專利名稱：澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種澆注成形堇青石-莫來石耐火耐火材料及其生產(chǎn)工藝，具有易于成形、易于養(yǎng)護、易于燒結(jié)的優(yōu)點、所制產(chǎn)品具有純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的特性，適合用于制造大型、特異形耐火材料制品。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代陶瓷窯廣泛采用了高速燒咀、氣流攪拌、空氣急冷以加快窯內(nèi)氣固之間的熱交換；采用支柱-橫梁-棚板組成的構(gòu)架支撐坯件，以使窯氣和坯件直接接觸；采用低蓄熱、高強度、高導(dǎo)熱和高抗熱震性的窯具材料，以減輕窯具的重量和減少窯具的蓄熱；采用了超輕質(zhì)、低蓄熱的窯車和高保溫的窯體，以減少通過窯體的散熱。這樣，顯著增強了有效傳熱，減少了無效傳熱，陶瓷窯的產(chǎn)量、燃耗、成本、壽命等技術(shù)經(jīng)濟指得到極大改善。
陶瓷工業(yè)廣泛使用堇青石-莫來石耐火材料制品。一般，堇青石-莫來石耐火材料制品以莫洛凱特(一種莫來石-高硅氧玻璃復(fù)合原料)為骨料，以滑石、粘土、氧化鋁為基質(zhì)，加入水和少量化學(xué)外加劑，混練后塑性狀態(tài)，用模壓、擠壓的方式成形?；蛘撸尤胼^多的水，拌合后成流態(tài)，用石膏模具成形。以上工藝的缺點是用機壓的方式成形，制品的形狀、尺寸受到限制，不能制作大型、特異形耐火材料制品；用石膏模具成形，脫模時間長、生產(chǎn)效率低。還有，坯體強度低、燒結(jié)溫度窄，常因破損、過燒、欠燒產(chǎn)生大量廢品。
一些中小鋼包使用鎂鋁質(zhì)澆注料。這種耐火材料采用鎂砂、硅灰作為結(jié)合劑，常溫利用MgO-SiO2-H2O系的水化反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合，高溫通過固相反應(yīng)形成鎂鋁尖晶石(分子式為 MA)-鎂橄欖石(分子式M2Q-方鎂石(分子式M)基質(zhì)結(jié)合礬土骨料的組織，從而具有一定的耐火性和抗侵蝕性。受到鎂鋁質(zhì)耐火澆注料的啟發(fā)，一些利用鎂砂、硅灰、氧化鋁微粉、煅燒高嶺土作為原料，常溫利用MgO-SiO2-H2O系的水化反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合，熱處理后形成堇青石 (M2A2S5)基質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合，從而制備出澆注成形的堇青石-莫來石耐火制品。但是，這種工藝的最大缺點是固化速度慢、養(yǎng)護時間長、脫模強度低，特別是冬季無法組織生產(chǎn)，因而幾乎沒有實用價值。
鎂硅系水化物質(zhì)(MgO-SiO2-H2O)能夠成功用于鋼鐵工業(yè)的鋁鎂質(zhì)澆注料，卻難以用于陶瓷工業(yè)的堇青石-莫來石澆注成形耐火材料，主要在于結(jié)合相的化學(xué)組成不同。鋼鐵工業(yè)鎂鋁質(zhì)澆注料的主要結(jié)合相是鎂橄欖石。鎂橄欖石的化學(xué)式為M2S,重量百分比(下同)MgO = 57. 1 % ,SiO2 = 42. 9%。所以，鎂鋁質(zhì)澆注料可以占耐火材料總重量約30%的基質(zhì)中，加入占總量10 %的鎂砂，依靠大量加入的MgO，形成足夠多的水化物，獲得需要的硬化時間和脫模強度。但是，堇青石-莫來石耐火制品的結(jié)合相是堇青石。堇青石的分子式是M2Aj5，含有氧化鎂13. 79%、氧化鋁；34.86 %、氧化硅51.35%。由此可知堇青石的MgO 含量不到鎂橄欖石的1/4，因而澆注成形的堇青石-莫來石耐火材料不能向鋁鎂澆注料那樣通過加入大量鎂砂來獲得足夠塊的凝結(jié)速度和足夠高的脫模強度。因此，澆注成形堇青石-莫來石耐火材料必須解決鎂砂加入量小和養(yǎng)護時間短的矛盾之后，才真正具有實用價值。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，研究一種澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產(chǎn)工藝。 鎂砂是一種經(jīng)過高溫死燒的氧化鎂，常溫下水化速度很慢，對于常規(guī)使用的325目鎂砂細粉，粒徑< 44μπι。在鋼鐵工業(yè)用鋁鎂澆注料中，鎂砂只是表面發(fā)生了水化，但內(nèi)部沒有水化，因而需要引入大量鎂砂才能形成足夠數(shù)量的水化物。對于澆注成形堇青石-莫來石耐火材料，雖不能引入大量氧化鎂，但可以提高鎂砂的水化活性。如果提高了水化活性，就可以加快水化速度，就可以解決低氧化鎂加入量，獲得快速凝結(jié)和高脫模強度的性能，從而解決硬化速度慢的問題，研制出具有實用價值的澆注成形堇青石-莫來石耐火材料及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的工藝簡單、制造方便，具有易于成形、易于養(yǎng)護、易于燒結(jié)的優(yōu)點、所制產(chǎn)品外形美觀，具有純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的特性。
為實現(xiàn)發(fā)明，本發(fā)明要用粒徑小于10 μ m的鎂砂微粉代替目前使用的325目鎂砂細粉。同時，采取一系列技術(shù)措施提高耐火材料的工藝性能和使用性能。這些技術(shù)措施有
1)大量采用經(jīng)過高溫處理的原料，如莫洛凱特、合成堇青石、合成莫來石、煅燒高嶺土等，減少燒結(jié)收縮，提高耐火制品的燒成合格率；
2)大量使用硅灰、氧化鋁微粉、煅燒高嶺土微粉等超細粒子，降低燒成溫度，擴大燒結(jié)溫度范圍，減少生燒、變形等燒成缺陷；
3)使用純度較高原料，如高純硅灰、煅燒高嶺土微粉，減少原料帶入雜質(zhì)數(shù)量，提高堇青石基質(zhì)的高溫性能；
4)使用第三代減水劑，代替常規(guī)使用的三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、萘磺酸鈉等反絮凝劑和減水劑，減少Na離子引入量，提高堇青石基質(zhì)的高溫性能。
鑒于以上設(shè)計，澆注成形」1青石-莫來石耐火材料的重量百分比配伍為
1.2-0. 5mm莫洛凱特20-40%0. 5-0. 088mm莫洛凱特10-25%0. 5-0. 088mm合成堇青石0-15%<0. 088隱合成堇青石10-35%<0. 088mm合成莫來石0-20%
鎂砂微粉1-3%氧化鋁微粉2-8%硅灰3-10%煅燒高嶺土微粉0-15%外加第三代減水劑0.01-0.1%外加水4-8%
所述莫洛凱特為一種市售 經(jīng)煅燒制得的莫來石-高硅氧玻璃復(fù)合耐火原料。
所述合成堇青石為市售同名耐火原料。
所述合成莫來石為人工合成的名為莫來石的市售耐火原料。
所述鎂砂微粉為由MgO ^ 96%的市售鎂砂制得的超細粉，其< 10 μ m部分的重量百分比占總量的90%以上。
所述氧化鋁微粉為市售同名耐火原料，其<6μπι部分的重量百分比占總量的 90%以上。
所述硅灰為市售同名耐火原料，其SiO2含量彡93%，粒度為< 1 μ m部分的重量百分比占總量的80%以上。
所述煅燒高嶺土微粉為市售同名耐火原料，其Al203+Si02含量> 96%，粒度為 < 10 μ m部分的重量百分比占總量的90%以上。
所述第三代減水劑為市售聚羧酸系建筑混凝土減水劑。
各原料按以上配比稱量，經(jīng)混合、成形制得坯體，放置12_24h脫模，常溫養(yǎng)護1-3 天，經(jīng)40-60°C干燥1-2天，經(jīng)1150-1350°C燒成，再經(jīng)表面處理和檢驗后制得澆注成形的大型或特異形的堇青石-莫來石耐火材料制品。
具體實施方式
實施例1
采用1. 2-0. 5mm 莫洛凱特 40%，0. 5-0. 088mm 莫洛凱特 10%，0. 5-0. 088mm 合成堇青石10%，< 0. 088mm合成堇青石15%，< 0. 088mm合成莫來石11 %，鎂砂微粉2%，氧化鋁微粉5%，硅灰7%的配比，外加第三代減水劑0. 05%，水6%后伴和，獲得流動性良好的漿體。成形后，漿體1小時凝結(jié)，2小時固化，經(jīng)M小時養(yǎng)護脫模，經(jīng)60°C X24H干燥，再經(jīng) 1250°C X6小時熱處理制得具有規(guī)整外形，且常溫抗折強度達18MPa，1250°C熱態(tài)抗折強度達16MPa的耐火材料。發(fā)明的工藝簡單、制造方便，所得產(chǎn)品外形美觀，物理性能優(yōu)良，發(fā)明實現(xiàn)了目的。
實施例2
采用1. 2-0. 5mm 莫洛凱特 30 %，0. 5-0. 088mm 莫洛凱特 20 %，0. 5-0. 088mm 合成堇青石5 %，< 0. 088mm合成堇青石23 %，< 0. 088mm合成莫來石2 %，鎂砂微粉3 %，氧化鋁微粉5 %，硅灰7 %，煅燒高嶺土 5 %的配比，外加第三代減水劑0. 07 %，水6 %后伴和，獲得流動性良好的漿體。成形后，漿體1小時凝結(jié)，2小時固化，經(jīng)12小時養(yǎng)護脫模，經(jīng)60°C X24H 干燥，再經(jīng)1200°C X6小時熱處理制得具有規(guī)整外形，且常溫抗折強度達16MPa，1200°C熱態(tài)抗折強度達12MPa的耐火材料。發(fā)明的工藝簡單、制造方便，所得產(chǎn)品外形美觀，物理性能優(yōu)良，發(fā)明實現(xiàn)了目的。
權(quán)利要求
1. 一種澆注成形堇青石-莫來石耐火材料，其特征在于所述耐火材料的重量百分比配伍為1. 2-0. 5mm 莫洛凱特20-40%0. 5-0. 088mm莫洛凱特10-25%0. 5-0. 088mm合成堇青石0-15%<0. 088mm合成堇青石10-35%<0. 088mm合成莫來石0-20%鎂砂微粉1-3%氧化鋁微粉2-8%硅灰3-10%煅燒高嶺土微粉0-15%外加第三代減水劑0.01-0.1%外加水4-8%所述莫洛凱特為一種市售經(jīng)煅燒制得的莫來石-高硅氧玻璃復(fù)合耐火原料；所述合成堇青石為市售同名耐火原料；所述合成莫來石為人工合成的名為莫來石的市售耐火原料； 所述鎂砂微粉為由MgO ^ 96%的市售鎂砂制得的超細粉，其< IOym部分的重量百分比占總量的90%以上；所述氧化鋁微粉為市售同名耐火原料，其<6 μ m部分的重量百分比占總量的90%以上；所述硅灰為市售同名耐火原料，其SiO2含量>93%，粒度為< Ιμπι部分的重量百分比占總量的80%以上；所述煅燒高嶺土微粉為市售同名耐火原料，其Al203+Si02 含量彡96%，粒度為< ΙΟμπι部分的重量百分比占總量的90%以上；所述第三代減水劑為市售聚羧酸系建筑混凝土減水劑。
2. 一種制造權(quán)利要求所述耐火材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于各原料按以上配比稱量，經(jīng)混合、成形制得坯體，放置12-24h脫模，常溫養(yǎng)護1-3天，經(jīng)40-6(TC干燥1_2天，經(jīng) 1150-1350°C燒成，再經(jīng)表面處理和檢驗后制得澆注成形的大型或特異形的堇青石-莫來石耐火材料制品。
全文摘要
一種澆鑄成形堇青石-莫來石耐火材料，其配方1.2-0.5mm莫洛凱特20-40％、0.5-0.088mm莫洛凱特10-25％、0.5-0.088mm合成堇青石0-15％、＜0.088mm合成堇青石10-35％、＜0.088mm合成莫來石0-20％、鎂砂微粉1-3％、氧化鋁微粉2-8％、硅灰3-10％、煅燒高嶺土微粉0-15％、外加第三代減水劑0.01-0.1％、外加水4-8％，其生產(chǎn)工藝各原料按以上配比稱量，經(jīng)混合、成形制得坯體，放置12-24h脫模，常溫養(yǎng)護1-3天，經(jīng)40-60℃干燥1-2天，經(jīng)1150-1350℃燒成。本發(fā)明采用小于10μm的鎂砂微粉代替普通鎂砂細粉，全部采用高純原料改善高溫性能、大量采用合成原料減少燒成收縮，適量添加微粉擴大燒結(jié)溫度范圍，從而解決了低氧化鎂引入量和高硬化速度、特殊外形尺寸和低制造成本、難燒結(jié)和高性能的矛盾，開發(fā)了易成形、易燒結(jié)的新型工藝、制得了形狀尺寸特殊、純度高、強度大、耐高溫和抗熱震性好的耐火材料產(chǎn)品。
文檔編號C04B35/622GK102503455SQ20111031970
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者于龍泉, 劉錫俊, 楊圣瑋, 王杰曾, 袁林 申請人:瑞泰科技股份有限公司