含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂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，具體涉及一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁 鎂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還較低，其目標是在2020年達 到 60 % 〇
[0003] 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，對耐火材料的發展提出了新的 挑戰。鋁鎂質澆注料是以氧化鋁和氧化鎂為主要成分的不定形耐火材料，其用量較大，也 是被研宄最多的澆注料之一。與剛玉-尖晶石澆注料相比，鋁鎂質澆注料具有更為優良的 抗渣滲透性和抗熱震性，被更為廣泛地應用于鋼包內襯和RH精煉爐。鋁酸鈣水泥結合的 鋁鎂質澆注料會在高溫下形成尖晶石、二鋁酸鈣CA 2和六鋁酸鈣CA6，其反應分別伴有8%、 13. 6 %和3. 01 %的體積膨脹，因此，鋁鎂質澆注料在使用過程中將會產生體積變化。如果能 控制其永久線變化率為1-2%則可以閉合裂紋和接縫，但是過大的膨脹將導致鋼包發生拱 起。
[0004] 目前，鋁鎂澆注料中常用的結合系統主要是由水合結合劑和微粉組成的，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的氣孔 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Ct-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，選用合適 的添加劑，能夠促進燒結和優化材料的性能，是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] 本發明解決的技術問題在于提供一種一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂 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] 有鑒于此，本發明提供了一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注料的制 備方法，包括以下步驟：將67-85重量份的板狀剛玉顆粒、0-7重量份的板狀剛玉細粉、3-10 重量份的活性氧化鋁微粉、3-9重量份的鎂砂細粉、2-8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/勃姆石微粉復合添加劑、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鋁鎂質澆注料。
[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、鎂砂細粉、鋁酸鈣 水泥、硅微粉和二氧化鈦/勃姆石微粉復合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、鎂砂細粉、鋁酸鈣水 泥、硅微粉、二氧化鈦/勃姆石微粉復合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13-17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多99. 5%，粒度為1-10 μm。
[0018] 優選的，所述鎂砂細粉的純度彡94%，粒度小于180目。
[0019] 優選的，所述硅微粉的純度彡94%，粒度< 2. 5 μ m。
[0020] 優選的，所述二氧化鈦/勃姆石微粉復合添加劑按照如下方法制備：將重量比為 30-50 :50-70的二氧化鈦和勃姆石混合，研磨至粒度彡25 μ m，且d5Q< 10 μ m，得到二氧化 鈦/勃姆石微粉復合添加劑。
[0021] 相應的，本發明還提供一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注料，由以 下原料制備：67-85重量份的板狀剛玉顆粒、0-7重量份的板狀剛玉細粉、3-10重量份的 活性氧化鋁微粉、3-9重量份的鎂砂細粉、2-8重量份的鋁酸鈣水泥、1重量份的硅微粉、 〇. 1-10重量份的二氧化鈦/勃姆石微粉復合添加劑、減水劑和水。
[0022] 本發明的有益效果：本發明提供了一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆 注料及其制備方法，以鋁酸鈣水泥作為結合劑，板狀剛玉，活性氧化鋁和鎂砂為主要組分， 以二氧化鈦/勃姆石微粉作為復合添加劑，制備得到高強度的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注 料。與現有技術相比，本發明結合二氧化鈦促進燒結和勃姆石在高溫下轉化為高活性氧化 鋁的特性，使得鋁鎂質澆注料的強度大幅度提高。因此，本發明鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注 料強度高，具有優良的抗渣滲透性和抗熱震性，能夠廣泛地應用于鋼包內襯和RH精煉爐。 此外，本發明采用的添加劑原料來源廣泛，成本低，利于工業化生產。
【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] 本發明實施例公開了一種含復合添加劑的鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注料的制備 方法，包括以下步驟：將67-85重量份的板狀剛玉顆粒、0-7重量份的板狀剛玉細粉、3-10 重量份的活性氧化鋁微粉、3-9重量份的鎂砂細粉、2-8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/勃姆石微粉復合添加劑、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鋁鎂質澆注料。
[0025] 對于鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆注料，其主要的原位反應是生成鎂鋁尖晶石和六鋁 酸鈣。本發明通過調控尖晶石六鋁酸鈣的形成和形貌來優化設計鋁酸鈣水泥結合鋁鎂質澆 注料。首先，作為礦化劑，添加 TiO2能夠促進尖晶石的形成；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。第二，勃 姆石是由γ-AlO O H組成的礦物，其化學穩定性好，具有一定的吸附性。由勃姆石經快速 分解可制備P -Al2O3微粉，而P -Al 203水化反應后形成Al (OH) 3和勃姆石溶膠，可以起到膠 結和硬化作用。，具有使用溫度高、強度大、體積穩定性好、耐侵蝕等優點。并且，P-Al 2O3不 會產生純鋁酸鈣水泥所造成的那些不良影響。
[0026] 作為優選方案，所述板狀剛玉顆粒優選為70-79重量份，更優選為73-77重量份； 板狀剛玉細粉優選為1-5重量份；活性氧化鋁微粉優選為5-9重量份；鎂砂細粉優選為4-8 重量份，更優選為6重量份；鋁酸鈣水泥優選為3-7重量份，更優選為6重量份；二氧化鈦 /勃姆石微粉復合添加劑優選為2-6重量份，更優選為2. 5-5重量份。在鋁酸鈣水泥結合 鋁鎂質澆注料制備過程中，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，更優選為24小時。
[0027] 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、鎂砂細粉、鋁 酸鈣水泥、硅微粉和二氧化鈦/勃姆石微粉復合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、鎂砂細粉、鋁酸鈣水泥、硅微粉和二氧化鈦/勃姆石微粉復合添加劑 重量總和的0. 05-0. 25wt %，更優選為0. 1-0. 2wt %。
[0028] 所述板狀剛玉顆粒、板狀剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、鎂砂細粉、鋁酸鈣水泥、硅微 粉、二氧化鈦/勃姆石微粉復合添加劑和減水劑的總和與與水的重量比優選為100 :4_6。
[0029] 作為優選方案，所述板狀剛玉顆粒的顆粒級配為：
[0030] 6-3mm板狀剛玉顆粒為24-28重量份；
[0031] 3_lmm板狀剛玉顆粒為6-9重量份；
[0032] l-〇. 5mm板狀剛玉顆粒為18-21重量份；
[0033] 0· 6-0. 2mm板狀剛玉顆粒為6-10重量份；
[0034] 0· 2-0mm板狀剛玉顆粒為13-17重量份。
[0035] 更優選的，所述板狀剛玉顆粒的顆粒級配為：
[0036] 6-3mm板狀剛玉顆粒為24-26重量份；
[0037] 3-lmm板狀剛玉顆粒為6-8重量份；
[0038] l-〇. 5mm板狀剛玉顆粒為18-20重量份；
[0039] 0. 6-0. 2mm板狀剛玉顆粒為6-8重量份；
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