CN106187232A - 一种高温复合无机粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。其技术方案是：先以64.0~79.0wt%的酸化拟薄水铝石、6.0~11.0wt%的铝酸盐水泥、3.5~6.0wt%的硅灰、7.0~12.0wt%的Cr₂O₃和3.0~8.0wt%的ρ‑Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料60~80wt%的磷酸二氢铝溶液和20~40wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1~4）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。本发明具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的高温复合无机粘结剂的施工性能好、储存时间长、使用温度范围较大、粘结强度高和抗热震性能优良。

Description

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火粘结剂技术领域。具体涉及一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。

背景技术

随着各种热工设备在冶金及石油化工行业中使用频率的增长，热工窑炉的消耗量逐年提升。而热工窑炉由于使用环境及使用条件的不同，其内衬往往不可避免地会出现局部蚀损较为严重的现象，而整个热工设备的内衬绝大部分仍具有可持续利用的价值。为避免窑炉内衬因局部蚀损导致窑炉内衬的整体更换，实现同步蚀损的目的，提高热工窑炉使用寿命，降低耗材等，开发内衬修补料以弥补局部熔损势在必行。经过大量技术人员多年来的不断研究，修补料在耐材节省用量和钢包寿命延长上都做出了巨大贡献，成为耐材制品使用中不可缺少一部分。

修补料的发展对作用于内衬与修补料之间的粘结剂提出了更高的要求，研究开发在较低温度甚至是常温下可快速固化且能够承受高温的粘结剂显得十分重要。目前，能够初步满足以上条件的粘结剂主要有硅酸盐、磷酸盐和溶胶等几大类。磷酸盐类粘结剂中最常用的为磷酸二氢铝。磷酸二氢铝粘结剂具有耐高温（～1600℃）、耐烧蚀、可塑性较强、固化收缩率小和耐热冲击性较强，并且具有高温瓷化性及类似于耐火材料的耐火性。磷酸二氢铝粘结剂在随着温度升高到1300℃～1600℃之间时以方石英型磷酸铝的形式存在，该晶型为磷酸铝盐的最稳定形态且具有最高的耐火度（1600℃），在温度高于1600℃时磷酸铝粘结剂就会熔化，甚至脱落，失去保护作用。

基于单一粘结剂存在难以回避的技术缺陷，国内外开始研发具有综合优势的复合粘结剂，期望得到具有耐高温且易成膜的粘结剂。目前，已有制备复合无机粘结剂的技术如“一种耐高温复合无机粘结剂及其制备方法与应用”（CN103740284B）专利技术，公开了一种以10~70wt%的磷酸二氢铝、10~80wt%的锆溶胶、0~80wt%的水为主要原料制备耐高温复合无机粘结剂的技术，该技术制得的复合无机粘结剂中结合相成分单一，适用温度范围相对较窄，“一种中低温固化耐高温无机粘结剂” （CN101665666A）专利技术，公开了一种以50~75%的水玻璃和15~40%的活性填充剂为主要原料制备中低温固化耐高温无机粘结剂的技术，该技术制得的无机粘结剂的耐高温性能较差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和生产成本低的高温复合无机粘结剂的制备方法。用该法所制备的高温复合无机粘结剂的施工性能好、储存时间长、使用温度范围较大、粘结强度高和抗热震性能优良。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以64.0~79.0wt%的酸化拟薄水铝石、6.0~11.0wt%的铝酸盐水泥、3.5~6.0wt%的硅灰、7.0~12.0wt%的Cr₂O₃和3.0~8.0wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料60~80wt%的磷酸二氢铝溶液和20~40wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1~4）配料，搅拌均匀，制得高温复合无机粘结剂。

所述酸化拟薄水铝石的粒径为0.05~0.1mm；酸化拟薄水铝石的化学成分为：Fe₂O₃含量≤0.05wt%，SiO₂含量≤0.2wt%，Na₂O含量≤0.15wt%，溶胶指数≥95%。

所述铝酸盐水泥的主要化学成分为：Al₂O₃含量≥68.0wt%，SiO₂含量≤1.0wt%，Fe₂O₃含量≤0.7wt%，勃氏比表面积≥300m²/Kg。

所述硅灰的中位径为0.1~0.3μm，SiO₂含量≥92.0wt%。

所述氧化铬的粒径小于0.074mm；氧化铬的Cr₂O₃含量≥98.0wt%。

所述ρ-Al₂O₃的粒径小于0.088mm，ρ-Al₂O₃的Al₂O₃含量≥80.0wt%。

所述磷酸二氢铝溶液的主要化学成分为：H₂PO₅含量≥33%，Al₂O₃含量≥8%；密度≥1.46g/cm³。

所述硅酸锂溶液的Li₄SiO₄含量≥40%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1.本发明以酸化拟薄水铝石、铝酸盐水泥、硅灰、Cr₂O₃和ρ-Al₂O₃为原料，以磷酸二氢铝溶液和硅酸锂溶液为混合溶液；复配后即得得高温复合无机粘结剂，工艺简单和生产成本低。

2.本发明将混合粉料与混合溶液复配后，不仅在低温下具有良好的粘接效果，且同样适用于高温使用环境，使用温度范围广。

3.本发明制备的高温复合无机粘结剂具有优良的抗热震性能，通过对各组分含量的调节，该粘结剂可以实现与被修补材料或被粘接材料相近的线膨胀系数，从而提高了抗热震性能。

4.本发明制备的高温复合无机粘结剂的储存期长，磷酸二氢铝与硅酸锂在常温下不粘结反应，在水溶液中以离子形式存在。

因此，本发明具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的高温复合无机粘结剂的施工性能好、储存时间长、使用温度范围较大、粘结强度高和抗热震性能优良。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的有关物料一描述如下，实施例中不再赘述：

所述酸化拟薄水铝石的粒径为0.05~0.1mm；酸化拟薄水铝石的化学成分为：Fe₂O₃含量≤0.05wt%，SiO₂含量≤0.2wt%，Na₂O含量≤0.15wt%，溶胶指数≥95%。

所述铝酸盐水泥的主要化学成分为：Al₂O₃含量≥68.0wt%，SiO₂含量≤1.0wt%，Fe₂O₃含量≤0.7wt%，勃氏比表面积≥300m²/Kg。

所述硅灰的中位径为0.1~0.3μm，SiO₂含量≥92.0wt%。

所述氧化铬的粒径小于0.074mm；氧化铬的Cr₂O₃含量≥98.0wt%。

所述ρ-Al₂O₃的粒径小于0.088mm，ρ-Al₂O₃的Al₂O₃含量≥80.0wt%。

所述磷酸二氢铝溶液的主要化学成分为：H₂PO₅含量≥33%，Al₂O₃含量≥8%；密度≥1.46g/cm³。

所述硅酸锂溶液的Li₄SiO₄含量≥40%。

实施例1

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以64~67wt%的酸化拟薄水铝石、10~11wt%的铝酸盐水泥、4.5~5wt%的硅灰、11~12wt%的Cr₂O₃和7~8wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料60~70wt%的磷酸二氢铝溶液和30~40wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1~2.5）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

实施例2

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以67~70wt%的酸化拟薄水铝石、9~10wt%的铝酸盐水泥、5~5.5wt%的硅灰、10~11wt%的Cr₂O₃和6~7wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料70~80wt%的磷酸二氢铝溶液和20~30wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1.5~3）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

实施例3

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以70~73wt%的酸化拟薄水铝石、7~8wt%的铝酸盐水泥、5.5~6wt%的硅灰、9~10wt%的Cr₂O₃和5~6wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料60~70wt%的磷酸二氢铝溶液和30~40wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（2~3.5）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

实施例4

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以73~76wt%的酸化拟薄水铝石、8~9wt%的铝酸盐水泥、3.5~4wt%的硅灰、8~9wt%的Cr₂O₃和4~5wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料65~75wt%的磷酸二氢铝溶液和25~35wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（2.5~4）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

实施例5

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以76~79wt%的酸化拟薄水铝石、6~7wt%的铝酸盐水泥、4.5~5wt%的硅灰、7~8wt%的Cr₂O₃和3~4wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料70~80wt%的磷酸二氢铝溶液和20~30wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1.8~3.3）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

实施例6

一种高温复合无机粘结剂及其制备方法。先以67~70wt%的酸化拟薄水铝石、9~10wt%的铝酸盐水泥、4~4.5wt%的硅灰、10~11wt%的Cr₂O₃和7~8wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料65~75wt%的磷酸二氢铝溶液和25~35wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（2.3~3.8）配料，搅拌均匀，制得得高温复合无机粘结剂。

本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：

1.本具体实施方式以酸化拟薄水铝石、铝酸盐水泥、硅灰、Cr₂O₃和ρ-Al₂O₃为原料，以磷酸二氢铝溶液和硅酸锂溶液为混合溶液；复配后即得高温复合无机粘结剂，工艺简单和生产成本低。

2.本具体实施方式将混合粉料与混合溶液复配后，不仅在低温下具有良好的粘接效果，且同样适用于高温使用环境，使用温度范围广。

3.本具体实施方式制备的高温复合无机粘结剂具有优良的抗热震性能，通过对各组分含量的调节，该粘结剂可以实现与被修补材料或被粘接材料相近的线膨胀系数，从而提高了抗热震性能。

4.本具体实施方式制备的高温复合无机粘结剂的储存期长，磷酸二氢铝与硅酸锂在常温下不粘结反应，在水溶液中以离子形式存在。

因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产成本低的特点；所制备的高温复合无机粘结剂的施工性能好、储存时间长、使用温度范围较大、粘结强度高和抗热震性能优良。

Claims (9)

1.一种高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于先以64.0~79.0wt%的酸化拟薄水铝石、6.0~11.0wt%的铝酸盐水泥、3.5~6.0wt%的硅灰、7.0~12.0wt%的Cr₂O₃和3.0~8.0wt%的ρ-Al₂O₃为原料，混合均匀，即得混合粉料；再以混合粉料60~80wt%的磷酸二氢铝溶液和20~40wt%的硅酸锂溶液混合均匀，即得混合溶液；然后按所述混合粉料∶所述混合溶液的质量比为1∶（1~4）配料，搅拌均匀，制得高温复合无机粘结剂。

2.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述酸化拟薄水铝石的粒径为0.05~0.1mm；酸化拟薄水铝石的化学成分为：Fe₂O₃含量≤0.05wt%，SiO₂含量≤0.2wt%，Na₂O含量≤0.15wt%，溶胶指数≥95%。

3.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述铝酸盐水泥的主要化学成分为：Al₂O₃含量≥68.0wt%，SiO₂含量≤1.0wt%，Fe₂O₃含量≤0.7wt%，勃氏比表面积≥300m²/Kg。

4.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述硅灰的中位径为0.1~0.3μm，SiO₂含量≥92.0wt%。

5.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述氧化铬的粒径小于0.074mm；氧化铬的Cr₂O₃含量≥98.0wt%。

6.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述ρ-Al₂O₃的粒径小于0.088mm，ρ-Al₂O₃的Al₂O₃含量≥80.0wt%。

7.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述磷酸二氢铝溶液的主要化学成分为：H₂PO₅含量≥33%，Al₂O₃含量≥8%；密度≥1.46g/cm³。

8.根据权利要求1所述的高温复合无机粘结剂的制备方法，其特征在于所述硅酸锂溶液的Li₄SiO₄含量≥40%。

9.一种高温复合无机粘结剂，其特征在于所述高温复合无机粘结剂是根据权利要求1~8项中任一项所述高温复合无机粘结剂的制备方法所制备的高温复合无机粘结剂。