專利名稱：一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于輕質澆注料技術領域。具體涉及ー種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法。
背景技術：
澆注料是不定形耐火材料中的ー種，具有容易施工、不受窯爐結構形狀限制和能方便地制作成不同形狀的爐襯等優點。隨著對節能和減排的要求日益提高，環保和高效的輕質澆注料的研制已越來越受到關注。堇青石是ー種硅酸鹽礦物，其化學式為2Mg0*2Al203*5Si02，具有很小的熱膨脹系數、優異的抗熱震性、低導熱率和較好的化學穩定性。鎂鋁尖晶石(簡稱尖晶石)是MgO-Al2O3ニ元系中唯一穩定的中間化合物，其化學式為MgOAl2O3，具有熔點高、高溫強度高、抗介質 侵蝕能力強等優點。將尖晶石引入以堇青石為主要成分的材料中，能提高堇青石材料機械強度、使用溫度和高溫抗介質侵蝕能力，故堇青石-尖晶石輕質材料的機械強度、使用溫度及高溫抗介質侵蝕能力都高于堇青石材料。關于堇青石輕質澆注料及堇青石-尖晶石輕質材料的研究已有一定進展，但存在一些問題如“一種堇青石輕質澆注料及其制備方法”(CN201210272265. 8)專利技術，以多孔堇青石陶瓷為骨料制備了輕質澆注料，但其以鋁酸鈣水泥為結合劑，即在MgO-Al2O3-SiO2三元體系中引入CaO，降低了低共熔點溫度，限制了最高使用溫度；“低熱膨脹高強度堇青石結構體的制造”(ZL99813431. 7)專利技術，采用擠壓成型法制備出了具有一定氣孔率的以堇青石為主晶相、以尖晶石為次晶相的堇青石陶瓷棒，但ー方面擠壓成型法制備的產品不能現場澆注成整體爐襯材料、不能制備結構復雜的耐火材料，另ー方面，此專利產品最高氣孔率只有37%、且為均質材料，保溫效果和抗介質侵蝕能力均較差；“以鎂鋁尖晶石為原料利用選擇性脫堿法制造多孔陶瓷。國外耐火材料，2006，31 (2) :21-24”文獻技術采用對以MgO-Al2O3-SiO2系為原料進行選擇性脫堿的方法制備了含尖晶石和堇青石的多孔陶瓷薄膜，但制備過程較復雜、生產成本較高，且不適合現場澆注成整體爐襯材料和制備結構復雜的耐火材料；“由回收材料成型的MgO-Al2O3-SiO2耐火陶瓷。耐火與石灰，2008，33 (5)41-45”文獻技術先采用化學方法對原料進行處理、后采用機壓成型方法制備了有氣孔的耐火堇青石-尖晶石料體，但其制備過程復雜，且為定型制品，同樣不適合現場澆注成整體爐襯材料和制備結構復雜的耐火材料。
發明內容
本發明g在克服現有技術缺陷，目的是提供一種制備エ藝簡單的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，用該方法制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料不僅環境友好、顯氣孔率可控、氣孔尺寸可控和燒后體積變化可控，且平均孔徑小、熱導率低、顯氣孔率高、強度更高、熱震穩定優異性、抗介質侵蝕能力更佳和使用溫度更高。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是以4(T70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、5 15wt%的氧化鎂細粉、11 30wt%的エ業氧化鋁細粉、2 8wt%的P -Al2O3細粉、2 10wt%的氧化硅微粉和I 14wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料8 20wt%的水和0. 02 lwt%的減水劑，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥8 48小吋，即得堇青石-尖晶石輕質澆注。多孔堇青石陶瓷顆粒的制備方法是先將8 12wt%的煤矸石粉、33 37wt%的Al (OH)3粉、8 12wt%的滑石粉、13 17wt%的菱鎂礦粉和28 32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3 12wt%的水攪拌均勻，壓制成型，將成型后的坯體在110°C條件下干燥8 36小時；然后在1300 1400で條件下保溫I飛小時燒成，即得多孔堇青石陶瓷；最后將多孔堇青石陶瓷破碎，篩分，選取粒徑為8、. Imm的顆粒為多孔堇青石陶瓷顆粒。在上述技術方案中氧化鎂細粉為電熔鎂砂、燒結鎂砂和輕燒鎂砂中的ー種以 上，氧化鎂細粉的MgO含量大于93wt%，粒徑小于88 ii m ;エ業氧化鋁細粉的Al2O3含量大于96wt%,粒徑小于88 ii m ; P -Al2O3細粉的粒徑小于88 y m ;氧化娃微粉的SiO2含量大于93wt%,粒徑小于4 ii m ;娃石細粉的SiO2含量大于95wt%,粒徑小于88 y m ;減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和聚羧酸系減水劑中的ー種以上。本發明采用申請人申請的“ ー種多孔堇青石陶瓷材料及其制備方法(CN201110038289.2)”專利技術制備多孔堇青石陶瓷顆粒，再以所制備的多孔堇青石陶瓷顆粒為多孔骨料，以鎂砂細粉、エ業氧化鋁細粉、P -Al2O3細粉、氧化硅微粉和硅石細粉為基質制備出輕質澆注料，制備エ藝簡單。本發明所制備的產品化學成分主要是MgO、Al2O3和SiO2，其骨料晶相為堇青石，基質晶相為堇青石和尖晶石；所制備的輕質澆注料既有良好的保溫性能和優異的熱震穩定性，又有更高的使用溫度和更強的抗介質侵蝕能力。因此，本發明制備エ藝簡單，所制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料不僅具有施工方便、環境友好、顯氣孔率可控、氣孔尺寸可控和燒后體積可控的特點，還具有平均孔徑小、熱導率低、顯氣孔率高、強度更高、熱震穩定性優異、更佳的抗介質侵蝕能力和更高的使用溫度的特點。本發明所制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料適用于工作溫度低于1410°c的高溫窯爐或容器的永久層和工作層。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進ー步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式
中的原料統ー描述如下，實施例中不再贅述 氧化鎂細粉為電熔鎂砂、燒結鎂砂和輕燒鎂砂的MgO含量大于93wt%，粒徑小于
88 u m ；
エ業氧化鋁細粉的Al2O3含量大于96wt%，粒徑小于88 ii m ;
P -Al2O3細粉的粒徑小于88 ii m ;
氧化娃微粉的SiO2含量大于93wt%,粒徑小于4 ii m ;
硅石細粉的SiO2含量大于95wt%，粒徑小于88 ii m ;
多孔堇青石陶瓷顆粒的制備方法是先將8 12wt%的煤矸石粉、33 37wt%的Al (OH)3粉、8 12wt%的滑石粉、13 17wt%的菱鎂礦粉和28 32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3 12wt%的水攪拌均勻，壓制成型，將成型后的坯體在110°C條件下干燥8 36小時；然后在1300 1400で條件下保溫f 6小時燒成，即得多孔堇青石陶瓷；最后將多孔堇青石陶瓷破碎，篩分，選取粒徑為8、. Imm的顆粒為多孔堇青石陶瓷顆粒。實施例I
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以5(T70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、5 8wt%的氧化鎂細粉、11 18wt%的エ業氧化鋁細粉、2 3wt%的P -Al2O3細粉、5 6wt%的氧化硅微粉和7 12wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料8 14wt%的水和0. 02、. 4wt%的三聚磷酸鈉，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥8 18小時。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為35 40%，平均孔徑為l(T20Mffl ;多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是8、mm占原料8"l2wt%,5 3mm占原料18 24wt%, 3 lmm占原料18 24wt%，ro. Imm占原料6 10wt% ;氧化鎂細粉為電熔鎂砂細粉。采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為35 42%、體積密度為I. 44^1. 70g/cm3和抗折強度為4 8MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經130(Tl43(TC條件下燒成，保溫時間為2飛小時，得到顯氣孔率為35 45%、體積密度為I. 42 I. 72g/cm3、平均孔徑為 l(T20Mm和抗折強度為9 16MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料。實施例2
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以4(T60wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、8 13wt%的氧化鎂細粉、17 26wt%的エ業氧化鋁細粉、4 6wt%的P -Al2O3細粉、5 7wt%的氧化硅微粉和5 8wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料12 16wt%的水、0. ro. 3wt%的三聚磷酸鈉和0. ro. 3wt%的六偏磷酸鈉，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥16 32小吋。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為38 46%，平均孔徑為2(T30Mffl;多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是5 3mm占原料15 22wt%, 3 Imm占原料15 22wt%,ro. Imm占原料l(Tl6wt% ;氧化鎂細粉由燒結鎂砂和輕燒鎂砂組成，燒結鎂砂占氧化鎂細粉50 70wt%，輕燒鎂砂占氧化鎂細粉30 50wt%。采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為42 50%、體積密度為I. 55^2. 02g/cm3和抗折強度為5 IOMPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經130(Tl430°C條件下燒成，保溫時間為3 8小時，得到顯氣孔率為40 52%、體積密度為I. 55 2. 04g/cm3、平均孔徑為2(T30Mm和抗折強度為9 15MPa的堇青石輕質澆注料。實施例3
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以4(T70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、8 15wt%的氧化鎂細粉、15 30wt%的エ業氧化鋁細粉、4 8wt%的P -Al2O3細粉、2 4wt%的氧化硅微粉和I 3wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料16 20wt%的水、0. ro. 3wt%的三聚磷酸鈉和0. 05、. 15wt%的聚羧酸系減水劑,攪拌均勻,澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥30 48小吋。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為45 55%，平均孔徑為15 25Mm ;多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是3 Imm占原料15 30wt%, I 0. Imm占原料25 40wt% ;氧化鎂細粉由電熔鎂砂、燒結鎂砂和輕燒鎂砂組成，電熔鎂砂占氧化鎂細粉3(T40wt%，燒結鎂砂占氧化鎂細粉30 40被％，輕燒鎂砂占氧化鎂細粉20 30被％。采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為45 58%、體積密度為I. 52^2. IOg/cm3、抗折強度為:T6MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經130(Tl43(rC條件下燒成，保溫時間為3 8小時，得到顯氣孔率為45 60%、體積密度為I. 50 2. 14g/cm3、平均孔徑為15 25Mm、抗折強度為5 12MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料。實施例4
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以4(T60wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、7 llwt%的氧化鎂細粉、15 22wt%的エ業氧化鋁細粉、4 6wt%的P -Al2O3細粉、7 10wt%的氧化硅微粉和7 llwt%的硅石細粉為原料，外加所述原料12 18wt%的水和0. 05^0. 3wt%的聚羧酸系減水劑，攪拌均勻，澆注成型，成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥16 32小時。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為40 45%，平均孔徑為l(T20Mffl ；多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是5 3mm占原料15 22wt%, 3 Imm占原料15 22wt%,ro. Imm占原料l(Tl6wt% ;氧化鎂細粉為輕燒鎂砂。
采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為4(T48%、體積密度為I. 5(Tl. 80g/cm3和抗折強度為3飛MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經130(Tl 430°C條件下燒成，保溫時間為2飛小時，得到顯氣孔率為39 50%、體積密度為I. 51 I. 83g/cm3、平均孔徑為l(T20Mm和抗折強度為7 16MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料。實施例5
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以4(T70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、5 10wt%的氧化鎂細粉、11 22wt%的エ業氧化鋁細粉、2 4wt%的P -Al2O3細粉、5 10wt%的氧化硅微粉和7 14wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料l(Tl8wt%的水、0. ro. 4wt%的三聚磷酸鈉、0. ro. 4wt%的六偏磷酸鈉和0. 05、. 2wt%的聚羧酸系減水劑,攪拌均勻,燒注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥16 32小吋。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為40 45%，平均孔徑為l(T20Mffl ;多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是3 lmm占原料15 25wt%, 1^0. Imm占原料25 40wt% ;氧化鎂細粉為燒結鎂砂。采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為3擴46%、體積密度為I. 42 I. 73g/cm3、抗折強度為4、MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經1300 1430で條件下燒成，保溫時間為3 8小時，得到顯氣孔率為40 49%、體積密度為I. 41 I. 75g/cm3、平均孔徑為l(T20Mm、抗折強度為6 15MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料。實施例6
一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法以4(T60wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、8 13wt%的氧化鎂細粉、17 26wt%的エ業氧化鋁細粉、4 6wt%的P -Al2O3細粉、5 7wt%的氧化硅微粉和5 8wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料l(Tl5wt%的水和0. ro. 4wt%的六偏磷酸鈉，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥16 32小吋。本實施例中多孔堇青石陶瓷顆粒的顯氣孔率為38 46%，平均孔徑為2(T25Mffl ；多孔堇青石陶瓷顆粒的顆粒級配比是5 3mm占原料15 22wt%, 3 Imm占原料15 22wt%,ro. Imm占原料l(Tl6wt% ;氧化鎂細粉由燒結鎂砂和電熔鎂砂組成，燒結鎂砂占氧化鎂細粉30 70wt%，電熔鎂砂占氧化鎂細粉30 70wt%。
采用本實施例所述技術方案，制得顯氣孔率為40 48%、體積密度為I. 58 2. 05g/cm3、抗折強度為4 8MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料；經1300 1430で條件下燒成，保溫時間為3 8小時，得到顯氣孔率為40 50%、體積密度為I. 60 2. 08g/cm3、平均孔徑為2(T25Mm、抗折強度為7 16MPa的堇青石-尖晶石輕質澆注料。
本具體實施方式
先采用申請人申請的“ー種多孔堇青石陶瓷材料及其制備方法(CN201110038289. 2)”專利技術制備多孔堇青石陶瓷顆粒，再以所制備的多孔堇青石陶瓷為多孔骨料，以鎂砂細粉、エ業氧化鋁細粉、P -Al2O3細粉、氧化硅微粉和硅石細粉為基質來制備輕質澆注料，制 備エ藝簡單。所制備的產品化學成分主要是MgO、Al2O3和SiO2，其骨料的晶相為堇青石，基質晶相為堇青石和尖晶石。通過該具體實施方式
所制備的輕質澆注料既有良好的保溫性能和優異的熱震穩定性，又有更高的使用溫度和更強的抗介質侵蝕能力。因此，本具體實施方式
制備エ藝簡單，所制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料不僅具有施工方便、環境友好、顯氣孔率可控、氣孔尺寸可控和燒后體積可控的優點，還具有平均孔徑小、熱導率低、顯氣孔率高、強度更高、熱震穩定性優異、抗介質侵蝕能力更佳和使用溫度更高的優點。本具體實施方式
所制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料適用于工作溫度低于1410°C的高溫窯爐或容器的永久層或工作層。
權利要求
1.一種堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于以4(T70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、5 15wt%的氧化鎂細粉、11 30wt%的工業氧化鋁細粉、2 8wt%的P -Al2O3細粉、2 10wt%的氧化硅微粉和l 14wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料8 20wt%的水和0. 02 lwt%的減水劑，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110°C條件下干燥8 48小時，即得堇青石-尖晶石輕質澆注； 多孔堇青石陶瓷顆粒的制備方法是先將8 12wt%的煤矸石粉、33 37wt%的Al (OH)3粉、8 12wt%的滑石粉、13 17wt%的菱鎂礦粉和28 32wt%的硅石粉混合，再外加上述混合料3 12wt%的水攪拌均勻，壓制成型，將成型后的坯體在110°C條件下干燥8 36小時；然后在130(Tl4(KrC條件下保溫f 6小時燒成，即得多孔堇青石陶瓷；最后將多孔堇青石陶瓷破碎，篩分，選取粒徑為8、. Imm的顆粒為多孔堇青石陶瓷顆粒。
2.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述氧化鎂細粉為電熔鎂砂、燒結鎂砂和輕燒鎂砂中的一種以上，氧化鎂細粉的MgO含量大于93wt%,粒徑小于88 u m。
3.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述工業氧化鋁細粉的Al2O3含量大于96wt%，粒徑小于88 u m。
4.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述P -Al2O3細粉的粒徑小于88 u m。
5.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述氧化娃微粉的SiO2含量大于93wt%,粒徑小于4 ii m。
6.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述硅石細粉的SiO2含量大于95wt%，粒徑小于88 u m。
7.根據權利要求I所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法，其特征在于所述減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和聚羧酸系減水劑中的一種以上。
8.根據權利要求r7項中任一項所述的堇青石-尖晶石輕質澆注料的制備方法所制備的堇青石-尖晶石輕質澆注料。
全文摘要
本發明涉及一種堇青石-尖晶石輕質澆注料及其制備方法。其技術方案是以40~70wt%的多孔堇青石陶瓷顆粒、5~15wt%的氧化鎂細粉、11~30wt%的工業氧化鋁細粉、2~8wt%的ρ-Al2O3細粉、2~10wt%的氧化硅微粉和1~14wt%的硅石細粉為原料，外加所述原料8~20wt%的水和0.02~1wt%的減水劑，攪拌均勻，澆注成型；成型后的坯體自然干燥24小時，再在110℃條件下干燥8~48小時，制得堇青石-尖晶石輕質澆注料。本發明制備工藝簡單，其制品既具有施工方便、環境友好、顯氣孔率可控、氣孔尺寸可控和燒后體積可控的特點，又具有平均孔徑小、熱導率低、顯氣孔率高、強度大、熱震穩定性好、抗介質侵蝕能力強和使用溫度高的特點，適用于工作溫度低于1410℃的高溫窯爐或容器的永久層或工作層。
文檔編號C04B35/622GK102850044SQ20121035736
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者鄢文, 李楠, 柯昌明, 魏耀武, 韓兵強, 李友勝 申請人:武漢科技大學