性氧化鋁微粉的化學成分要求A1203298.5%,平均粒徑要求^5pm。本發(fā)明采用的結合劑為水合氧化鋁粉或純鋁酸鈣水泥，所述的水合氧化鋁粉為一種無定形的氧化鋁，常溫下能夠水化產(chǎn)生結合強度，當僅使用水合氧化鋁粉時，其添加量為整個原料的16%。所述純鋁酸鈣水泥指的是八1203含量為6582%的鋁酸鈣水泥，當僅使用純鋁酸鈣水泥時，其添加量為整個原料的18%。水合氧化鋁粉、純鋁酸鈣水泥也可兩者一起添加，加入總量為整個原料的18%。所述減水劑指的是聚乙二醇類減水劑。含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料的制備方法是將納米碳酸鈣粉、活性氧化鋁微粉、水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥以及減水劑充分混合均勻后，加入電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，進一步充分混合，即制得本發(fā)明產(chǎn)品。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、由于納米碳酸鈣粒度小，在較低的溫度(約6^TC)下開始分解，800°C時己基本分解完全。分解生成納米級氧化鈣微粒，具有很高的比表面積和反應活性，與澆注料中的氧化鋁反應生成鋁酸鈣系礦物，產(chǎn)生原位反應結合，使?jié)沧⒘显?0(TC時就具有很高的冷態(tài)和熱態(tài)強度。從800t:到1400°C，其強度維持高水平且基本保持不變。因而與不含納米碳酸鈣的澆注料相比，其800'C140(TC之間的強度得到極大提高，隨溫度以及納米碳酸鈣加入量的變化，強度提高幅度達100%500%。2、高溫燒后，含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)澆注料與純鋁酸鈣水泥結合的剛玉質(zhì)澆注料具有相同的礦物相。與水泥結合的剛玉澆注料相比，含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)澆注料由于納米碳酸鈣具有粒度細小、分布更均勻的特點，其高溫下與氧化鋁反應生成的六鋁酸鈣也很均勻的分布，使?jié)沧⒘暇哂懈鶆虻慕M織結構，因而具有較高的強度和更好的抗熱震性能。3、隨溫度升高，含納米碳酸鈣的剛玉澆注料中生成鋁酸鈣系礦物，而產(chǎn)生原位反應結合，反應過程中伴隨體積膨脹，填充了氣孔，生成了均勻分布的六鋁酸鈣，因而與水泥結合的剛玉饒注料相比具有更好的抗渣性能。4、含納米碳酸鈣的剛玉澆注料生產(chǎn)工藝簡單，整個工藝過程不需復雜昂貴的設備，保持了現(xiàn)有澆注料的生產(chǎn)工藝，適宜于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。5、本發(fā)明所用的納米碳酸鈣來源容易，相對其它氧化物納米粉而言價格較低，可以應用于工業(yè)生產(chǎn)。具體實施例方式本發(fā)明的特點在于通過引入納米碳酸鈣，使剛玉澆注料的強度尤其是中溫強度、抗熱震性以及抗渣性等得到極大的改善。含納米碳酸鈣剛玉澆注料的生產(chǎn)工藝與目前澆注料的工藝相同。主要原料(包括骨料和細粉)為燒結板狀剛玉或電熔白剛玉以及兩者配合使用。下面以電熔白剛玉為例來說明本發(fā)明的實施及特點，但本發(fā)明不局限于下述實施例。為充分說明本發(fā)明的特點，對每一實施例給出了相應的對比樣，對比樣中通過加入水泥引入CaO，其CaO含量與實施例相當，二者進行對比。實施例l:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))電熔白剛玉88.5%、活性氧化鋁微粉8%、純鋁酸鈣水泥2%、納米碳酸鈣粉體1.5%、減水劑0.2。％(外加)。對比例l:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))電熔白剛玉87.2%、活性氧化鋁微粉8%、純鋁酸鈣水泥4.8%、減水劑0.2%(外加)。實施例2:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))燒結板狀剛玉84%、活性氧化鋁微粉11%、水合氧化鋁粉2%、納米碳酸鈣粉體3%、減水劑0.1%(外加)。對比例2:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))燒結板狀剛玉81.4%、活性氧化鋁微粉11%、水合氧化鋁粉2。％、純鋁酸鈣水泥5.6%、減水劑0.1%(外加)。實施例3:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))燒結板狀剛玉44%、電熔白剛玉40%、活性氧化鋁微粉14%、水合氧化鋁粉1%、納米碳酸鈣粉體1%、減水劑0.3%(外加)。對比例3:各組份配比為(質(zhì)量百分數(shù))燒結板狀剛玉43.1%、電熔白剛玉40%、活性氧化鋁微粉14%、水合氧化鋁粉1%、純鋁酸鈣水泥1.9%、減水劑0.3%(外加)。將上述比例的活性氧化鋁微粉、水合氧化鋁粉、純鋁酸鈣水泥、納米碳酸鈣粉以及減水劑充分混合均勻后，按比例加入剛玉骨料和細粉二次混合，再加入4.2%(質(zhì)量百分數(shù))的水，混合均勻后將其澆注成條形試樣，放置24小時后脫模，經(jīng)ll(TC烘烤24小時以及不同溫度處理后測試其性能，結果見下附表。附表:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注在上述實施例中燒結板狀剛玉和電熔白剛玉互相之間可以完全或部分替換，其所得產(chǎn)品的各項指標性能基本相同。權利要求1、一種含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于它包括電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉、納米碳酸鈣粉、活性氧化鋁微粉、水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥、減水劑，各原料重量百分比如下電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉80～90％納米碳酸鈣粉0.5～4％活性氧化鋁微粉5～14％水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥1～8％減水劑0.05～0.3％。2、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于澆注料中骨料與細粉的質(zhì)量比例為(58。％72%)/(42%28%)。3、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于電熔白剛玉的化學成分要求為Al203298.5%，燒結板狀剛玉的化學成分要求為A1203299.0%。4、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于納米碳酸鈣粉指得是粒度小于lOOnm的親水性碳酸鈣粉體，化學成份要求CaC03295.0%。，根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于活性氧化鋁微粉化學成分要求^203^98.5%，平均粒徑要求^5pm。5、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于水合氧化鋁粉為一種無定形的氧化鋁，常溫下能夠水化產(chǎn)生結合強度。6、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料,其特征在于純鋁酸鈣水泥指的是八1203含量為65%82%的鋁酸轉水泥。7、根據(jù)權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料，其特征在于減水劑指的是聚乙二醇類減水劑。8、一種按照權利要求1所述的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料的制備方法，其特征在于將納米碳酸鈣粉、活性氧化鋁微粉、水合氧化鋁粉和/或純鋁酸鈣水泥以及減水劑充分混合均勻后，加入電熔白剛玉和/或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，進一步充分混合，即制得本發(fā)明的含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料。全文摘要本發(fā)明涉及一種含納米碳酸鈣的高純剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法。本發(fā)明以目前常用的剛玉質(zhì)澆注料為基礎，通過加入納米碳酸鈣粉體，采用高效分散劑和合適的混料工藝制備出了含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)澆注料。它解決了目前高純剛玉質(zhì)澆注料中溫強度低的缺點，尤其是800℃左右的強度。而且這種含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)澆注料從800℃到1600℃燒后的冷態(tài)強度變化較小，其冷、熱態(tài)強度均高于相同CaO含量的含水泥剛玉質(zhì)澆注料。本發(fā)明所制備的含納米碳酸鈣的剛玉質(zhì)澆注料可廣泛應用于鋼鐵、有色、陶瓷和石化等高溫工業(yè)領域。也可應用于透氣磚等澆注成型后燒成的耐火材料產(chǎn)品，可以大幅度降低其燒成溫度，節(jié)約能源。文檔編號C04B35/10GK101113100SQ200710054708公開日2008年1月30日申請日期2007年6月30日優(yōu)先權日2007年6月30日發(fā)明者葉方保,宇張,張厚興,李志剛,鐘香崇申請人:鄭州大學