CN1143838C - 用于制造隔热耐火材料的含水组合物及其制备的方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造一种隔热耐火材料的含水组合物，含有20-70重量%的陶瓷基质、5-40重量%的隔热微球、0.5-20重量%的一种或多种粘合剂和5-25重量%的水。所述陶瓷基质包括玻璃态颗粒，特别是雾化的二氧化硅。它还含有0.5-4重量%的反絮凝剂和0.5-4重量%的胶体二氧化硅。所述隔热微球是基于二氧化硅和氧化铝的材料的空心球。它们含有55-65重量%的二氧化硅和27-33重量%的氧化铝。

Description

用于制造隔热耐火材料的含水组合物及其制备的方法和用途
隔热耐火材料用于工业中，特别是冶金工业中，用于减小热损失并节约能量。这些材料也可以用于涂敷一种制品。它们也可以用于以所述材料本身生产隔热部件。它们还可以用于生产构件，如板或砖，多个使用来形成隔热单元。
例如，在钢的连铸中使用耐火材料部件，用于在各个容器之间输送熔融的钢，特别是在钢水包和分配器、以及连铸模具之间。应该使这些部件更隔热，以改进预热效率(在预热所述部件时)，以避免钢在出钢口内壁的固化，在用于分配器的出钢部件的情况下，避免在铸造部件与模壁之间的桥联。
根据另一个实例，为了改进分配器塞棒的预热效率，使用安装在所述塞棒上并保持加热器热量的隔热耐火材料袖砖。
通常使用充满陶瓷纤维的纸板或纸垫作为隔热耐火材料。这种材料保证了良好的隔热性，但是存在几个缺点。
陶瓷纸的布置需要切割、布置和粘结的操作，这些操作是长时间且单调乏味的。此外，陶瓷纸板或平板的处理使得可以***作者吸入的致癌陶瓷纤维逸出。
用于钢材铸造部件的隔热耐火涂层也是已知的(EP 0 296 981)。这种涂层用含有30-85重量％的细分散组分(如气相法二氧化硅；氧化铝或氧化锆粉末和氧化铝珠；氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、或铬-氧化铝的纤维陶瓷料、甚至氧化铝或氧化锆珠)的含水悬浮液组合物获得。这种组合物还含有最多7重量％的粘合剂，如六偏磷酸钠或硅酸钠，和最多40重量％的玻璃形成熔块。
这样的涂层避免了充满陶瓷纤维的陶瓷纸板的一些缺点。特别地，因为它不需要大量操作，所以，它可以更快地安装。此外，它可以有助于避免对操作者健康有危险的陶瓷纤维的存在。然而，它也存在一些缺点。由于其气孔率低(约20％)，其隔热性能不是非常好。这种气孔基本是开口气孔，其隔热性能不如闭口气孔好。此外，难以在铸件上形成厚度大的涂层。为了增大涂层厚度，必须在其涂敷前预热所述部件，这需要一个辅助步骤并意味着附加的成本。此外，在沉积第一层之后，不可能沉积第二层，因为所述涂层的外表面是光滑的并且是不可渗透的，这不能产生第二层的良好结合。
本发明的目的是一种补救这些缺点的隔热耐火材料。这种隔热耐火材料由一种含水组合物制得，并被干燥至含至多5重量％的水。所述含水组合物包含20-70重量％的陶瓷基质、5-40重量％的隔热微球、0.5-20重量％的一种或多种粘合剂和5-25重量％的水。所述基质可以是玻璃质颗粒的基质，特别是二氧化硅，优选的是雾化的二氧化硅；它还可以包含非玻璃质颗粒，如氧化铝或氧化镁。优选的是所述基质不包含超过30重量％的非玻璃质颗粒基质。
USP 4,874,726公开了一种具有高耐磨性和较低热导率的耐火材料。这种材料包含40-95重量％的玻璃质二氧化硅，最多25重量％煅烧耐火骨料，其余为铝酸钙水泥(粘合剂)。对于每100份这种混合物，所述材料还含有3-15重量％的氧化铝-二氧化硅基微球。在与适量水混合时，这种用于通过浇注或喷射(gunning)形成耐火材料部件的组合物的粘度为约4-6Pa·s。这种极低的粘度，通常用于通过浇注操作形成耐火材料部件，不适合于通过浸渍形成涂层。
所述材料还可以含有最多4重量％的反絮凝剂和最多20重量％的胶体二氧化硅。优选的是，它含有0.5-4重量％的反絮凝剂和0.5-20重量％的胶体二氧化硅。
隔热微球可以是以二氧化硅和氧化铝为基的材料的空心球。这种材料含有55-65重量％的二氧化硅和27-33重量％的氧化铝。
本发明的粘合剂的主要特性是，它必须为制造本发明的耐火材料中所用的含水组合物(即浆料)赋予适合于把所述耐火材料部件浸渍到所述浆料中形成涂层的粘度。规则且均匀的涂层的形成实际上很大程度取决于浆料的粘度。合适的粘度一般高于8Pa·s，优选的是高于10Pa·s。
根据本发明可以使用的粘合剂是高岭石型粘土和有机粘合剂，如多糖(例如，糊精)。
这些结合剂赋予所述含水组合物完全满足上述要求的粘度。
本发明还涉及一种部件，主要用于铸钢，具有用本发明的隔热材料涂敷的耐火材料基体。所述部件也可以是一种部分用本发明的材料生产的复合部件。这种部件可以在一次操作中浇注生产或者由几个组件形成。
本发明还涉及一种用于隔热涂敷或制造隔热部件的组合物的制备方法。
根据这种方法：
-把一种或多种粘合剂溶解在一定量的水中；
-加入一种反絮凝剂；
-加入雾化的玻璃态二氧化硅，同时搅拌所述溶液使其水化并形成浆料。
-加入隔热材料的微球，同时继续搅拌所述浆料保持其均匀。
在该方法的一个优选的变化形式中，在反絮凝剂之后加入胶体二氧化硅。在制造所述材料中使用的组合物可以是一种含有20-70重量％雾化玻璃态二氧化硅颗粒、5-40重量％的隔热微球、0.5-20重量％的一种或多种粘合剂和5-25重量％水的浆料。它还可以含有最多4重量％的反絮凝剂和最多10重量％的胶体二氧化硅。优选的是，它还含有0.5-4重量％的反絮凝剂和0.5-10重量％的胶体二氧化硅。这种组合物的粘度在9-12Pa·s之间。
本发明还涉及一种具有隔热涂层的耐火材料构件。
本发明还涉及一种用本发明的组合物涂敷用于熔融金属(特别是钢)铸造中的耐火材料部件的方法。
根据这种方法：
-在室温下把所述部件在上述组合物中浸渍小于1分钟的时间；
-使其在大气中干燥2-4小时。
借助这种方法，有可能生产几个涂层。
-通过第一次浸渍在所述部件上沉积第一层浆料；
-使所述部件在大气中干燥45分钟-2小时；
-通过第二次浸渍在所述部件上沉积第二层浆料；
-使所述部件在大气中干燥2-4小时。
本发明的材料表现出许多优点。
它比陶瓷纤维纸或垫更易于应用。而且它不产生危害健康的纤维。
根据前面已知的涂层，它保证了更好的隔热作用，因为其气孔率更大并且因为通过隔热微球提供的闭口气孔比例更大。此外，由于浆料的特定粘度，改善了隔热质量，因为有可能在部件上沉积更大的涂层厚度而不破坏隔热性能。该厚度单层最大达到4毫米，两层最大达到7毫米。
最后，有可能容易地全部或部分用这种材料生产隔热部件。
从下面的详细描述和实施例可以清楚理解本发明的其它特性和优点。
实施例I
一种钢铸造构件，如水口，由涂敷隔热耐火材料涂层的细长氧化铝-石墨化主体构成。为此，制备了浸渍所述部件的浆料。为了制备所述浆料，把一种有机粘合剂(如糊精)溶解在适量的水中。糊精是一种提供原始机械强度的多糖。它也是一种增粘剂。它可以在部件的预烧过程中原位排出。
加入第二种粘合剂，例如高岭石型粘土。粘土是以一种用于悬浮隔热微球和雾化二氧化硅颗粒的悬浮剂。它还贡献于原始结合。为了保证均匀性，特别是在粘土的情况下，为了使其完全水化并避免其团聚形成团聚体，在糊精和粘土的加入过程中必须连续搅拌所述组合物。优选的是用行星式混合机，如COUVROT-LAINE牌混合机，获得这种搅拌。然后加入反絮凝剂，例如德国司马(ZSCHIMMER& SCHWARZ)公司售出的、商品名为DOLAPIX CE 64的类型的反絮凝剂。DOLAPIX是一种用于原料和陶瓷泥料的无碱羧酸基分散剂/反絮凝剂，特别适用于陶瓷氧化物、块滑石等的反絮凝。
以含有30％胶体二氧化硅的液体溶液形式加入胶体二氧化硅，并引入雾化二氧化硅的颗粒。这些颗粒通过在气流中破碎二氧化硅浆料而获得。在空气中悬浮的液滴尺寸为50微米-1.5毫米(直径)。通过在热空气流中排出水，获得大致完整的二氧化硅微球。
最后，加入尺寸在5-500微米之间的(例如硅酸铝的)隔热微球。这些微球非常轻。构成这些微球的材料的固有密度为2.7-2.8克/立方厘米，但是由于这些微球是空心的，微球的表观密度仅为0.6-0.8克/立方厘米。因此，这些微球保证了非常好的隔热性能。当然，如上所述，在依次加入每种组分的过程中，必须连续搅拌。
粘度为12Pa·s的本发明的组合物可以通过任何合适的方法，如喷洒，沉积在所述部件上。然而，涂层的涂敷优选的是通过浸渍。
把所述部件以较充分的速度(每分钟几米)浸渍在所述组合物中。所述部件保持浸渍小于1分钟的时间，例如30秒。把所述部件从浸渍液中取出。取出速度应该较慢，例如小于每分钟3米。然后使所述部件在所述浸渍液上方控干小于1分钟的时间，例如30秒，然后使其在空气中干燥。如果只涂敷一层，在大气中的干燥时间为2-4小时。如果涂敷2层或更多层，在涂敷下一层之前，在空气中的干燥时间较短，例如45分钟-2小时。最后，对于单层涂层，使最后一层干燥2-4小时。然后在恒温120℃的窑炉内使所述部件完全干燥1小时。
组合物的实例
水：20.0％
糊精：3.2％
胶体二氧化硅：1.0％
Dolapix CE 64：2.0％
Fillite SG 500：10.0％
粘土(HYMOD RF CLAY)：4.6％
雾化玻璃态二氧化硅颗粒：59.2％
从这种组合物获得涂层的化学组成如下：
成分 ％重量
 SiO2Al2O3TiO2Fe2O3CaOMgONa2OK2O烧失量  91.946.320.110.620.020.030.020.130.56
所获得的涂层的密度小于1.1，其比重为1.5-2克/立方厘米，其气孔率为40-55％。
实施例II
生产一种用于中间包塞棒的预热袖砖。所述袖砖具有一种安装在所述塞棒外径上的圆筒部件和一个完全覆盖分配器出钢口的喇叭形部件。这种袖砖通过把浆料倒入石膏模中，用本发明的隔热耐火材料制成。
实施例III
制造一种用于玻璃工业的注口盖板。所述板是一种厚度为50毫米的平行六面体。这种板通过在石膏模中浇注用本发明的隔热耐火材料制成。

Claims (19)

1.用于制造一种隔热耐火材料的含水组合物，含有20-70重量％的陶瓷基质、5-40重量％的隔热微球、0.5-20重量％的一种或多种粘合剂和5-25重量％的水，所述组合物的粘度为8-12Pa·s。
2.根据权利要求1的组合物，特征在于所述陶瓷基质包括玻璃态二氧化硅或雾化二氧化硅的颗粒。
3.根据权利要求1的组合物，特征在于所述一种或多种粘合剂包括一种有机粘合剂。
4.根据权利要求3的组合物，特征在于所述有机粘合剂包括一种为糊精的多糖。
5.根据权利要求1的组合物，特征在于所述一种或多种粘合剂包括一种高岭石型粘土。
6.根据权利要求1的组合物，特征在于所述陶瓷基质包括玻璃态颗粒。
7.根据权利要求6的组合物，特征在于所述玻璃态颗粒包括二氧化硅或雾化二氧化硅的颗粒。
8.根据权利要求1的组合物，特征在于它还包含0.5-4重量％的反絮凝剂。
9.根据权利要求1的组合物，特征在于它还包含0.5-10重量％的胶体二氧化硅。
10.根据权利要求1的组合物，特征在于所述隔热微球包括含有二氧化硅和氧化铝的材料的空心球。
11.根据权利要求10的组合物，特征在于所述含有二氧化硅和氧化铝的材料含有55-65重量％的二氧化硅和27-33重量％的氧化铝。
12.一种由权利要求1-11中任一项的含水组合物制成的隔热耐火材料，特征在于并被干燥至含有最多5重量％的水。
13.具有耐火材料基体的用于熔融金属铸造的部件，特征在于这种基体有根据权利要求12的材料的涂层。
14.用于熔融金属铸造的部件，特征在于其完全或部分用根据权利要求12的耐火材料制成。
15.用于涂敷在钢的铸造中使用的耐火材料制品的权利要求1的组合物的制备方法，其中：
-把一种或多种粘合剂溶解在一定量的水中；
-加入玻璃态二氧化硅或雾化二氧化硅的颗粒，同时搅拌所述溶液使其水化并形成浆料；
-加入隔热材料的微球，同时继续搅拌所述浆料使其均匀，特征在于所述粘合剂使所述浆料的粘度为8-12Pa·s。
16.根据权利要求15的方法，特征在于在加入所述一种或多种粘合剂之后加入一种反絮凝剂。
17.根据权利要求15或16的方法，特征在于在加入所述玻璃态二氧化硅或雾化二氧化硅颗粒之前加入所述胶体二氧化硅。
18.涂敷在熔融金属铸造中所用的耐火材料制品的方法，特征在于：
-在室温下把所述制品在权利要求1-11任一项的组合物中浸渍小于1分钟的时间；
-使其在大气中干燥2-4小时。
19.一种涂敷方法，特征在于：
-通过第一次浸渍在所述制品上沉积第一层权利要求1-11任一项的组合物的浆料；
-使所述制品在大气中干燥45分钟-2小时；
-通过第二次浸渍在所述制品上沉积第二层权利要求1-11任一项的组合物的浆料；
-使所述制品在大气中干燥2-4小时。
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