專(zhuān)利名稱(chēng)：一種復(fù)合結(jié)合氧化鋁-碳化硅-(碳)系不定形耐火材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)合氧化鋁-碳化硅-(碳)系不定形耐火材料。常溫下，依靠聚丙烯 酸乳液和可水化氧化鋁等的反應(yīng)形成聚丙烯酸鋁(鈣)產(chǎn)生結(jié)合，獲得所需的凝結(jié)、硬化、脫 模和干燥性能。高溫下，依靠反應(yīng)燒結(jié)形成莫來(lái)石結(jié)合，獲得良好的耐高溫性。同時(shí)，也有 利分散碳質(zhì)原料和改善防氧化層而提高使用壽命。
背景技術(shù)：
氧化鋁-碳化硅-(碳)材料是一種廣泛使用的耐火材料。
水泥工業(yè)使用氧化鋁一碳化硅耐火澆注料作為回轉(zhuǎn)窯窯口等處的材料。該材料依靠碳化 硅的氧化產(chǎn)生高粘度的物質(zhì)，在材料表面形成防氧化層，封堵表面氣孔。 一方面，防止碳化 硅的進(jìn)一步氧化，改善抗熱震性。另一方面，減少阻隔RO、 02等物質(zhì)的進(jìn)入，減緩侵蝕和改 善抗侵蝕性。由此，可以明顯提高材料的使用壽命。
水泥行業(yè)使用的氧化鋁一碳化硅材料是一種低水泥澆注料，其CaO含量為2. 5 1. 0%。 高溫下，氧化鈣等雜質(zhì)有向材料表面遷移富集，降低表面能的趨勢(shì)。這樣，就顯著改變了材 料表面的化學(xué)組成，降低了防氧化層的粘度，影響該層防止C0等溢出以及阻隔02、 RO等物 質(zhì)侵入的作用，削弱了材料耐侵蝕、抗熱震的能力。
在鋼鐵工業(yè)中，氧化鋁一碳化硅一碳材料用于鐵溝等接觸鐵水的設(shè)備。其中，材料中的 碳在提高性能、延長(zhǎng)壽命方面發(fā)揮著重要作用。其一，碳與熔渣、鐵水的潤(rùn)濕角大于110度， 不易被熔渣、鐵水潤(rùn)濕，從而降低熔渣、鐵水對(duì)耐火材料的侵蝕。其二，首先碳氧化成為CO; 接著，SiC轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO氣體；然后，SiO在材料表面氧化產(chǎn)生Si02沉積，封堵耐火材料的氣孔， 又提高了材料的抗?jié)B透、耐侵蝕性能。見(jiàn)以下各反應(yīng)式
2C(s)+02(g)=2C0(g) 1) SiC(s)+C0(g)=Si0(g〉+2C(s) 2).
SiO(g)+CO(g)=Si02(s)+C(s)〈在材料內(nèi)部〉 3)
SiO(g)+l/202(g)=Si02(s) 〈在材料表面〉 4)
所述氧化鋁一碳化硅一碳系不定形耐火材料所用的碳質(zhì)原料主要是瀝青、樹(shù)脂、碳黑和 石墨。 一般，石墨的理化性能最高、碳黑次之，樹(shù)脂再次之，瀝青最差。石墨具有揮發(fā)份低、 抗侵蝕性和抗氧化性好等一系列優(yōu)良特性。但是，石墨或碳黑是非極性物質(zhì)，可分散于非極 性液體，難以分散于極性液體。由此，前述澆注料不僅碳含量低(一般《5%)，且碳源也主要 是瀝青或樹(shù)脂。所以，該類(lèi)材料的性能和壽命都不盡人意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種復(fù)合結(jié)合氧化鋁-碳化硅-(碳)系不定形耐火材料。為此，發(fā) 明人提出了一種新的結(jié)合常溫下，依靠聚丙烯酸乳液和可水化氧化鋁和微量水泥的反應(yīng)形 成聚丙烯酸鋁(鈣)結(jié)合相，獲得所需的凝結(jié)、硬化、脫模和干燥性能。高溫下，依靠硅灰和 氧化鋁的反應(yīng)燒結(jié)形成莫來(lái)石結(jié)合，獲得良好的耐高溫性。與低水泥鋁碳化硅碳材料相比， 本發(fā)明的材料有較好的抗渣性。因此，本產(chǎn)品替代水泥結(jié)合的產(chǎn)品可望延長(zhǎng)主溝渣線的使用 壽命。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這一結(jié)合用于氧化鋁-碳化硅-(碳)材料除明顯改善高溫性能外，還可明顯 改善抗侵蝕性，從而有望顯著提高使用壽命。
首先，使用聚丙烯酸和可水化氧化鋁作結(jié)合劑，就顯著降低了凝結(jié)、固化對(duì)水泥的需求， 大幅減少了水泥摻量。相應(yīng)，水泥帶入澆注料的氧化鈣從2. 5 1. 0%降至 0. 1%。隨之，材 料的高溫性能大幅改善。這樣，就增強(qiáng)了襯料抵抗?fàn)t料沖刷、磨蝕的能力，有利于提高使用 壽命。其次，雜質(zhì)含量的減少，提高了表面防氧化層的純度。由于純度增高，表面防氧化層
具有更高的粘度或強(qiáng)度，能夠更加有效地防止CO等氣體的溢出，阻隔02、 RO的侵入，有利
于提高材料的使用壽命。第三，所述聚丙烯酸乳液為"水包油"型無(wú)機(jī)一有機(jī)膠體溶液，其
有機(jī)物的含量高達(dá)40 50%。從而相對(duì)水溶液，乳液可明顯改善對(duì)碳質(zhì)原料的潤(rùn)濕和分散。
一般，聚丙烯酸乳膠的分子量約106，乳化^IJ的分子量為2000 5000。聚丙烯酸乳膠是 以水、單體、引發(fā)劑和乳化劑為原料，經(jīng)聚合反應(yīng)制得的。它可以看成是聚丙烯酸類(lèi)物質(zhì)分 散在水中形成的穩(wěn)定分散體系。乳膠中高分子量聚丙烯酸帶有的大量非極性基團(tuán)可以改善對(duì) 碳質(zhì)原料的潤(rùn)濕。所以，聚丙烯酸乳膠對(duì)碳質(zhì)原料的分散能力較水有很大提高。
目前，鐵溝料主要采用球狀瀝青為碳質(zhì)原料。球狀瀝青是煤焦油瀝青經(jīng)200—300'C處理 后，被霧化形成0.1 0.5mm的球形粒子。球狀瀝青表面光滑、粒徑較均，其中很多組分帶有 極性基團(tuán)，故相對(duì)容易分散。但是，球狀瀝青的碳含量只有60%。為提高材l^的性能，希望 使用碳含量更高的碳黑，特別是含碳量高、抗氧化性好的石墨作為碳質(zhì)原料。事實(shí)上，碳黑 或石墨經(jīng)特殊處理后是可以用于含碳耐火澆注料的。例如，碳黑在水中的分散性與其粒徑大 小和表面酸堿性有關(guān)，其中粒徑較小的酸性炭黑粒子易于分散。具體來(lái)說(shuō)碳黑經(jīng)過(guò)硝酸、 過(guò)氧化氫等氧化劑處理后，表面含氧基團(tuán)的數(shù)量增加100-400%，在水中的分散性就得到改觀。 為把碳黑或石墨分散到水中，還可以使用分散劑。這是一種最簡(jiǎn)單、而很有效果的分散 碳質(zhì)原料的辦法。例如采用經(jīng)處理的碳化+PVP(聚乙烯吡咯烷酮)可以制得具有分散性和穩(wěn) 定性的碳素墨水。再如，使用PVP、 PVA(聚乙烯醇)、SA-Na(海藻酸鈉)和PA-Na(聚丙烯酸鈉) 都可以顯著改善石墨一水懸浮液的分散性及其穩(wěn)定性。綜上所述，聯(lián)合采用乳化技術(shù)、表面 改性技術(shù)和分散劑技術(shù)，就基本解決了在耐火澆注料中分散碳黑、石墨粉體的問(wèn)題。
根據(jù)以上設(shè)計(jì)提出材料的配方為
8 — 3mm剛玉或鋁磯土 26-32%
3—lmm剛玉或鋁磯土 18-26%
1-0. 0088mm剛玉或鋁磯土 10-22%
1-0. 0088mm碳化硅 0-15%
1-0. 0088mm球狀瀝青 0-3%
dM 〈0. 088mm剛玉或鋁磯土 0-20%
〈 0. 088mm碳化硅 0-20%
cU 〈 0.088mm高碳原料 0-3%
a氧化鋁微粉 0-5%
可水化氧化鋁 1-8%
硅灰 1-6%
鋁酸鈣水泥 0-2%
外加高效減水劑(聚羧酸+磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物) 0. 05-0, 4%
外加聚丙烯酸系乳液 1-6%
外加水 1-6% 以上原料的特征
所述剛玉為市售剛玉耐火材料產(chǎn)品，包括電熔剛玉(致密剛玉、白剛玉、亞白〈高鋁〉剛玉 和棕剛玉)，以及燒結(jié)剛玉(板狀燒結(jié)剛玉、普通燒結(jié)剛玉)。 所述礬土為市售高鋁礬土耐火原料。 所述碳化硅、球狀瀝青為市售原料。 所述高碳原料為經(jīng)過(guò)表面處理的市售碳黑、石墨粉體。
所述a氧化鋁微粉為市售同名耐火材料產(chǎn)品，其粒徑dso(粉體中占總量50%小顆粒和占總 量50%大顆粒的分界尺寸)《8微米。
所述可水化氧化鋁為市售產(chǎn)品，其主成分為P —A1A的介穩(wěn)氧化鋁晶體的混合物。 所述硅灰為市售耐火材料產(chǎn)品。
所述鋁酸鈣水泥為市售耐火水泥，包括A1A含量80%和70%的鋁80或鋁70純鋁酸鈣耐 火水泥。
所述高效減水劑為市售混凝土減水劑，包括磺化萘甲醛聚合物高效減水劑，磺化三聚氰 胺聚合物高效減水劑，以及聚羧酸系高效減水劑的任意配合。
所述聚丙烯酸系乳液系市售建筑聚丙烯酸乳^i，包括建筑聚丙烯酸乳液、建筑丙烯酸及
丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸一丙烯酸酯一苯乙烯三元共聚非離子型水溶性乳液P乳液的 固體含量40-60%,典型粒徑0.1-0. 3 y tn， PH值6-9。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
采用8—3mm普通燒結(jié)剛玉31%, 3—lmm普通燒結(jié)剛玉21%， 1-0. 088tnm普通燒結(jié)剛玉20%, <0. 088trnn電熔剛玉8%， <0. 088mm碳化硅10%,氧化鋁微粉3%，硅灰2%，鋁8.0水泥0. 5%， 可水化氧化鋁5%,，外加聚羧酸減水劑0. 1%，聚丙烯酸乳液3%，水3%后伴和，獲得流動(dòng)性良 好的漿體。成形后，漿體0.5小時(shí)凝結(jié)，1.5小時(shí)固化，12小時(shí)以后可以脫模。經(jīng)11(TCX 24H干燥，試樣獲得10MPa的抗折強(qiáng)度，40MPa的耐壓強(qiáng)度。經(jīng)110CTC X3小時(shí)熱處理獲得 12MPa的抗折強(qiáng)度，53MPa的耐壓強(qiáng)度，燒成線變化為0. 0%。經(jīng)1500°C X 3小時(shí)熱處理獲得 18MPa的抗折強(qiáng)度，94MPa的耐壓強(qiáng)度，燒成線變化為0. 08%。本發(fā)明的產(chǎn)品具有顯著優(yōu)于現(xiàn) 有無(wú)水泥澆注料的凝結(jié)、硬化、脫模、干燥和加熱性能。因水泥帶入的氧化鈣含量?jī)H0. 1%， 還有良好的耐高溫性。實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)定目的。
實(shí)施例2
采用8 — 3mm電熔致密剛玉29%， 3 — lmm致密剛玉26%， 1-0. 088mm致密剛玉7%， 1-0. 088mm 碳化硅7%， 1-0. 088mm球?yàn)r青3%， 〈0. 088mm碳化硅16. 5%， 〈0. 088mm氧化改性碳黑1. 5%, 氧化鋁微粉3%，硅灰2%，可水化氧化鋁5%，，外加聚羧酸減水劑0. 1%，聚丙烯酸乳液3%， 水3%后伴和，獲得成形性能良好的漿體。脫模后，試樣經(jīng)110。CX24h處理的性能抗折強(qiáng) 度3MPa，耐壓強(qiáng)度41MPa;經(jīng)1450°C X 3h埋碳處理的性能抗折強(qiáng)度6MPa，耐壓強(qiáng)度60MPa， 線變化+0.2%，相對(duì)侵蝕指數(shù)55%。
與低水泥鋁碳化硅碳材料相比，本發(fā)明的材料有較好的抗渣性。因此，本產(chǎn)品替代水泥 結(jié)合的產(chǎn)品可望延長(zhǎng)主溝渣線等部位耐火材料的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合結(jié)合氧化鋁-碳化硅-(碳)系不定形耐火材料，其特征在于所述材料配方為8—3mm剛玉或鋁礬土 26-32％3—1mm剛玉或鋁礬土 18-26％1-0. 0088mm剛玉或鋁礬土 10-22％1-0. 0088mm碳化硅 0-15％1-0. 0088mm球狀瀝青 0-3％d90<0.088mm剛玉或鋁礬土0-20％d90<0.088mm碳化硅 0-20％d90<0.088mm高碳原料0-3％α氧化鋁微粉0-5％可水化氧化鋁 1-8％硅灰 1-6％鋁酸鈣水泥 0-2％外加高效減水劑 0.05-0.4％外加聚丙烯酸系乳液 1-6％外加水 1-6％所述剛玉為市售剛玉耐火材料產(chǎn)品，包括電熔剛玉(致密剛玉、白剛玉、亞白<高鋁>剛玉和棕剛玉)，以及燒結(jié)剛玉(板狀燒結(jié)剛玉、普通燒結(jié)剛玉)；所述礬土為市售高鋁礬土耐火原料；所述碳化硅、球狀瀝青為市售原料；所述高碳原料為經(jīng)過(guò)表面處理的市售碳黑、石墨粉體；所述α氧化鋁微粉為市售同名耐火材料產(chǎn)品，其粒徑d50(粉體中占總量50％小顆粒和占總量50％大顆粒的分界尺寸)≤8微米；所述可水化氧化鋁為市售產(chǎn)品，其主成分為ρ—Al2O3的介穩(wěn)氧化鋁晶體的混合物；所述硅灰為市售耐火材料產(chǎn)品；所述鋁酸鈣水泥為市售耐火水泥，包括Al2O3含量80％和70％的鋁80或鋁70純鋁酸鈣耐火水泥；所述高效減水劑為市售混凝土減水劑，包括磺化萘甲醛聚合物高效減水劑，磺化三聚氰胺聚合物高效減水劑，以及聚羧酸系高效減水劑的任意配合；所述聚丙烯酸系乳液系市售建筑聚丙烯酸乳液，包括建筑聚丙烯酸乳液、建筑丙烯酸及丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸—丙烯酸酯—苯乙烯三元共聚非離子型水溶性乳液。乳液的固體含量40-60％，典型粒徑0.1-0.3μm，PH值6-9。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)合氧化鋁-碳化硅-(碳)系不定形耐火材料，其配方為8-3mm剛玉或鋁礬土26-32％、3-1mm剛玉或鋁礬土18-26％、1-0.0088mm剛玉或鋁礬土10-22％、1-0.0088mm碳化硅0-15％、1-0.0088mm球狀瀝青0-3％、d₉₀＜0.088mm剛玉或鋁礬土0-20％、d₉₀＜0.088mm碳化硅0-20％、d₉₀＜0.088mm高碳原料0-3％、α氧化鋁微粉0-5％、可水化氧化鋁1-8％、硅灰1-6％、鋁酸鈣水泥0-2％、外加高效減水劑(聚羧酸+磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物)0.05-0.4％、外加聚丙烯酸系乳液1-6％、外加水1-6％。與低水泥鋁碳化硅碳材料相比，本發(fā)明的材料有較好的抗侵蝕性。因此，本產(chǎn)品替代水泥結(jié)合的產(chǎn)品可望延長(zhǎng)水泥窯窯口及高爐主溝渣線的使用壽命。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101367664SQ200810168820
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者劉錫俊, 葉亞紅, 王俊濤, 王杰曾, 林 袁, 趙洪亮 申請(qǐng)人:瑞泰科技股份有限公司