專利名稱：可噴涂的耐火材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)質(zhì)上無(wú)堿的耐火材料組合物，該組合物優(yōu)先與水混合，并且噴到嘵口盤(pán)的永久爐襯上形成隨即易處理的爐襯。澆口盤(pán)和鑄勺是加工金屬和金屬合金中使用的中間密閉容器。這些容器包括耐熱性高的永久耐火爐襯材料。一種材料如50～70%Al2O3磚經(jīng)常被用于形成永久耐火爐襯。雖然永久爐襯材料的耐熱性高，但是，在熔融金屬加工期間與熔融金屬接觸，以及多次的冷熱循環(huán)會(huì)腐蝕永久爐襯，需要頻繁的更換永久爐襯。因此，根據(jù)澆口盤(pán)的永久爐襯或其它熔融金屬加工裝置的永久爐襯制成干燥可振動(dòng)的，可抹平的、可噴射或可噴涂的耐火材料制成的易處理的爐襯。
該易處理的爐襯用作為熱的或化學(xué)阻擋層，該阻擋層保護(hù)永久爐襯，同時(shí)保持熔融金屬的溫度。在澆口盤(pán)或鑄勺經(jīng)多次循環(huán)使用之后，更換易處理的爐襯。由于與永久爐襯相比，易處理爐襯具有不同的熱膨脹系數(shù)，“脫渣殼desklling或除去易處理爐襯應(yīng)該是容易完成的。但是，過(guò)去使用的形成這類(lèi)易處理爐襯的耐火材料組合物常常包括堿性氧化物，如，Na2O和K2O。澆口盤(pán)和鑄勺的熱滲透能引起易處理爐襯和永久爐襯的界面發(fā)生反應(yīng)。在這個(gè)界面上，該氧化物可與永久爐襯發(fā)生反應(yīng)，由此造成兩個(gè)爐襯的熔化。因此，易處理爐襯的脫渣殼變得困難，在這操作期間，熔化到易處理爐襯中的部分永久爐襯可被除去。而且，永久爐襯的污染增加了靠近易處理爐襯層的熱膨脹系數(shù)。該層和剩余的永久爐襯之間不同的膨脹能使永久爐襯的薄層剝落，因而導(dǎo)致過(guò)早的損壞。
堿性耐火材料通常用作為易處理爐襯材料。術(shù)語(yǔ)“堿性”是指這些材料的化學(xué)特性，而不是指其組合物的組成。堿性耐火材料包括氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石，氧化鈣或其混合物。
除了耐火骨料之外，這類(lèi)傳統(tǒng)的耐火材料組合物還可包含各種粘結(jié)劑，降低密度的物質(zhì)和增塑劑。此外，為了便于抹平，噴涂或噴射之用，通常向組合物中加入水。
可噴耐火材料一般含約20～30%重量的水，于是，能將它們通過(guò)皮帶管泵送，并且當(dāng)它們與噴槍中的壓縮空氣混合時(shí)可噴霧?？蓢婌F的爐襯很適用于澆鑄容器如熱頂，鑄勺、澆口盤(pán)，槽和管子。
至今，人們已經(jīng)觀察到可噴的耐火材料具有坍塌的缺點(diǎn)，即目前所使用的耐火材料缺少必要的粘附，以保持固定到被其施用的表面上。
因此，很有必要提供一種有利于用作為易處理爐襯的可噴霧耐火材料，而該爐料具有令人滿意的熱絕緣性，容易從永久爐襯上除去，并且它提供了沒(méi)有明顯的濕材料塌落的均勻?qū)?，更有必要提供一種可噴霧材料，該材料具有以上的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其密度還不超過(guò)100磅/英尺3(“P.C.F.”)，并且允許噴槍的停留時(shí)間高達(dá)約30～40分鐘而不堵塞。此外，如果這些材料基本上沒(méi)有堿性氧化物存在，那么可以減輕永久爐襯的污染和/或過(guò)早損壞的問(wèn)題。
按照本發(fā)明，提供了一種實(shí)質(zhì)上無(wú)堿性氧化物的耐火材料，該材料能被用作為易處理的耐火爐襯，該爐襯具有令人滿意的耐化學(xué)和耐高溫性并且在冷卻后能容易的除去。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供了一種低密度，實(shí)質(zhì)上無(wú)堿性氧化物的耐火材料組合物，其組合物含有不超過(guò)0.1%重量的堿性氧化物。而且，該組合物在噴霧使用時(shí)能防止塌落，同時(shí)具有的停留時(shí)間高達(dá)約30～40分鐘，而噴霧裝置沒(méi)有堵塞。該組合物的干基密度低于100P.C.F，一般約80～95P.C.F。另外，該組合物的堿性組分總含量不超過(guò)組合物總量的0.1%。因此，由本發(fā)明的耐火材料組合物制成的易處理爐襯有助于延長(zhǎng)澆鑄裝置內(nèi)的永久爐襯的使用壽命。
包含硬化劑，緩凝劑，一種或多種降低密度的物質(zhì)，增塑劑，低溫粘結(jié)劑和耐火骨料的耐火材料組合物獲得了上述的優(yōu)點(diǎn)。此外，可以按預(yù)定的重量比加入硬化劑和緩凝劑，以便在組合物的噴涂使用期間達(dá)到最佳性能。
在下文的描述中，所有的百分率或%除另有說(shuō)明外均為重量百分比。
本發(fā)明涉及耐火材料組合物，該組合物包含作為主要組分的各種耐火骨料的任何一種，耐火骨料如氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石，氧化鈣、氧化鋁，氧化硅和其結(jié)合物。對(duì)于易處理的澆鑄容器或澆口盤(pán)襯里，優(yōu)選的耐火骨料應(yīng)該是堿性耐火材料，更優(yōu)選的，為以氧化鎂或其它MgO源為基的耐火材料。
氧化鎂骨料應(yīng)該含有至少約50～95%MgO，于是，可以選擇任何具有水溶性顆粒的耐火顆粒的MgO源，如僵燒氧化鎂，海水氧化鎂，方鎂石或類(lèi)似物質(zhì)。在無(wú)堿性氧化物組合物的配方中，耐火骨料的剩余百分率應(yīng)該不含有任何明顯量的堿性氧化物組分。
耐火骨料的成分約為總組合物的83%以上，優(yōu)選的約90%以上。當(dāng)氧化鎂用作為骨料時(shí)，必要時(shí)一部分可用橄欖石代替，因此，作為耐火骨料使用的總組合物中的MgO含量可以在38%到99%之間改變，而橄欖石的用量可高達(dá)45%。
加入增塑劑是為了增強(qiáng)組合物粘附到其所施用的表面上的能力。增塑劑的用量約為0.1～5%。增塑劑優(yōu)選的是選自膨潤(rùn)土，高嶺土和球土的粘土。然而，特別優(yōu)選膨潤(rùn)土作為增塑劑。
為了控制組合物的密度，加入至少一種降低密度的物質(zhì)，其用量介于約0.1和6%之間。任何降低密度的物質(zhì)都可被使用，包括無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維、膨脹的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料或其它輕質(zhì)填料。紙纖維(粗的或細(xì)的)，陶瓷或玻璃纖維，礦棉，膨脹粘土，和聚苯乙烯珠為常用的可加入的組分。
有利的降低密度的物質(zhì)是纖維素纖維和膨脹聚苯乙烯珠的結(jié)合物。優(yōu)選的有機(jī)纖維是粗紙纖維，細(xì)紙纖維或其混合物。這些纖維的纖維長(zhǎng)度一般約為0.1～1.5mm。使用這些纖維能使本發(fā)明的耐火材料組合物的干密度不超過(guò)100磅/英尺3。
除了紙纖維之外，還可加入細(xì)珍珠巖，膨脹聚苯乙烯珠，膨脹耐火粘土和其混合物，以進(jìn)一步降低組合物的密度。最優(yōu)選的是膨脹聚苯乙烯珠，其平均粒徑約為0.5～2mm，體積密度約1～21b/ft3，熔化溫度約400～500°F，汽化溫度為500～600°F?？梢园l(fā)現(xiàn)在US專利5073525中對(duì)這些珠作了進(jìn)一步的詳述，其內(nèi)容引入本文只是作為參考。這些珠與紙纖維結(jié)合所提供耐火材料組合物的干密度低約80磅/英尺3。
該組合物還含有約0.1～2%的硬化劑和約0.1～2%緩凝劑。加入硬化劑是為了當(dāng)組合物與水混合時(shí)，其組合物具有初凝特性，對(duì)于噴涂用途，水的用量一般約為20～30%，以使之具有泵送粘度。硬化劑優(yōu)選的為一種無(wú)堿磷酸鹽化合物，如堿土磷酸鹽，磷酸鋁，封裝磷酸，磷酸氨或有機(jī)磷酸鹽化合物。在這些化合物中，磷酸一鈣是最好的，硬化劑也改進(jìn)了組合物的高溫強(qiáng)度。
加入緩凝劑是為控制硬化劑的凝結(jié)特性，因而改善組合物的實(shí)際停留時(shí)間。緩凝劑的加入量約為0.1～2%，優(yōu)選的為一種有機(jī)酸。可以使用任何二元或三元羧酸，其代表酸為檸檬酸，酒石酸，草酸或蘋(píng)果酸。在這些有機(jī)酸中，發(fā)現(xiàn)粉狀的檸檬酸是最好的。
這些添加劑在上述的范圍內(nèi)還可進(jìn)一步調(diào)節(jié)，以控制耐火材料組合物的粘度，同時(shí)可泵送到噴霧裝置中。通過(guò)控制硬化劑與緩凝劑的重量比達(dá)到組合物使用期間的最佳特性。重量比為約3∶1～1∶3為適宜的，約為1.5∶1～1∶1.5為優(yōu)選的。最優(yōu)選的比為約1∶1。在這種用量下，這些添加劑共同作用以防止剛噴霧后和干燥前的期間內(nèi)耐火材料的塌落。
緩凝劑阻止耐火材料組合物過(guò)早地達(dá)到太高的粘度，有效地限制其流過(guò)噴霧裝置。緩凝劑的優(yōu)選用量是使耐火材料在噴霧裝置中的停留時(shí)間達(dá)到約30～40分鐘，而不引起裝置的堵塞。因此，該組合物使得在30～40分鐘的工作停止后，不需要清除粘結(jié)到噴頭或噴管上的組合物便可繼續(xù)工作。粉狀檸檬酸與磷酸一鈣的重量比為1∶1是最優(yōu)選的。這樣的組合物具有所要求的停留時(shí)間和抗塌落特征。
本發(fā)明的耐火材料組合物可進(jìn)一步地含有約0.1～2%的第二種粘結(jié)劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)添加這種粘結(jié)劑提高了耐火強(qiáng)度，同時(shí)也改善了空氣夾帶對(duì)組合物的作用，進(jìn)一步降低了組合物的密度。這種粘結(jié)劑優(yōu)選的為堿土木素磺酸鹽如，例如木素磺酸鈣。
實(shí)施例下面的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
實(shí)施例1通過(guò)干混組分成均勻的配合料，將配合料與25%水結(jié)合，并且混合該結(jié)合料，使水基本上均勻地分布在配合料中制備下列試驗(yàn)配方。正如表1所示的，改變硬化劑和緩凝劑的使用量并測(cè)定它們對(duì)組合物的凝結(jié)特性的影響。
表 1
結(jié)果示于以下表2中。
試樣C含有0.85%磷酸一鈣和0.85%檸檬酸，呈現(xiàn)出優(yōu)選的硬化時(shí)間，提高了防止塌落的能力并且延長(zhǎng)了保留時(shí)間。
實(shí)施例2已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將一種超輕質(zhì)骨料滲入到耐火材料組合物中可以得到低于90P·c·f的密度，該輕質(zhì)骨料包含膨脹的聚苯乙烯珠(型號(hào)＃2)和粗紙纖維。
以下表3列出了5種試驗(yàn)配方，除了表中規(guī)定了水含量以外，制備過(guò)程如上述實(shí)施例1所述。改變膨脹聚苯乙烯珠的用量，測(cè)定其對(duì)組合物干密度的影響以及珠在干組合物中的分散性。
如上所示，試樣F，H和I的干密度低于90P·c·f試樣Ⅰ既符合干密度(低于90P·c·f)的標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)又顯示出珠在干粉中與水混合之前具有很好的分散性。
實(shí)施例3將實(shí)施例2的試樣1的配方用于許多噴涂應(yīng)用領(lǐng)域的試驗(yàn)中。對(duì)該試驗(yàn)組合物用作為不同場(chǎng)合的易處理澆口盤(pán)襯里進(jìn)行試驗(yàn)。該組合物符合噴涂使用的要求，即噴涂速率，停留時(shí)間，防止塌落等。所制成的爐襯也符合干燥，預(yù)熱、熔融金屬方面的性能要求和抗渣性，使用壽命和程序要求。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在各種場(chǎng)合爐襯的脫渣殼性(deskullability)都好，并且全面改進(jìn)了傳統(tǒng)使用的含堿性氧化物的耐火材料組合物的性能。
很顯然，可確信本文所公開(kāi)的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上文所述的目的，同時(shí)可意識(shí)到本領(lǐng)域的熟練的技術(shù)人員可進(jìn)行許多改變和具體化。后附權(quán)利要求的意圖是完全覆蓋落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所這些修改方案和具體實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種用作為易處理爐襯的耐火材料組合物它含有耐火骨料；與緩凝劑化合的無(wú)堿性磷酸鹽化合物，其磷酸鹽的用量足以使組合物具有硬化特性，緩凝劑加入適量是當(dāng)其與水混合時(shí)足以延長(zhǎng)組合物的凝結(jié)時(shí)間；至少一種降低密度的物質(zhì)，其量足以降低組合物的密度；和增塑劑，其量為在與水混合后足以提高組合物粘附到垂直表面上的能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐火材料組合物，用作為易處理爐襯，包含(均以重量%計(jì));約0.1～2%的含無(wú)堿性磷酸鹽的硬化劑;約0.1～2%的緩凝劑;約0.1～6%的降低密度物質(zhì);約0.1～5%的增塑劑;和至少約85%的耐火骨料。
3.一種用作為易處理爐襯的耐火材料組合物它含有(均以重量%計(jì))約0.1～2%無(wú)堿磷酸鹽化合物的硬化劑;約0.1～2%的緩凝劑;約0.1～5%的第一種降低密度物質(zhì);約0.1～1%的第二種降低密度物質(zhì)、約0.1～5%的增塑劑;約0.1～2%的低溫粘結(jié)劑;和至少約83%的耐火骨料。
4.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中硬化劑和緩凝劑的重量比約3∶1～1∶3。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中骨料是具有至少85%MgO的鎂源，并且組合物的堿性氧化物含量低于約0.1%wt，硬化劑為堿土金屬磷酸鹽，磷酸鋁，壓縮的磷酸，磷酸銨或有機(jī)磷酸鹽化合物，以及緩凝劑為檸檬酸，酒石酸，草酸或蘋(píng)果酸或其混合物。
6.權(quán)利要求5的組合物，其中硬化劑為磷酸一鈣。
7.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中緩凝劑為檸檬酸，酒石酸，草酸或蘋(píng)果酸或其混合物。
8.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中降低密度物質(zhì)為無(wú)機(jī)纖維，有機(jī)纖維，膨脹的無(wú)機(jī)材料，膨脹的有機(jī)材料或其混合物。
9.權(quán)利要求8的組合物，其中降低密度物質(zhì)為纖維素纖維，膨脹粘土，泡沫聚苯乙烯珠或其混合物。
10.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中增塑劑為膨潤(rùn)土，高嶺土或球土。
11.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中骨料為氧化鎂，氧化鋁、氧化鈣，二氧化硅或其混合物。
12.權(quán)利要求3的組合物，其中硬化劑為磷酸一鈣，緩凝劑為粉狀檸檬酸。
13.權(quán)利要求3的組合物，其中硬化劑和緩凝劑重量比約1.5∶1～1∶1.5。
14.權(quán)利要求3的組合物，其中第一種降低密度物質(zhì)為有機(jī)纖維，第二種降低密度物質(zhì)為膨脹的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料。
15.權(quán)利要求3的組合物，其中低溫粘結(jié)劑為淀粉，谷類(lèi)或天然或合成樹(shù)脂的有機(jī)粘結(jié)劑。
16.用作為易處理爐襯的耐火材料組合物它含有(均以重量%計(jì))約0.1～2%的磷酸-鈣硬化劑;約0.1～2%的粉狀檸檬酸緩凝劑;約0.1～5%紙纖維;約0.1～1%泡沫聚苯乙烯珠;約0.1～5%的粘土;約0.～2%的木素磺酸鈣;和至少約83%的耐火骨料，它為至少有85%MgO的鎂源，和至少約1～5%橄欖石，和約0.1%以下的堿性氧化物;其中硬化劑和緩凝劑的重量比約為1∶1。
17.處理熔融金屬的容器包括存儲(chǔ)熔融金屬的裝置;設(shè)置在存儲(chǔ)裝置內(nèi)保護(hù)存儲(chǔ)裝置免遭熔融金屬作用的比較永久的耐火爐襯;和至少在部分永久耐火爐襯上設(shè)置易處理耐火爐襯，它含有權(quán)利要求1，2或16的組合物。
18.一種設(shè)置易處理耐火爐襯的方法，它包括制成權(quán)利要求1，2或3之一的組合物;將組合物與足量的水混合形成可噴涂的混合物;和將混合物噴涂到熔融金屬存儲(chǔ)容器的內(nèi)表面上，在其上形成易處理的爐襯。
19.一種設(shè)置易處理耐火爐襯的方法，它包括當(dāng)組合物與水混合時(shí)通過(guò)增加其硬化特性，延緩或延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間;降低組合物的密度，提高組合物在與水混合形成耐火材料組合物后粘附到垂直表面上的能力來(lái)改變含耐火骨料的耐火材料組合物的特性;將組合物與足量的水混合制成可噴涂的混合物;和將混合物噴涂到熔融金屬存儲(chǔ)容器的內(nèi)表面上，在其上形成易處理的爐襯。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適于作為存儲(chǔ)熔融金屬容器的易處理爐襯的無(wú)堿性氧化物低密度耐火材料及處理方法。這種材料包括約0.1—2％(以下均以重量計(jì))的硬化劑，約0.1—2％的緩凝劑，約0.1—6％的降低密度的物質(zhì)，約0.1—5％的增塑劑，高達(dá)2％的低溫粘結(jié)劑，和余量為耐火骨料，優(yōu)選為MgO。硬化劑和緩凝劑的使用基本上相同，以使公開(kāi)的耐火材料增加防止塌落的能力，同時(shí)，允許噴霧裝置的停留時(shí)間高達(dá)1個(gè)半小時(shí)而沒(méi)有堵塞。該組合物包含不超過(guò)0.1％的堿性氧化物，從而避免易處理爐襯和永久爐襯反應(yīng)熔化而減少了機(jī)械清除易處理爐襯的難度。
文檔編號(hào)F27D1/16GK1088560SQ93103589
公開(kāi)日1994年6月29日 申請(qǐng)日期1993年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月6日
發(fā)明者C·R·朗帕爾丁, J·A·多迪 申請(qǐng)人:特殊耐火材料公司