CN116120044A - 一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料及其生产方法，所述浇注材料的原料包括：锆刚玉骨料、碳化硅、有机纤维、硅微粉、纯铝酸钙水泥、减水剂以及添加剂，改浇注材料制备方法为：磨粉、浆液制备、空心球浇注材料制。本发明提供了一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，通过严格调整提供浇注原料的配比，以及磨粉、浆液制备、空心球浇注材料制备等一系列处理，制备了具有良好的热震性能、耐磨性强的浇注材料，且原材料成分配比简单，节约成本；制造工艺简单，易于产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及浇注材料技术领域，具体是涉及一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料。
背景技术
在耐火材料的应用中，不定形耐火材料具有投资少、能耗省、制成之整体衬体热震稳定性好、气密性好、能修补炉衬等优点，因此它与耐火砖等定性耐火材料相比，应用更为广泛。浇注材料是目前生产和使用最广泛的一种不定形耐火材料，主要用于高炉、热风炉、垃圾焚烧炉、化工等水泥领域，其中还可用于构筑加热炉内衬等整体构筑物；其优质品种也可用于冶炼炉，工业上常使用的耐火浇注料主要有铝酸盐浇注料、水玻璃浇注料和磷酸盐浇注料等。
目前，由于普通高铝浇注料在使用过程中发现，其热震性能以及抗冲刷性能较差，从而严重影响了使用寿命；并且使用过程中局部还很容易出现裂纹和塌陷现象，体积受高温影响后收缩变化大，另外，现有常用浇注料其强度相对较低、耐磨性能较差，不能满足相关需要。
因此，现设计一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料来解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料。
本发明的技术方案是：一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，所述浇注材料的原料按重量份数计包括：锆刚玉骨料60-70份、碳化硅11-15份、有机纤维4-6份、硅微粉4～6份、纯铝酸钙水泥7～12份、减水剂1-2份以及添加剂1-3份；
进一步地，所述锆刚玉骨料按质量百分数比包括：41.5-42.5％的锆英砂，48.5-50.5％的氧化铝粉，4.0-5.5％的氧化锆，0.3-0.7％的硅线石粉，0.5-1.0％的石墨烯，0.1-0.5％的结合剂。
说明：利用锆刚玉骨料、碳化硅、有机纤维、硅微粉、纯铝酸钙水泥、减水剂以及添加剂，可以制成一种具有耐磨特性的锆刚玉复合空心球浇注材料，利用锆英砂、氧化铝粉、硅线石粉、石墨烯以及结合剂的锆刚玉骨料具有优异的耐高温、抗热震以及高耐磨性的能力。
进一步地，所述减水剂为铝酸钠、六偏磷酸钠或三聚磷酸钠中的一种或多种。
说明：在制备浇注材料时加入减水剂，在保持浇注材料的流动值基本不变的条件下，能显著降低拌合用水量，减水剂是电解质类物质，它溶于水后能解离出带电的离子，此离子会被悬浮液中的固体粒子(或胶体粒子)吸附，增大粒子间的排斥力，使粒子均匀分散开，并释放出由微粒子组成的凝集结构中包裹的游离水，故可提高浇注材料的流动值，改善作业性能。
进一步地，有机纤维为聚乙烯纤维或聚丙烯纤维中的任意一种。
说明：在制备注材料时加入有机纤维，可以增强浇注材料的韧性，并提高其抗应力-应变能力以及提高抗热震性，减少浇注材料的开裂以及剥落。
进一步地，所述添加剂按质量分数计包括：75％-85％的红柱石微粉，15％-25％HPMA。
说明：红柱石细粉同高耐火度和耐磨性良好的锆刚玉骨料配合可制成热稳定、抗热震、低蠕变以及高耐火性的浇注材料，红柱石细粉与碳化硅配合可制成高热稳定性、高抗渣侵蚀性能的浇注材料，在浇注材料中加入HPMA，使得浇注材料在常温的条件下强度以及显气孔率增加，体积密度降低,高温抗折强度和抗热震性得到明显提高。
进一步地，所述锆刚玉骨料的制备方法为：
1)将锆英砂、氧化铝粉以及氧化锆、石墨烯经过混料机混合均匀后，加入结合剂浸泡15-23小时，将浸泡后的混合物加入到电弧炉中，经70-85分钟长电弧熔化，之后向溶液中通入氧气，得到混合液；
2)再将硅线石加入到混合液中，经25-30分钟长电弧熔化，之后再通入氧气，得到溶液；
3)将溶液经保温退火，再经过切磨加工得到锆刚玉骨料。
说明：通过上述方法制备出的锆刚玉骨料具有优异的耐高温、耐侵蚀、抗热震的能力。
进一步地，所述结合剂按质量分数比包括：20％-30％的二氧化硅、1％-8％的丙三醇，余量为水。
说明：使用二氧化硅与丙三醇混合液作为结合剂时，使得锆刚玉流动值增大，二氧化硅采用纳米氧化硅胶体，比表面积大、吸附性较强，并且在水中发生电离作用，使结合剂带有相同的负电荷，颗粒间产生排斥作用，这一特性使采用结合剂的锆刚玉具有优良的流动性能。
进一步地，所述锆刚玉复合空心球浇注材料的制备方法为：
S1、磨粉：
先锆刚玉骨料加入磨球机中球磨10-15分钟制成细粉，随后依次加入碳化硅、有机纤维球磨15-20分钟，得到过200目筛的混合粉后，再向磨球机中加入硅微粉，得到过500目筛的混合微粉；
S2、浆液制备：
将混合微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉以及减水剂加入到占以上四种成份总重量2倍的水中，持续加热并搅拌，当温度至60℃-70℃时，开始投加0.05～0.15份/+1℃的添加剂并搅拌，当温度升至70℃-80℃时，将剩余添加剂全部投放，保持温度搅拌8-10分钟，制成浆液；
S3、空心球浇注材料制备：
以聚苯乙烯小球为模板，将若干个聚苯乙烯小球充分浸泡在浆液中；将混有聚苯乙烯小球的浆液通过筛网滤出多余的浆液并进行干燥，重复上述动作，直至聚苯乙烯小球表面具有一定厚度均匀的浆液，最后对聚苯乙烯小球进行排塑、烧成，得到空心球浇注材料。
说明：通过上述方法制备的浇注材料，提高了热震性能以及抗冲刷性能，减少浇注材料在使用过程中局部出现裂纹和塌陷的现象，在高温时收缩变化小，同时具有强度高、耐磨性强等特点。
进一步地，所述排塑温度为300℃～550℃，时间2.5-3.5小时，所述烧成温度为1670℃～1740℃。
说明：通过高温排塑以及烧成操作，使得聚苯乙烯小球消失得到空心球浇注材料。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，通过严格调整提供浇注原料的配比，以及磨粉、浆液制备、空心球浇注材料制备等一系列处理，制备了具有良好的热震性能、耐磨性强的浇注材料，且原材料成分配比简单，节约成本；制造工艺简单，易于产业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
实施例1
一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，所述浇注材料的原料按重量份数计包括：锆刚玉骨料65份、碳化硅13份、有机纤维5份、硅微粉5份、纯铝酸钙水泥10份、减水剂1.5份以及添加剂2份；
所述锆刚玉骨料按质量百分数比包括：42％的锆英砂，49.5％的氧化铝粉，5％的氧化锆，0.5％的硅线石粉，1.0％的石墨烯，0.6％的结合剂；
所述减水剂为铝酸钠；有机纤维为聚乙烯纤维；
所述添加剂按质量分数计包括：80％的红柱石微粉，20％HPMA；
所述锆刚玉骨料的制备方法为：
1)将锆英砂、氧化铝粉以及氧化锆、石墨烯经过混料机混合均匀后，加入结合剂浸泡19小时，将浸泡后的混合物加入到电弧炉中，经80分钟长电弧熔化，之后向溶液中通入氧气，得到混合液；
2)再将硅线石加入到混合液中，经28分钟长电弧熔化，之后再通入氧气，得到溶液；
3)将溶液经保温退火，再经过切磨加工得到锆刚玉骨料。
所述结合剂按质量分数比包括：25％的二氧化硅，4％的丙三醇，余量为水；
所述锆刚玉复合空心球浇注材料的制备方法为：
S1、磨粉：
先锆刚玉骨料加入磨球机中球磨13分钟制成细粉，随后依次加入碳化硅、有机纤维球磨18分钟，得到过200目筛的混合粉后，再向磨球机中加入硅微粉，得到过500目筛的混合微粉；
S2、浆液制备：
将混合微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉以及减水剂加入到占以上四种成份总重量2倍的水中，持续加热并搅拌，当温度至65℃时，开始投加0.1份/+1℃的添加剂并搅拌，当温度升至75℃时，将剩余添加剂全部投放，保持温度搅拌9分钟，制成浆液；
S3、空心球浇注材料制备：
以聚苯乙烯小球为模板，将若干个聚苯乙烯小球充分浸泡在浆液中；将混有聚苯乙烯小球的浆液通过筛网滤出多余的浆液并进行干燥，重复上述动作，直至聚苯乙烯小球表面具有2mm厚度均匀的浆液，最后对聚苯乙烯小球进行排塑、烧成，得到空心球浇注材料；
所述排塑温度为400℃，时间3小时，所述烧成温度为1700℃。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述浇注材料的原料按重量份数计包括：锆刚玉骨料60份、碳化硅11份、有机纤维4份、硅微粉4份、纯铝酸钙水泥7份、减水剂1份以及添加剂1份。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述浇注材料的原料按重量份数计包括：锆刚玉骨料70份、碳化硅15份、有机纤维6份、硅微粉6份、纯铝酸钙水泥12份、减水剂2份以及添加剂3份。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述添加剂按质量分数计包括：75％的红柱石微粉，15％HPMA。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述添加剂按质量分数计包括：85％的红柱石微粉，25％HPMA。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述锆刚玉骨料的制备方法中，步骤1)中，将锆英砂、氧化铝粉以及氧化锆、石墨烯经过混料机混合均匀后，加入结合剂浸泡15小时。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述锆刚玉骨料的制备方法中，步骤1)中，将锆英砂、氧化铝粉以及氧化锆、石墨烯经过混料机混合均匀后，加入结合剂浸泡23小时。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述锆刚玉骨料按质量百分数比包括：41.5％的锆英砂，48.5％的氧化铝粉，4.0％的氧化锆，0.3％的硅线石粉，0.5％的石墨烯，0.2％的结合剂。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述锆刚玉骨料按质量百分数比包括：42.5％的锆英砂，50.5％的氧化铝粉，5.8％的氧化锆，0.7％的硅线石粉，1.5％的石墨烯，1.0％的结合剂。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述结合剂按质量分数比包括：20％的二氧化硅、1％的丙三醇，余量为水。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述结合剂按质量分数比包括：30％的二氧化硅、8％的丙三醇，余量为水。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S2中，当温度至60℃时，开始投加0.05份/+1℃的添加剂并搅拌，当温度升至70℃时，将剩余添加剂全部投放，保持温度搅拌8分钟，制成浆液。
实施例13
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，步骤S2中，当温度至70℃时，开始投加0.15份/+1℃的添加剂并搅拌，当温度升至80℃时，将剩余添加剂全部投放，保持温度搅拌10分钟，制成浆液。
实施例14
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述排塑温度为300℃，时间2.5小时，所述烧成温度为1670℃。
实施例15
本实施例与实施例1基本相同，与其不同之处在于，所述排塑温度为550℃，时间3.5小时，所述烧成温度为1740℃。
实验例
针对各个实施例所制备的浇注材料，分别取各实施例的样件5个，以测试铜锆合金线材的性能，每个实施例的5个样件的性能测量结果取平均值，作为该实施例的性能测量结果，具体探究如下：
1、探究不同浇注材料的原料配比对浇注材料的影响。
以实施例1、2、3做为实验例对比，同时设置对比例1，对比例1为：原料中不添加添加剂，其他条件均不变；结果如表1所示：
表1各配料下浇注材料的性能测试表
由上表1结果可以看出，不同的锆刚玉骨料、碳化硅、有机纤维、硅微粉、纯铝酸钙水泥、减水剂以及添加剂的配比对浇注材料的性能有着一定影响，其中，实施例1的浇注材料热震稳定性、耐磨性能更优；
同时，通过对比例1与实施例1对比可以看出，在制备浇注材料没有加入添加剂时，所制备的浇注材料的性能出现明显下降，因此，本申请的添加剂对浇注材料性能的提升较为明显。
2、探究添加剂不同配比对浇注材料的影响。
以实施例1、4、5做为实验例对比，同时设置对比例2，对比例2为：添加剂中没有HPMA，其他条件均不变；结果如表2所示：
表2不同添加剂配比下浇注材料的性能测试表
由上表2结果可以看出，不同的红柱石微粉、HPMA配比对浇注材料的性能有着一定影响，其中，实施例1的浇注材料热震稳定性、耐磨性能更优；
同时，通过对比例2与实施例1对比可以看出，在添加剂中不加入HPMA时，所制备的浇注材料的性能出现明显下降，因此，本申请的HPMA对浇注材料性能的提升明显。
3、探究在结合剂中不同的浸泡时间对浇注材料的影响。
以实施例1、6、7做为实验例对比，结果如表3所示：
表3不同浸泡时间下浇注材料的性能测试表
由上表3结果可以看出，制备锆刚玉骨料时，在结合剂中不同的浸泡时间对浇注材料的性能有着一定影响，其中实施例7最优，但是实施例7与实施例1性能几乎无差别，而实施例7制备时间更长，从生产成本等角度考量，实施例1的浇注材料性能相对更优。
4、探究不同锆刚玉骨料的原料配比对浇注材料的影响。
以实施例1、8、9做为实验例对比，结果如表4所示：
表4不同锆刚玉骨料的原料配比下浇注材料的性能测试表
由上表4结果可以看出，不同的的锆英砂、氧化铝粉、氧化锆、硅线石粉、石墨烯以及结合剂的配比对浇注材料的性能有着一定影响，其中，实施例1的浇注材料性能更优。
5、探究结合剂不同配比对浇注材料的影响。
以实施例1、10、11做为实验例对比，同时设置对比例3，对比例3为：结合剂中没有添加丙三醇，其他条件均不变；结果如表5所示：
表5结合剂不同配比下浇注材料的性能测试表
由上表5结果可以看出，不同的二氧化硅、丙三醇以及水的配比对浇注材料的性能有着一定影响，其中，实施例1的浇注材料性能更优；
同时，通过对比例3与实施例1对比可以看出，在结合剂中不加入丙三醇时，所制备的浇注材料的性能出现明显下降，因此，本申请的丙三醇对浇注材料性能的提升明显。
6、探究添加剂不同温度的添加量对浇注材料的影响。
以实施例1、12、13做为实验例对比，同时设置对比例3，对比例4为：温度升至70℃时，加入添加剂并搅拌，其他条件均不变；结果如表6所示：
表6添加剂不同添加量下浇注材料的性能测试表
由上表6结果可以看出，添加剂在不同温度之间投加不同量的添加剂对浇注材料的性能有着一定影响，其中，实施例1的浇注材料性能更优；
同时，通过对比例4与实施例1对比可以看出，采用本实施例1的投加方式施加添加剂，其最终制备的浇注材料性能更优。
7、探究不同烧成温度对浇注材料的影响。
以实施例1、14、15做为实验例对比，结果如表7所示：
表7烧成温度下浇注材料的性能测试表
由上表7结果可以看出，添加剂在不同温度之间投加不同量的添加剂对浇注材料的性能有着一定影响，其中实施例15的热震稳定性最优，实施例1的线变化率以及耐磨性最优，实施例15与实施例1性能几乎无差别，而实施例15制备成本更高，从生产成本等角度考量，实施例1的浇注材料性能相对更优。
Claims (9)
1.一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述浇注材料的原料按重量份数计包括：锆刚玉骨料60-70份、碳化硅11-15份、有机纤维4-6份、硅微粉4～6份、纯铝酸钙水泥7～12份、减水剂1-2份以及添加剂1-3份；
所述锆刚玉骨料按质量百分数比包括：41.5-42.5％的锆英砂，48.5-50.5％的氧化铝粉，4.0-5.5％的氧化锆，0.3-0.7％的硅线石粉，0.5-1.2％的石墨烯，0.2-1.0％的结合剂。
2.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述减水剂为铝酸钠、六偏磷酸钠或三聚磷酸钠中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，有机纤维为聚乙烯纤维或聚丙烯纤维中的任意一种。
4.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述添加剂按质量分数计包括：75-85％的红柱石微粉，15-25％HPMA。
5.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述锆刚玉骨料的制备方法为：
1)将锆英砂、氧化铝粉以及氧化锆、石墨烯经过混料机混合均匀后，加入结合剂浸泡15-23小时，将浸泡后的混合物加入到电弧炉中，经70-85分钟长电弧熔化，之后向溶液中通入氧气，得到混合液；
2)再将硅线石加入到混合液中，经25-30分钟长电弧熔化，之后再通入氧气，得到溶液；
3)将溶液经保温退火，再经过切磨加工得到锆刚玉骨料。
6.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述结合剂按质量分数比包括：20-30％的二氧化硅，1-8％的丙三醇，余量为水。
7.如权利要求1所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述锆刚玉复合空心球浇注材料的制备方法为：
S1、磨粉：
先锆刚玉骨料加入磨球机中球磨10-15分钟制成细粉，随后依次加入碳化硅、有机纤维球磨15-20分钟，得到过200目筛的混合粉后，再向磨球机中加入硅微粉，得到过500目筛的混合微粉；
S2、浆液制备：
将混合微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉以及减水剂加入到占以上四种成份总重量2倍的水中，持续加热并搅拌，当温度至60℃-70℃时，开始投加0.05～0.15份/+1℃的添加剂并搅拌，当温度升至70℃-80℃时，将剩余添加剂全部投放，保持温度搅拌8-10分钟，制成浆液；
S3、空心球浇注材料制备：
以聚苯乙烯小球为模板，将若干个聚苯乙烯小球充分浸泡在浆液中；将混有聚苯乙烯小球的浆液通过筛网滤出多余的浆液并进行干燥，重复上述动作，直至聚苯乙烯小球表面具有一定厚度均匀的浆液，最后对聚苯乙烯小球进行排塑、烧成，得到空心球浇注材料。
8.如权利要求7所述的一种节能耐磨型锆刚玉复合空心球浇注材料，其特征在于，所述排塑温度为300℃-550℃，时间2.5-3.5小时，所述烧成温度为1670℃-1740℃。
9.有机纤维为聚乙烯纤维或聚丙烯纤维中的任意一种。
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| GR01 | Patent grant | ||
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