CN112794703A - 一种高铝自流浇注料及其制备方法 - Google Patents

一种高铝自流浇注料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铝自流浇注料，其组成按质量百分数计如下：废中铝球颗粒骨料62～66wt％；废中铝球细粉16～24wt％；蓝晶石细粉2～5wt％；α‑Al2O3微粉8～13wt％；以上成分的总量按100％计算；外加分散剂0.5～1.0wt％；外加固化剂0.3wt％～0.5wt％；外加硅溶胶10～12wt％。以废中铝球颗粒为骨料，以废中铝球细粉、蓝晶石细粉和α‑Al2O3微粉为基质料；先将分散剂、固化剂加入基质料中混匀，再将骨料加入混匀的基质料中，加入硅溶胶混合均匀，得到自流浇注料。本发明具有成本低廉、工艺简单、节能环保的特点；所制备的流动性能优异的高铝自流浇注料流动性能好、致密性好、体积稳定性好、常温强度高、抗热震性能优异。

Description

一种高铝自流浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高铝自流浇注料及其制备方法。
背景技术
随着我国钢铁行业的快速发展，耐火材料消耗量逐渐增加，耐火原料资源日益匮乏。耐火原料的生产过程能耗高且对环境污染大。为了实现我国耐火材料行业节能减排以及资源循环再利用的发展目标、减少耐火原料的消耗和进一步提高耐火材料的经济型，研究采用废旧耐火材料替代耐火原材料迫在眉睫。
中铝球(中铝瓷球)广泛的应用于陶瓷、石油、精细化工、建材、冶金等诸多领域的球磨机设备中。具有硬度大、比重高、高温性能好、机械强度大、无污染以及耐磨性能好等优点，是目前市场上性价比最高的研磨体。随着球磨机设备的不停使用，中铝球的体积越磨越小，当其体积磨损到无法满足球磨机要求时会更换新的中铝球，废的中铝球作为废料处理造成环境污染与资源浪费。
高炉炉喉钢砖与炉壳之间、冷却壁与炉壳之间缝隙需要用高铝自流浇注料进行填充，目前主要采用高铝矾土作为高铝自流浇注料的主骨料。
“一种刚玉自流浇注料”(201811521733.4)专利技术利用氧化铝微粉降低刚玉质浇注料的相对塑性黏度，减少流动过程摩擦力和内部粘滞力，增大自流值。但该浇注料采用硅酸盐水泥作为结合剂，高温强度差、难以应用于高温服役条件。
“一种硅溶胶结合刚玉浇注料及其制备方法”(201610061988.1)专利技术提供一种硅溶胶结合刚玉浇注料的制备方法，根据现场使用需要加入硅溶胶，降低生产成本、减少操作过程。但其配方中未加入分散剂和固化剂，材料的流动性较差，且需要900℃～1100℃下烘烤22～26小时，操作复杂，施工周期长。
“一种用于高炉水渣冲渣槽中后段的高强耐磨浇注料”(201810653827.0)专利技术利用废旧陶瓷材料作为骨料制作耐磨浇注料，成本低、强度高、耐磨损性能好，但由于陶瓷材料Al2O3含量较低，导致该浇注料高温物理性能较差。
发明内容
本发明目的在于提供一种流动性能优异的高铝自流浇注料及其制备方法，制备的耐火浇注料致密性好、常温强度高、抗热震性能优异；本发明另一目的是为废中铝球资源提供一种资源化利用的途径。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种高铝自流浇注料，其组成按质量百分数计如下：
废中铝球颗粒骨料62～66wt％；
废中铝球细粉16～24wt％；
蓝晶石细粉2～5wt％；
α-Al2O3微粉8～13wt％；
以上成分的总量按100％计算；
外加分散剂0.5～1.0wt％；外加固化剂0.3wt％～0.5wt％；外加硅溶胶10～12wt％。
按上述方案，所述废中铝球颗粒骨料粒度为5～0.076mm；其中3～5mm含量30～34wt％、1～3mm含量41～45wt％、0.076～1mm含量22～26wt％；密度为2.35～2.41g/cm3。
按上述方案，所述废中铝球细粉粒度≤0.076mm；密度为2.36～2.49g/cm3。
按上述方案，所述废中铝球颗粒和废中铝球细粉中铝球的主要化学成分：Al2O3含量为62.15～64.32wt％，SiO2含量为21.24～23.39wt％，Fe2O3含量＜2wt％。
按上述方案，所述蓝晶石细粉粒度≤0.076mm；其中主要化学成分：Al2O3含量62.31～64.12wt％，SiO2含量31.67～33.96wt％，Fe2O3含量<0.3wt％，R2O含量<0.53wt％。
按上述方案，所述α-Al2O3微粉的粒度≤0.044mm；其中Al2O3含量≥98wt％。
按上述方案，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物中的任意一种或混合。
按上述方案，所述固化剂为烧结镁盐、磷酸盐中的任意一种或任意混合。
按上述方案，所述硅溶胶为JN-40型硅溶胶；其中SiO2含量≥40wt％，R2O≤0.4wt％。
按上述方案，进一步外加硅溶胶强化剂；所述硅溶胶强化剂为硅烷偶联剂KH560、KH570中的任意一种或任意混合；用量为硅溶胶用量0.5～2wt％。
上述高铝自流浇注料的制备方法，包括以下步骤：
以废中铝球颗粒为骨料，以废中铝球细粉、蓝晶石细粉和α-Al2O3微粉为基质料；先将分散剂、固化剂加入基质料中混匀，再将骨料加入混匀的基质料中，加入硅溶胶混合均匀，得到自流浇注料。
按上述方案，再加入硅溶胶用量0.5～2wt％的强化剂搅拌4～5分钟得自流浇注料。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明以废中铝球为主要原料，合理利用了废弃资源、保护环境；同时采用JN-40型硅溶胶作为材料结合剂，流动性好、施工方便。
本发明以废中铝球为主要材料，中铝球性能优异，且原料基质中加入α-Al2O3微粉在高温下能促进试样烧结，提高试样中高温强度；试样中蓝晶石在高温下的膨胀反应能抵消部分由于烧结而引起的试样收缩，提高了试样的体积稳定性；中铝球中Al2O3能与硅溶胶中纳米级SiO2颗粒在较低的温度下形成莫来石，提高了试样的抗热震性能。
本发明通过三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物的复合使用，解决了传统浇注料使用废旧骨料和粉料吸水率大、难以分散等难题，降低了硅溶胶的使用量，提高了试样的流动性。
本发明通过固化剂和硅溶胶强化剂的使用，实现了硅溶胶结合不定形耐火材料的精准固化，同时提高了硅溶胶结合浇注料的早期强度。
本发明制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为198～203mm；体积密度为2.39～2.48g/cm3；显气孔率为15～19％；110℃抗折强度为6.3～7.8MPa；110℃耐压强度为44.45～63.36MPa；1400℃线变化-0.4～-0.3％；1400℃抗折强度为14.67～18.31MPa；1400℃耐压强度为152.34～176.43MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为53％～60％。
本发明具有成本低廉、工艺简单、节能环保的特点；所制备的流动性能优异的高铝自流浇注料流动性能好、致密性好、体积稳定性好、常温强度高、抗热震性能优异。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为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的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
废中铝球颗粒粒度为5～0.076mm，所述废中铝球颗粒3～5mm含量30～34wt％、1～3mm含量41～45wt％、0.076～1mm含量22～26wt％；主要化学成分是：Al2O3含量为62.15～64.32wt％，SiO2含量为21.24～23.39wt％，Fe2O3含量＜2wt％；所述废中铝球颗粒的密度为2.35～2.41g/cm3。
废中铝球细粉粒度≤0.076mm，主要化学成分是：Al2O3含量62.15～64.32wt％，SiO2含量21.24～23.39wt％，Fe2O3含量＜2wt％；所述废中铝球细粉的密度为2.36～2.49g/cm3。
硅溶胶为JN-40型硅溶胶；SiO2含量≥40wt％，R2O≤0.4wt％。
蓝晶石细粉粒度≤0.076mm；主要化学成分是：Al2O3含量62.31wt％，SiO2含量33.96wt％，Fe2O3含量0.3wt％，R2O含量0.53wt％。
α-Al2O3微粉的粒度≤0.044mm；Al2O3含量≥98wt％。
分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物中的一种或两种混合，两种混合时为任意配比。
固化剂为烧结镁盐、磷酸盐中的一种或两种混合，两种混合时为任意配比。
硅溶胶强化剂为硅烷偶联剂KH560、KH570中的一种或两种混合，两种混合时为任意配比。
高铝自流浇注料的制备方法，过程如下：
以废中铝球颗粒为骨料，以废中铝球细粉、蓝晶石细粉和α-Al2O3微粉为基质料；先将分散剂、固化剂加入基质料中混匀，再将骨料加入混匀的基质料中，加入硅溶胶混合均匀，得到自流浇注料。
为了更优的效果再加入硅溶胶用量0.5～2wt％的强化剂搅拌4～5分钟得自流浇注料。
实施例1
以62wt％废中铝球颗粒为骨料，以24wt％的废中铝球细粉、2wt％蓝晶石细粉和12wt％的α-Al2O3微粉为基质料；先将外加的0.5wt％分散剂、0.3wt％固化剂加入所述基质料混匀，再将所述骨料加入混匀的基质料中，外加12wt％的硅溶胶，再加入硅溶胶加入量1wt％的强化剂搅拌4～5分钟，即得自流浇注料。
本实施例制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为199mm；体积密度为2.41g/cm3；显气孔率为16％；110℃抗折强度为6.7MPa；110℃耐压强度为53.21MPa；1400℃线变化-0.321％；1400℃抗折强度为15.31MPa；1400℃耐压强度为166.43MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为55％。
实施例2
一种流动性能优异的高铝自流浇注料。本实施例所述制备方法是：
以66wt％废中铝球颗粒为骨料，以20wt％的废中铝球细粉、5wt％蓝晶石细粉和9wt％的α-Al2O3微粉为基质料；先将外加的1.0wt％分散剂、0.5wt％固化剂加入所述基质料混匀，再将所述骨料加入混匀的基质料中，外加13wt％的硅溶胶，再加入硅溶胶加入量1.5wt％的强化剂搅拌4～5分钟，即得自流浇注料。
本实施例制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为201mm；体积密度为2.43g/cm3；显气孔率为15％；110℃抗折强度为7.3MPa；110℃耐压强度为60.32MPa；1400℃线变化0.317％；1400℃抗折强度为17.33MPa；1400℃耐压强度为170.65MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为58％。
实施例3
一种流动性能优异的高铝自流浇注料。本实施例所述制备方法是：
以64wt％废中铝球颗粒为骨料，以19wt％的废中铝球细粉、4wt％蓝晶石细粉和13wt％的α-Al2O3微粉为基质料；先将外加的1.0wt％分散剂、0.5wt％固化剂加入所述基质料混匀，再将所述骨料加入混匀的基质料中，外加14wt％的硅溶胶，再加入硅溶胶加入量2wt％的强化剂搅拌4～5分钟，即得自流浇注料。
本实施例制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为200mm；体积密度为2.42g/cm3；显气孔率为17％；110℃抗折强度为7.4MPa；110℃耐压强度为57.63MPa；1400℃线变化-0.371％；1400℃抗折强度为17.63MPa；1400℃耐压强度为167.43MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为57％。
实施例4
一种流动性能优异的高铝自流浇注料。本实施例所述制备方法是：
以62wt％废中铝球颗粒为骨料，以20wt％的废中铝球细粉、5wt％蓝晶石细粉和13wt％的α-Al2O3微粉为基质料；先将外加的0.8wt％分散剂、0.4wt％固化剂加入所述基质料混匀，再将所述骨料加入混匀的基质料中，外加13wt％的硅溶胶，再加入硅溶胶加入量1.8wt％的强化剂搅拌4～5分钟，即得自流浇注料。
本实施例制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为202mm；体积密度为2.46g/cm3；显气孔率为17％；110℃抗折强度为6.9MPa；110℃耐压强度为49.69MPa；1400℃线变化-0.301％；1400℃抗折强度为15.68MPa；1400℃耐压强度为160.34MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为53％。
实施例5
一种流动性能优异的高铝自流浇注料。本实施例所述制备方法是：
以66wt％废中铝球颗粒为骨料，以16wt％的废中铝球细粉、5wt％蓝晶石细粉和13wt％的α-Al2O3微粉为基质料；先将外加的1.0wt％分散剂、0.4wt％固化剂加入所述基质料混匀，再将所述骨料加入混匀的基质料中，外加13wt％的硅溶胶，即得自流浇注料。
本实施例制备的流动性能优异的高铝自流浇注料经测定：流动值为203mm；体积密度为2.47g/cm3；显气孔率为17％；110℃抗折强度为5.23MPa；110℃耐压强度为41.35MPa；1400℃线变化-0.451％；1400℃抗折强度为15.34MPa；1400℃耐压强度为157.28MPa；1000℃水冷3次热震抗折强度保持率为52％。

Claims (10)

1.一种高铝自流浇注料，其特征在于组成按质量百分数计如下：
废中铝球颗粒骨料62～66wt％；
废中铝球细粉16～24wt％；
蓝晶石细粉2～5wt％；
α-Al2O3微粉8～13wt％；
以上成分的总量按100％计算；
外加分散剂0.5～1.0wt％；外加固化剂0.3wt％～0.5wt％；外加硅溶胶10～12wt％。
2.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述废中铝球颗粒骨料粒度为5～0.076mm；其中3～5mm含量30～34wt％、1～3mm含量41～45wt％、0.076～1mm含量22～26wt％；密度为2.35～2.41g/cm3；铝球的主要化学成分：Al2O3含量为62.15～64.32wt％，SiO2含量为21.24～23.39wt％，Fe2O3含量＜2wt％。
3.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述废中铝球细粉粒度≤0.076mm；密度为2.36～2.49g/cm3；铝球的主要化学成分：Al2O3含量为62.15～64.32wt％，SiO2含量为21.24～23.39wt％，Fe2O3含量＜2wt％。
4.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述蓝晶石细粉粒度≤0.076mm；其中主要化学成分：Al2O3含量62.31～64.12wt％，SiO2含量31.67～33.96wt％，Fe2O3含量<0.3wt％，R2O含量<0.53wt％。
5.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述α-Al2O3微粉的粒度≤0.044mm；其中Al2O3含量≥98wt％。
6.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物中的任意一种或混合。
7.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述固化剂为烧结镁盐、磷酸盐中的任意一种或任意混合。
8.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于所述硅溶胶为JN-40型硅溶胶；其中SiO2含量≥40wt％，R2O≤0.4wt％。
9.如权利要求1所述高铝自流浇注料，其特征在于进一步外加硅溶胶强化剂；所述硅溶胶强化剂为硅烷偶联剂KH560、KH570中的任意一种或任意混合；用量为硅溶胶用量0.5～2wt％。
10.权利要求1-9任一项所述高铝自流浇注料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
以废中铝球颗粒为骨料，以废中铝球细粉、蓝晶石细粉和α-Al2O3微粉为基质料；先将分散剂、固化剂加入基质料中混匀，再将骨料加入混匀的基质料中，加入硅溶胶混合均匀，得到自流浇注料。
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