一種復合結合耐火澆注料的制作方法

專利名稱：一種復合結合耐火澆注料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機一無機復合結合的高級不定形耐火材料。常溫下，主要依靠聚丙烯 酸乳液和可水化氧化鋁等無機物的反應形成聚丙烯酸鋁(鈣)，快速而可控地形成三維交聯結 構，從而獲得良好的凝結、硬化、脫模和干燥性能。高溫下，主要依靠硅灰和氧化鋁的反應 形成莫來石并經燒結形成穩定的陶瓷結合，從而獲得良好的耐高溫性能。
背景技術：
不定形耐火材料己得到廣泛的應用。其中，低水泥、超低水泥耐火澆注料是主要不定形
材料品種。按ASTM的規定低水泥澆注料的0&0含量=2.5~1.0%;超低水泥澆注料的CaO含 量=1. (TO. 2%;無水泥澆注料的CaO含量《0. 2%。
一般，澆注料需要摻加水^以加速凝結、硬化，提高脫模強度和增強燒結。但是，水泥 含有較多的有害物質CaO。高溫下，CaO會增加液相的數量，損害材料的性能。在溫度很高，、 或者侵蝕激烈的場合，Ca0將嚴重影響材料的使用效果。換句話說，假如水泥用量多了，將 損害材料的高溫性能；但水泥用量少了，又不能滿足材料的施工性能。例如，低水泥耐火澆 注料成形性能好，但高溫性能較差。超低水泥澆注料成形性能較差，耐高溫性卻有所提高； 無水泥澆注料成形性能很差，但經過充分燒結后可以獲得優異的高溫性能。
為避免引入CaO，研究了 MgO-Si02-H20結合物系。常溫下，該系統依靠Mg0的水化，以 及Mg(0H)2和硅灰表面的作用產生凝聚結合，從而獲得所需成形和干燥性能；高溫下，依靠形 成M2S—MA陶瓷結合獲得一定的耐高溫性。由于結合物呈堿性，這一系統可用于制造鋁鎂或 鎂鋁尖晶石耐火澆注料。通常，該系統不適于鋁硅系耐火材料。
為改善鋁硅系材料的性能,研究了硅溶膠結合劑以及可水化氧化鋁結合劑。硅溶膠是Si02 的膠體物質，固體含量為25—30%。溶膠中，這些細小、分散的Si02粒子不易聚合成為高強 度物質。固化時，硅溶膠發生干縮、開裂。固化后，硅溶膠變成疏松多孔的物質。可水化氧 化鋁是一種以P—A1A為主的介穩氧化鋁晶體的混合物。 一些可水化氧化鋁硬化慢、脫模強 度特別是中溫熱處理后的機械強度很低。如要求很好的成形和加熱性能，硅溶膠或可水化氧 化鋁結合澆注料需要摻加固化劑。這樣， 一些硅溶膠或P ~^1203結合澆注料實際是超低水泥 澆注料，其CaO含量在0.4 -0.7%。由于低熔物較多，該類材料高溫性能的改進不大。
另一研究方向是采用有機物質作為結合劑，如凝膠注模成形技術。凝膠注模的原理是在 高固相含量(>50%)、低粘度的料漿中摻入低濃度的有機單體，再加入引發劑。然后，在一定條件下使上述單體發生聚合，形成堅固的三維交聯結構，使料漿凝固，再經脫模、干燥、排 膠和燒結后制得陶瓷耐火制品。由此，凝膠注模避免了使用無機結合劑引入的雜質。但是， 凝膠注模又帶來了新的問題l)一些單體(如丙稀酰胺)為有毒物質，或在燃燒時產生有毒氣 體。2)聚合對反應條件要求高。因此，要求控制制作環境。3)熱處理中，有機結合被破壞而 陶瓷結合尚未形成時，材料的強度低。因此，此時材料不能承受機械應力。所以，凝膠注模 可以用于耐火工廠內制造耐火材料制品，但是難以作為不定形耐火材料技術用于現場條件多 變的窯爐工程。

發明內容
本發明的目的在于發明一種萆合耐火澆注料，本發明提出了一種新的結合方式常溫， 依靠可水化氧化鋁和微量水泥與聚丙烯酸乳膠反應，生成聚丙烯酸鋁(鈣)高分子結合相。熱 處理后，上述高分子分解，其中的有機組分燒失，無機組分發生燒結形成陶瓷結合。由此， 本發明的材料可以獲得良好的凝結、硬化、脫模、干燥和加熱性能，適用于現場條件多變的 高溫窯爐工程。 '
因結合劑的雜質被降低至最低限度，材料具有良好的耐高溫性。發明涉及的主要化學反 應如下
首先，進行PAl203和水泥(主要成分為CaOAl203)的水化；接著，是水化物和聚丙烯酸的 化學反應。由式3)—4)高價金屬離子A1、 Ca將取代乳液羰基上的H，并膠連多個聚丙烯酸分 子形成聚丙烯酸鋁(鈣)三維骨架。P—氧化鋁也可以直接和聚丙烯酸反應。這是材料凝結、 硬化和烘干后產生機械強度的原理。同時，反應具有界面擴散的性質，從而便于用化學外加
劑控制。有關反應見以下各式
PA1203+3H20=2A1(0H)3 1)
2CaAlA+llH20=C2AH8+2Al(0H)3 2)
Al (OH) 3+3R-C00H = (R-COO) :,A1+1. 5H20 3)
C2AH8+3R_C00H=2 (R-C00) 2Ca+ (R-C00) :,Al+9. 5H20 4)
熱處理中，聚丙烯酸鋁(鈣)分解，有機物燒失。然后，發生以下固相反應
Ca0+Al203+2Si02=CAS2 5)
3Al20:!+2Si02=A3S2 6)
由反應式5 6:水泥可以在改善凝結、硬化，提高脫模強度，增強燒結方面發揮作用。 但是，水泥的摻量很少，甚至也可不摻水泥。 一般情況下，水泥帶入的氧化轉含量約0.1%， 材料的總氧化鈣含量《0.2%。所以，發明出的澆注料仍屬于無水泥澆注料，具有相當好的高 溫性能。鑒于以上，提出發明的配方為
5—i 剛玉或鋁礬土 40-56%
1-0. 0088mm剛玉或鋁礬土 12-30%
d90 <0. 088mm剛玉或鋁礬土 16-25%
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+磺化萘甲酸聚合物+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%
外加耐熱鋼纖維 0-3% 以上原料的特征
所述剛玉為市售剛玉耐火材料產品，包括電熔剛玉(致密剛玉、白剛玉、亞白〈高鋁〉剛玉 和棕剛玉)，以及燒結剛玉(板狀燒結剛玉、普通燒結剛玉)。 所述礬土為市售高鋁礬土耐火原料。
所述a氧化鋁微粉為市售同名耐火材料產品，其粒徑ds。(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品，其主成分為P —A1A的介穩氧化鋁晶體的混合物。 所述硅灰為市售耐火材料產品。
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和鋁70純鋁酸f丐耐 火水泥。
所述高效減水劑為市售混凝土減水劑，包括磺化萘甲酸聚合物高效減水劑，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、以及丙烯酸一丙烯酸酯一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O. 1-0. 3"m， PH值6-9。
實施方式
實施例1
采用5 — lmm板狀燒結剛玉52%， 1-0. 088mm板狀燒結剛玉20%, 〈0. 088,電熔剛玉18%, 氧化鋁微粉3%，硅灰1.5%，鋁80水泥0.5%，可水化氧化鋁5%,，外加聚羧酸減水劑O. 1%,聚丙烯酸乳液3%,水3%后伴和，獲得流動性良好的漿體。成形后，漿體0.5小時凝結，l小 時固化，12小時以后可以脫模。經11(TCX24H干燥，試樣獲得14MPa的抗折強度，50MPa的 耐壓強度。經110(TCX3小時熱處理獲得llMPa的抗折強度，45MPa的耐壓強度，燒成線變 化為0. 0%。經1500°C X3小時熱處理獲得17MPa的抗折強度，81MPa的耐壓強度，燒成線變 化為0. 1%，荷重軟化溫度T。.6=1510°C。
因水泥帶入的氧化鈣含量僅0. 1%，本發明的產品屬于無水泥耐火澆注料的成分范圍。該 產品具有顯著優于現有無水泥澆注料的凝結、硬化、脫模、干燥和加熱性能，和良好的高溫 性能，實驗完全達到了預定目的。
實施例2
采用5 — lmm板狀烤結剛玉42%, 1-0. 088mm板狀燒結剛玉27%， <0. 088,電熔剛玉19%, 氧化鋁微粉3. 5%，硅灰2. 5%，鋁80水泥1. 0%，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，獲得流動性良好的漿體。成形后，漿體0.5小時凝結，l小 時固化，12小時以內可以脫模。經110'CX24H干燥，試樣獲得20MPa的抗折強度，75MPa的 耐壓強度。經110(TCX3小時熱處理獲得18MPa的抗折強度，80MPa的耐壓強度，燒成線變 化為0. 0%。
因水泥帶入的氧化鈣含量僅為O. 2%，本發明的產品屬于超低水泥耐火澆注料的成分范圍。 該產品具有優于現有超低水泥澆注料的凝結、硬化、脫模、干燥、加熱和耐高溫性能，適合
作為溫度高、溫差大、侵蝕磨損嚴重部位的襯料(如噴槍)。
本發明所述的澆注料可獲得良好的凝結、硬化、脫模、干燥和加熱性能，適用于現場條 件多變的高溫窯爐工程。
權利要求
1. 一種復合結合耐火澆注料，起特征在于所述澆注料的配方為5-1mm剛玉或鋁礬土 40-56％
全文摘要
本發明涉及一種有機—無機復合結合的高級不定形耐火材料，其配方為5-1mm剛玉或鋁礬土40-56％、1-0.0088mm剛玉或鋁礬土12-30％、d₉₀＜0.088mm剛玉或鋁礬土16-25％、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％、外加耐熱鋼纖維0-3％。本發明所述的澆注料可以獲得良好的凝結、硬化、脫模、干燥和加熱性能，適用于現場條件多變的高溫窯爐工程。
文檔編號C04B35/66GK101434490SQ200810168818
公開日2009年5月20日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者劉錫俊, 葉亞紅, 曾大凡, 王俊濤, 王杰曾, 趙洪亮 申請人:瑞泰科技股份有限公司