鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及耐火材料技術領域，具體涉及一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 不定形耐火材料是指由骨料、細粉、結合劑及添加劑組成的混合物，以散料為交貨 狀態直接使用。以澆注料為代表的不定形耐火材料具有工藝流程短、生產能耗及成本低、 適用范圍廣泛等優勢。2012年中國不定形耐火材料在耐火材料總產量中的比重首次突破 40%，但與工業發達國家相比，中國不定形耐火材料的比重較低，其目標是在2020年達到 60%〇
[0003] 近年來，隨著國民經濟對高品質鋼鐵材料特別是潔凈鋼的需求不斷增長，耐火材 料的工作條件越來越惡劣，并且有色金屬冶煉新工藝和設備的發展，水泥工業窯爐的環保 要求和垃圾焚燒爐的快速發展，都對耐火材料的性能要求越來越高，其對耐火材料的發展 提出了新的挑戰。剛玉具有熔點高、密度大、抗化學侵蝕能力強的特點，故以剛玉為主要物 相的剛玉質澆注料具有耐高溫、強度高、抗渣性和高溫化學穩定性好等優點，正是由于剛玉 質澆注料具有優良的性能，其在鋼包砌筑上得到了很好的應用。剛玉質澆注料的應用部位 主要包括：鋼包包座、座磚及電爐頂的填縫；加熱爐的燒嘴磚、邊緣磚及水冷管；精煉爐的 爐蓋、感應爐和均熱爐的爐嘴；大中型超高功率電爐蓋三角區和LF精煉鋼包蓋等。另外，在 催化裂化裝置和循環流化床鍋爐上，剛玉質澆注料也作為耐磨襯里使用。
[0004] 目前，剛玉質澆注料中常用的結合系統主要由水合結合劑和微粉組成，其中，鋁酸 鈣水泥是最常用的水合結合劑，但是水泥用量較高，傳統水泥結合的澆注料具有氣孔率高、 結構疏松、強度低等缺點。由于加入微粉（主要是硅微粉和Q-Al 2O3微粉）后，澆注料的施 工性能和使用性能有很大改善，尤其是強度的變化，因此，微粉的性能及其加入后對耐火材 料各類性能的影響，是近年來耐火材料工作者關注的重點之一。另一方面，利用添加劑來調 控澆注料中的原位反應從而優化耐火材料的性能，已經廣泛用于高性能澆注料的設計和制 備，成為開發新型高性能耐火材料的重要途徑。
[0005] 現有技術中，申請號為201310035589. 4的中國專利文獻報道了一種含碳酸鈣微 粉的鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料及其制備方法，所述澆注料包括板狀剛玉質的骨料和細 粉、活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、碳酸鈣微粉和減水劑。但是，該含碳酸鈣微粉的鋁酸鈣水 泥結合剛玉質澆注料的強度較低。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料及其制備方法，該澆注料 具有較高的強度，成本較低。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料的制備方法，包 括以下步驟：將7〇 _88重量份的板狀剛玉顆粒、0. 1-10重量份的板狀剛玉細粉、5-10重量 份的活性氧化鋁微粉、0. 5-8重量份的鋁酸鈣水泥、1重量份的硅微粉、0. 1-10重量份的二 氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑、減水劑和水混合，攪拌后振動成型，在溫度為 20-50°C、相對濕度為80-100%的條件下養護20-30小時，升溫至100-150°C保溫12-36小 時，得到鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料。
[0008] 優選的，所述板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、硅微 粉和二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑的總和與所述減水劑的重量比為100 : 0. 05-0. 25〇
[0009] 優選的，所述板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、硅微 粉、二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑和減水劑的總和與水的重量比為100 :4-6。 [0010] 優選的，所述板狀剛玉顆粒的顆粒級配為：
[0011] 6_3mm板狀剛玉顆粒為24-28重量份；
[0012] 3_lmm板狀剛玉顆粒為6_9重量份；
[0013] l-〇. 5mm板狀剛玉顆粒為18-21重量份；
[0014] 0· 6-0· 2mm板狀剛玉顆粒為6-10重量份；
[0015] 0· 2-0mm板狀剛玉顆粒為16-20重量份。
[0016] 優選的，所述板狀剛玉細粉的粒度為320-330目。
[0017] 優選的，所述活性氧化鋁微粉的純度會99. 5%，粒度為1-10 μm。
[0018] 優選的，所述鋁酸鈣水泥的Al2O3含量為69. 5-70. 5wt%。
[0019] 優選的，所述硅微粉的純度蘭94%，粒度蘭2. 5 μ m。
[0020] 優選的，所述二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑按照如下方法制備：將 重量比為30-50 :40-60 :5-10的二氧化鈦、碳酸媽和氧化鎂混合，研磨至粒度蘭10 μ m，且 3 μm，得到氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑。
[0021] 相應的，本發明還提供一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料，由以下原料制備： 70-88重量份的板狀剛玉顆粒、0. 1-10重量份的板狀剛玉細粉、5-10重量份的活性氧化錯 微粉、0. 5-8重量份的鋁酸鈣水泥、1重量份的硅微粉、0. 1-10重量份的二氧化鈦/碳酸鈣/ 氧化鎂復合微粉添加劑、減水劑和水。
[0022] 本發明的有益效果：本發明提供了一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料及其制備方 法。與現有技術相比，本發明采用二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑。其中，二 氧化鈦與氧化鋁形成固溶體，產生離子空位等晶格缺陷，同時作為形核劑，加速六鋁酸鈣的 形成；添加少量二氧化鈦可提高氧化鋁的致密度和強度，并對氧化鋁晶粒的生長產生影響， 從而提高澆注料的強度。第二，在剛玉質澆注料體系中，碳酸鈣通過在高溫下分解生成活性 CaO,與氧化鋁微粉反應生成六鋁酸鈣，進一步改善澆注料的性能。第三，氧化鎂在高溫下反 應生成原位尖晶石，有利于提高澆注料的強度和抗侵蝕能力。因此，本發明提供的鋁酸鈣水 泥結合剛玉質澆的制備方法原料來源廣泛，成本低，利于工業化生產，制備的鋁酸鈣水泥結 合剛玉質澆注料具有較高的強度。
【具體實施方式】
[0023] 為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的 限制。
[0024] 下面結合實施實例對本發明作進一步的描述：
[0025] 本發明提供了一種鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料的制備方法，包括以下步驟：將 70-88重量份的板狀剛玉顆粒、0. 1-10重量份的板狀剛玉細粉、5-10重量份的活性氧化錯 微粉、0. 5-8重量份的鋁酸鈣水泥、1重量份的硅微粉、0. 1-10重量份的二氧化鈦/碳酸鈣/ 氧化鎂復合微粉添加劑、減水劑和水混合，攪拌后振動成型，在溫度為20-50°C、相對濕度為 80-100%的條件下養護20-30小時，升溫至100-150°C保溫12-36小時，得到鋁酸鈣水泥結 合剛玉質澆注料。
[0026] 在上述制備過程中，本發明以鋁酸鈣水泥作為結合劑，板狀剛玉和活性氧化鋁為 主要組分，以二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂微粉作為復合添加劑，制備得到高強度的鋁酸鈣水 泥結合剛玉質澆注料。本發明結合二氧化鈦促進燒結，氧化鎂與剛玉反應形成尖晶石和碳 酸鈣在高溫下轉化為高活性氧化鈣的特性，使得剛玉質澆注料的強度大幅度提高。本發明 所制備的高強度鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料具有優良的性能，適用于建材、冶金和石化 等行業，有效提尚水泥窖口、噴煤管、感應爐內襯和尚溫耐磨襯里等設備壽命。
[0027] 對于鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料，其主要的原位反應是生成六鋁酸鈣，因此，本 發明調控六鋁酸鈣的形成和形貌來優化鋁酸鈣水泥結合剛玉質澆注料。TiO 2與氧化鋁形 成固溶體，將產生離子空位等晶格缺陷，并且其也可作為形核劑，進一步加速六鋁酸鈣的形 成。添加少量TiO 2可提高氧化鋁陶瓷的致密度和強度，并對氧化鋁晶粒的生長產生影響。 在剛玉質澆注料體系中，采用納米或微粉碳酸鈣，通過在高溫下分解生成的活性CaO與氧 化鋁微粉反應生成六鋁酸鈣，改善澆注料的性能。氧化鎂在高溫下反應生成原位尖晶石也 有利于提高澆注料的強度和抗侵蝕能力。
[0028] 作為優選方案，所述板狀剛玉顆粒優選為76-79重量份，更優選為78-79重量份； 板狀剛玉細粉優選為6-8重量份；活性氧化鋁微粉優選為7-9重量份；鋁酸鈣水泥優選為 1-4重量份；二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑優選為2-6重量份。在制備過程中， 養護的溫度優選為20-40 °C，更優選為25 °C ;養護的濕度優選為90-100 %，更優選為100 % ; 養護時間優選為22~28小時，更優選為24小時；養護后升溫的溫度優選為110-140°C，更 優選為110-130°C ;保溫時間優選為15-30小時，更優選為18-25小時。
[0029] 作為優選方案，所述板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、 硅微粉和二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑的總和與所述減水劑的重量比優選為 100 :0. 05-0. 25,更優選為100 :0. 1-0. 2。即，減水劑優選為板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、 活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、硅微粉和二氧化鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑質量總 和的 0· 05-0. 25wt %，更優選為 0· 1-0. 2wt %。
[0030] 所述板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、硅微粉、二氧化 鈦/碳酸鈣/氧化鎂復合微粉添加劑和減水劑的總和與水的重量比優選為100 :4-6,更優 選為 100 :4· 3-6。
[0031] 所述板狀剛玉顆粒的顆粒級配優選為：
[0032] 6_3mm板狀剛玉顆粒為24-28重量份；
[0033] 3_lmm板狀剛玉顆粒為6-9重量份；
[0034] 1-〇· 5mm板狀剛玉顆粒為18-21重量份；