專利名稱：一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于無機非金屬材料技術領域。具體涉及一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料及其制備方法。
背景技術：
與定型耐火制品相比，不定形耐火材料因其在生產、勞動生產率、施工效率、材料消耗、節能等方面的優點，在世界各國都得到了迅速發展。不定形耐火材料主要品種之一澆注料越來越多替代定型制品用于高溫部位。高純剛玉質澆注料以剛玉為主晶相，采用鋁酸鈣水泥和氧化鋁微粉結合，其組成為Al2O3—CaO 二元系，出現液相的溫度高達1900°C。首次加熱處理或使用時，隨溫度升高，澆注料水泥中的CaO在1350°C左右開始與氧化鋁反應，生成六方板狀六鋁酸鈣晶體，六方板狀晶體交錯分布于剛玉骨架中，提高了材料的高溫性能。 高純剛玉質澆注料具有優異的高溫性能，由于組成中不含S^2等易揮發氧化物，因而具有優異的抗還原氣氛能力，已在冶金、建材、石油化工等行業得到了廣泛應用。高純剛玉質澆注料目前存在的問題主要有
1、鋁酸鈣水泥加入量和澆注料體積穩定性之間的矛盾。鋁酸鈣水泥對澆注料性能有著決定性影響，增加水泥加入量能夠提高澆注料坯體及烘干后強度，但是水泥加入量較大時高溫下反應生成六鋁酸鈣產生的體積膨脹較大，使得澆注料體積穩定性差。如何合理的控制澆注料加熱過程中的線變化率即體積穩定性，是制備出性能優異高純剛玉質澆注料的關鍵。2、當剛玉質澆注料不受渣和其它介質的侵蝕作用時，現有高純剛玉質澆注料由于密度大、導熱率較高，不利于節能，容易造成能源浪費。3、高純剛玉質澆注料采用電熔白剛玉和/或板狀剛玉為主要原料，并采用氧化鋁微粉和純鋁酸鈣水泥結合，所采用原料均為合成原料，使得其成本較高，限制了其大面積推廣應用。與燒結板狀剛玉和電熔白剛玉相比，工業氧化鋁是一種來源廣、價格低的原料。工業氧化鋁多數采用拜耳法生產，即利用含有大量游離苛性堿的循環液處理鋁礬土，溶出其中氧化鋁得到鋁酸鈉溶液。在鋁酸鈉溶液中添加氫氧化鋁晶種，經長時間攪拌便可分解析出氫氧化鋁結晶。將氫氧化鋁經合適溫度煅燒便可得到工業氧化鋁。工業氧化鋁是松散的結晶粉末，呈多孔疏松狀，具有自由流動的特性。工業氧化鋁的Al2O3含量一般在98%以上， 主要礦相為Y- Al2O3，經高溫煅燒可轉變為a - Al2O3 (剛玉)，同時發生顯著的體積收縮。
發明內容
針對上述現有剛玉質澆注料技術中所存在的問題，本發明提出一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料及其制備方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的所述的低成本低密度高CaO剛玉質澆注料包括剛玉質骨料和細粉、工業氧化鋁粉、活性氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、減水劑；所述的剛玉質骨料和細粉為電熔白剛玉或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，或為電熔白剛玉和燒結板狀剛玉任意比例混合的骨料和細粉；各原料的重量百分比為 剛玉質骨料55 78%
剛玉質細粉5 12%
工業氧化鋁粉4 16%
活性氧化鋁微粉4 12%
純鋁酸鈣水泥5 15%;
加入有減水劑，減水劑的加入量為上述原料重量的0. 05 0. 30%。 本發明在剛玉質澆注料中加入工業氧化鋁粉，目的在于利用工業氧化鋁很好的流動性、疏松多孔特性以及高溫煅燒會發生顯著體積收縮等特點，以達到降低剛玉質澆注料體積密度，緩沖六鋁酸鈣生成產生的體積膨脹的效果，從而制備出一種強度高、體積穩定性好的低密度高CaO剛玉質澆注料。本發明中所述電熔白剛玉的化學成分要求為Al2O3 >98.5%，燒結板狀剛玉的化學成分要求為Al2O3彡99.0%。剛玉骨料粒度范圍為8、. 088mm，剛玉細粉粒度要求 (0. 074mm。所述工業氧化鋁粉化學成份要求Al2O3彡98.0%，主晶相要求以Y- Al2O3為主， 粒度要求小于180 μ m。本發明采用活性氧化鋁微粉的化學成分要求Al2O3 > 98.5%，平均粒徑要求< 5 μ m。所述純鋁酸鈣水泥指的是Al2O3含量為65 82%的鋁酸鈣水泥。所述減水劑指的是三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚氰胺類縮合物、FS-10中的一種或幾種復合。本發明低成本低密度高CaO剛玉質澆注料的制備方法是將工業氧化鋁粉、活性氧化鋁微粉、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，即制得本發明的剛玉質澆注料。本發明具有以下優點
1、工業氧化鋁為疏松多孔狀、體積密度小，加入到澆注料中能明顯降低澆注料的體積密度，從而降低了澆注料的導熱系數，使其應用于高溫窯爐時熱量損失減少。與現有剛玉質澆注料相比，所發明澆注料單位體積所需材料的重量少，有利于耐火材料用戶降低成本。2、高溫下工業氧化鋁發生相變，由γ - Al2O3逐漸轉化為α - Al2O3體積明顯收縮， 為生成六鋁酸鈣產生的體積膨脹提供了空間，起到了很好的緩沖作用，保持了澆注料的體積穩定性。3、工業氧化鋁主要化學成分為Al2O3，和剛玉質澆注料主材質完全一致，加入后不影響剛玉質澆注料的高溫性能。工業氧化鋁主晶相為Y - Al2O3，反應活性高，更容易和鋁酸鈣水泥反應生成六鋁酸鈣，因而能夠在降低澆注料體積密度的同時保持優異的力學性能。4、與剛玉相比，工業氧化鋁價格較低、來源廣。以工業氧化鋁取代剛玉能夠降低澆注料的成本，提高產品的市場競爭優勢。本發明的剛玉質澆注料生產工藝簡單，適宜于大規模工業化生產。
具體實施方式
本發明的特點在于通過在剛玉質澆注料中加入工業氧化鋁，降低了剛玉質澆注料的成本，降低了剛玉質澆注料的體積密度和導熱系數，解決了現有剛玉質澆注料CaO含量和澆注料體積穩定性之間的矛盾。低成本低密度高CaO剛玉質澆注料的生產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或兩者以任意比例配合使用。下面舉例說明本發明的實施及特點，但本發明不局限于下述實施例，實施例中電熔白剛玉和燒結板狀剛玉之間可以以任意比例互相替代。實施例1 原料組分及配比(重量百分比)為電熔白剛玉顆粒骨料78%、電熔白剛玉細粉5%、工業氧化鋁粉4%、活性氧化鋁微粉8%、純鋁酸鈣水泥5%;減水劑加入量為原料總重量的0. 05%。實施例2 原料組分及配比(重量百分比)為燒結板狀剛玉顆粒骨料55%、燒結板狀剛玉細粉10%、工業氧化鋁粉16%、活性氧化鋁微粉4%、純鋁酸鈣水泥15%;減水劑加入量為原料總重量的0. 20%。實施例3 原料組分及配比(重量百分比)為燒結板狀剛玉顆粒骨料25%、電熔白剛玉顆粒40%、電熔白剛玉細粉9%、工業氧化鋁粉4%、活性氧化鋁微粉12%、純鋁酸鈣水泥10% ；減水劑加入量為原料總重量的0.30%。實施例4 原料組分及配比(重量百分比)為燒結板狀剛玉顆粒骨料60%、燒結板狀剛玉細粉4%、電熔白剛玉細粉8%、工業氧化鋁粉10%、活性氧化鋁微粉7%、純鋁酸鈣水泥11% ；減水劑加入量為原料總重量的0.25%。實施例5 原料組分及配比(重量百分比)為燒結板狀剛玉顆粒骨料50%、電熔白剛玉顆粒20%、燒結板狀剛玉細粉7%、電熔白剛玉細粉3%、工業氧化鋁粉8%、活性氧化鋁微粉4%、純鋁酸鈣水泥8%、；減水劑加入量為原料總重量的0. 15%。將上述比例工業氧化鋁粉、活性氧化鋁微粉、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，即制得本發明的剛玉質澆注料。
權利要求
1.一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料，其特征在于所述的剛玉質澆注料包括剛玉質骨料和細粉、工業氧化鋁粉、活性氧化鋁微粉、純鋁酸鈣水泥、減水劑；所述的剛玉質骨料和細粉為電熔白剛玉或燒結板狀剛玉的骨料和細粉，或為電熔白剛玉和燒結板狀剛玉任意比例混合的骨料和細粉；各原料的重量百分比為剛玉質骨料55 78%剛玉質細粉5 12%工業氧化鋁粉4 16%活性氧化鋁微粉4 12%純鋁酸鈣水泥5 15%;加入有減水劑，減水劑的加入量為上述原料重量的0. 05 0. 30%。
2.根據權利要求1所述的低成本低密度高CaO剛玉質澆注料，其特征在于電熔白剛玉的化學成分要求為Al2O3彡98. 5%，燒結板狀剛玉的化學成分要求為Al2O3彡99. 0%。
3.根據權利要求1所述的低成本低密度高CaO剛玉質澆注料，其特征在于剛玉骨料粒度范圍為8 0. 088mm,剛玉細粉粒度為彡0. 074mm。
4.根據權利要求1所述的低成本低密度高CaO剛玉質澆注料，其特征在于工業氧化鋁粉的化學成份要求Al2O3彡98.0%，晶相要求以Y- Al2O3為主，粒度要求小于180 μ m。
5.根據權利要求1所述的低成本低密度高CaO剛玉質澆注料，其特征在于活性氧化鋁微粉化學成分要求Al2O3 ^ 98.5%,平均粒徑要求< 5 μ m。
6.根據權利要求1所述的剛玉質澆注料，其特征在于純鋁酸鈣水泥指的是Al2O3含量為65 82%的鋁酸鈣水泥。
7.根據權利要求1所述的剛玉質澆注料，其特征在于所述的減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚氰胺類縮合物、FS-10中的一種或幾種復合。
8.一種按照權利要求1所述的剛玉質澆注料的制備方法，其特征在于將工業氧化鋁粉、活性氧化鋁微粉、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，即制得本發明的剛玉質澆注料。
全文摘要
本發明涉及一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料及其制備方法。本發明以目前常用剛玉質澆注料為基礎，通過加入工業氧化鋁粉，制備出來一種低成本低密度高CaO剛玉質澆注料。本發明利用工業氧化鋁高溫下相變產生的體積收縮，來彌補剛玉質澆注料中生成六鋁酸鈣所產生的體積膨脹，成功解決了水泥加入量和澆注料體積穩定性之間的矛盾。所發明的澆注料體積密度小導熱系數低，能夠減少其應用于高溫窯爐后的能量損耗，達到節能的目的。加入工業氧化鋁粉在一定程度上降低了澆注料成本，提高了澆注料競爭優勢。本發明所制備的剛玉質澆注料可廣泛應用于鋼鐵、有色、陶瓷和石化等高溫工業領域。
文檔編號C04B35/101GK102503492SQ201110354498
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者張振燕, 李志剛, 李紅霞, 祿向陽 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司