铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料及其制备方法。以重量百分含量表示，所述浇注料配方中含有原料12～8mm的高铝矾土骨料25～35%、8～3mm的高铝矾土骨料10～15%、3～0mm的高铝矾土骨料15～20%、＜88μm的刚玉细粉或铝矾土细粉15～25%、＜88μm的SiC细粉5～12%、＜5μm硅微粉1～5%和＜5μm的α-Al

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是涉及一种铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料及其制备方法。

背景技术

传统的铁水包沿浇注料多使用铝酸钙水泥结合的高铝质浇注料，或铝酸钙水泥结合的A1₂O₃-SiC质浇注料。由于铝酸钙水泥会引入一定的CaO，在高温下CaO与浇注料中的Al₂O₃和SiO₂会反应生成低熔点的长石类化合物。因此，往往造成其抗侵蚀性低、耐用性低，难以满足钢厂对铁水包长寿命的使用要求。另一方面，由于采用铝酸钙水泥结合的浇注料中温强度低。因此，其抗机械磨损性能和抗热震稳定性差。此外，由于采用铝酸钙水泥结合的浇注料还需要足够的养护时间和烘烤时间，当快速干燥和烘烤时，浇注料容易出现裂纹和爆裂，某种程度上制约了铁水包的周转效率。

目前，关于高铝质浇注料或A1₂O₃-SiC质浇注料的相关文献报道也有不少，例如：1、申请号为201210247677.6、名称为“一种高铝质高温耐火浇注料及制备方法”的发明专利，该发明专利将一定比例的高铝料、特级高岭土、黑泥、辉绿岩、粘结剂、促凝粉、刚玉粉、锆英砂和少量水进行混合、困料制成。2、申请号为201310508055.9、名称为“电厂锅炉用高铝质高温耐火浇注料”的发明专利申请，该专利申请浇注料包括以下重量份数组分制成：高铝骨料60～80，特级高岭土5～12，粘结剂5～12，硅微粉2～8，氧化铝微粉2～10，水1～5。其中，在高铝骨料60～80的份数中，粗骨料占30%～40%，中骨料占35%～45%，细骨料占20%～30%。粘结剂包括以下重量份数组分制成：硅酸镁20～40，磷酸盐80～60。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有中温强度高、抗热震性能好、抗侵蚀能力强、并且能快速烘烤的铁水包沿用铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，并提供该硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料的制备方法；即本发明提供一种铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料配方中含有原料12～8mm的高铝矾土骨料25～35%、8～3mm的高铝矾土骨料10～15%、3～0mm的高铝矾土骨料15～20%、＜88μm的刚玉细粉或铝矾土细粉15～25%、＜88μm的SiC细粉5～12%、＜5μm硅微粉1～5%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉5～10%；另外加入占上述原料总重量10～15%铝硅溶胶复合结合剂。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述刚玉细粉中Al₂O₃的质量百分含量≥95%；所述铝矾土细粉中Al₂O₃的质量百分含量≥85%。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述SiC细粉中SiC的质量百分含量≥90%。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述硅微粉中SiO₂的质量百分含量≥90%。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述α-Al₂O₃微粉中Al₂O₃的质量百分含量≥97%。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中，然后加入占两种原料总重量0.5～1%的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm。

一种铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料的制备方法，所述制备方法为：

首先按照上述浇注料的配比比例称取各种原料，首先将称取的高铝矾土骨料、刚玉细粉或铝矾土细粉、SiC细粉、硅微粉和α-Al₂O₃微粉混合均匀，然后加入铝硅溶胶复合结合剂混合均匀，混合均匀后振动成型，成型后的坯体在自然环境温度下养护4～8小时，养护后脱模，脱模后经120～140℃下干燥12～24小时，干燥后得到产品铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料。

根据上述的铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料的制备方法，所得产品铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料的体积密度为2.60～2.85 g·cm^-3。

本发明的积极有益效果：

1、本发明浇注料与铝酸钙水泥结合的浇注料相比，本发明制备的浇注料由于不采用铝酸钙水泥结合，浇注料中不含CaO，高温下不会生产低熔点相，因此，其抗铁渣侵蚀性能强（1450℃×3h静态坩埚抗渣实验时，本发明浇注料抗侵蚀能力是传统的水泥结合高铝浇注料的2倍）。

2、本发明浇注料由于采用了铝硅溶胶复合结合剂，在中温下结合剂中的超细SiO₂粒子和Al₂O₃粒子会反应生成抗热震稳定性好的莫来石。因此，本发明浇注料的中温强度高，抗热震性能好（1100℃-水冷条件下，本发明浇注料抗热震性次数≥10次，而传统的水泥结合高铝浇注料的抗热震性次数≤8次。）。

3、本发明浇注料制备过程中只需4-8h小时的短时间养护，低于水泥结合浇注料最低24h的养护时间，并且可以快速烘烤，不会出现爆裂的问题。

综上所述，本发明采用铝硅溶胶复合结合剂浇注料具有中温强度高、抗热震性能好、抗侵蚀性能强的特点，并且还能快速烘烤，提高铁水包的周转效率。其使用寿命与铁包渣线砖达到同步，解决了普通高铝浇注料中途需要修补的问题，使用寿命为原来的二倍，可有效节约耐火材料的消耗。

四、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

以下实施例中采用的各原料具体要求如下：

所述刚玉细粉中Al₂O₃的质量百分含量≥95%，所述铝矾土细粉中Al₂O₃的质量百分含量≥85%，所述SiC细粉中SiC的质量百分含量≥90%，所述硅微粉中SiO₂的质量百分含量≥90%，所述α-Al₂O₃微粉中Al₂O₃的质量百分含量≥97%。

实施例1：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料25%、8～3mm的高铝矾土骨料10%、3～0mm的高铝矾土骨料15%、＜88μm的刚玉细粉25%、＜88μm的SiC细粉12%、＜5μm硅微粉3%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉10%；另外加入占上述原料总重量10%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量0.8%的三聚磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

实施例2：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料35%、8～3mm的高铝矾土骨料10%、3～0mm的高铝矾土骨料20%、＜88μm的刚玉细粉15%、＜88μm的SiC细粉5%、＜5μm硅微粉5%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉10%；另外加入占上述原料总重量15%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量0.5%的六偏磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

实施例3：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料30%、8～3mm的高铝矾土骨料13%、3～0mm的高铝矾土骨料17%、＜88μm的刚玉细粉20%、＜88μm的SiC细粉11%、＜5μm硅微粉1%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉8%；另外加入占上述原料总重量12%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量1%的六偏磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

实施例4：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料35%、8～3mm的高铝矾土骨料12%、3～0mm的高铝矾土骨料20%、＜88μm的刚玉细粉15%、＜88μm的SiC细粉8%、＜5μm硅微粉5%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉5%；另外加入占上述原料总重量11%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量0.6%的三聚磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

实施例5：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料28%、8～3mm的高铝矾土骨料15%、3～0mm的高铝矾土骨料18%、＜88μm的铝矾土细粉19%、＜88μm的SiC细粉11%、＜5μm硅微粉1%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉8%；另外加入占上述原料总重量12%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量0.9%的三聚磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

实施例6：

本发明铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料，以重量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：12～8mm的高铝矾土骨料32%、8～3mm的高铝矾土骨料15%、3～0mm的高铝矾土骨料20%、＜88μm的铝矾土细粉15%、＜88μm的SiC细粉8%、＜5μm硅微粉5%和＜5μm的α-Al₂O₃微粉5%；另外加入占上述原料总重量11%的铝硅溶胶复合结合剂。

所述铝硅溶胶复合结合剂的制备方法为：首先将30 wt%的ρ-Al₂O₃微粉均匀分散在70wt%的硅溶胶溶液中（所述硅溶胶溶液中SiO₂ 的质量浓度为30±1%，硅溶胶溶液的密度为1.19～1.21 g·cm^-3(20℃)，硅溶胶溶液中SiO₂ 的粒径为10～20nm），然后加入占两种原料总重量0.5%的六偏磷酸钠，混合均匀后制备成铝硅溶胶复合结合剂。

上述实施例1～6铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料的制备方法为：

首先按照实施例1～6任一实施例所述浇注料的配比比例称取各种原料，首先将称取的高铝矾土骨料、刚玉细粉或铝矾土细粉、SiC细粉、硅微粉和α-Al₂O₃微粉混合均匀，然后加入铝硅溶胶复合结合剂混合均匀，混合均匀后振动成型，成型后的坯体在自然环境温度下养护4～8小时，养护后脱模，脱模后经120～140℃下干燥12～24小时，干燥后得到产品铝硅溶胶复合结合铝碳化硅浇注料（体积密度为2.60～2.85 g·cm^-3）。

利用实施例1～6制备而成的铝硅溶胶复合结合浇注料的性能测试结果详见表1。

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