浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺

摘要

一种浇铸成形堇青石-莫来石耐火材料，其配方：1.2-0.5mm莫洛凯特20-40％、0.5-0.088mm莫洛凯特10-25％、0.5-0.088mm合成堇青石0-15％、＜0.088mm合成堇青石10-35％、＜0.088mm合成莫来石0-20％、镁砂微粉1-3％、氧化铝微粉2-8％、硅灰3-10％、煅烧高岭土微粉0-15％、外加第三代减水剂0.01-0.1％、外加水4-8％，其生产工艺各原料按以上配比称量，经混合、成形制得坯体，放置12-24h脱模，常温养护1-3天，经40-60℃干燥1-2天，经1150-1350℃烧成。本发明采用小于10μm的镁砂微粉代替普通镁砂细粉，全部采用高纯原料改善高温性能、大量采用合成原料减少烧成收缩，适量添加微粉扩大烧结温度范围，从而解决了低氧化镁引入量和高硬化速度、特殊外形尺寸和低制造成本、难烧结和高性能的矛盾，开发了易成形、易烧结的新型工艺、制得了形状尺寸特殊、纯度高、强度大、耐高温和抗热震性好的耐火材料产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种浇注成形堇青石-莫来石耐火耐火材料及其生产工艺，具有易于成形、易于养护、易 于烧结的优点、所制产品具有纯度高、强度大、耐高温和抗热震性好的特性，适合用于制造大型、特异形 耐火材料制品。

背景技术

现代陶瓷窑广泛采用了高速烧咀、气流搅拌、空气急冷以加快窑内气固之间的热交换；采用支柱-横 梁-棚板组成的构架支撑坯件，以使窑气和坯件直接接触；采用低蓄热、高强度、高导热和高抗热震性的 窑具材料，以减轻窑具的重量和减少窑具的蓄热；采用了超轻质、低蓄热的窑车和高保温的窑体，以减少 通过窑体的散热。这样，显著增强了有效传热，减少了无效传热，陶瓷窑的产量、燃耗、成本、寿命等技 术经济指得到极大改善。

陶瓷工业广泛使用堇青石-莫来石耐火材料制品。一般，堇青石-莫来石耐火材料制品以莫洛凯特(一 种莫来石-高硅氧玻璃复合原料)为骨料，以滑石、粘土、氧化铝为基质，加入水和少量化学外加剂，混 练后塑性状态，用模压、挤压的方式成形。或者，加入较多的水，拌合后成流态，用石膏模具成形。以上 工艺的缺点是：用机压的方式成形，制品的形状、尺寸受到限制，不能制作大型、特异形耐火材料制品； 用石膏模具成形，脱模时间长、生产效率低。还有，坯体强度低、烧结温度窄，常因破损、过烧、欠烧产 生大量废品。

一些中小钢包使用镁铝质浇注料。这种耐火材料采用镁砂、硅灰作为结合剂，常温利用MgO-SiO₂-H₂O 系的水化反应产生结合，高温通过固相反应形成镁铝尖晶石(分子式为MA)-镁橄榄石(分子式M₂S) -方镁石(分子式M)基质结合矾土骨料的组织，从而具有一定的耐火性和抗侵蚀性。受到镁铝质耐火浇 注料的启发，一些利用镁砂、硅灰、氧化铝微粉、煅烧高岭土作为原料，常温利用MgO-SiO₂-H₂O系的水 化反应产生结合，热处理后形成堇青石(M₂A₂S₅)基质产生结合，从而制备出浇注成形的堇青石-莫来石 耐火制品。但是，这种工艺的最大缺点是固化速度慢、养护时间长、脱模强度低，特别是冬季无法组织生 产，因而几乎没有实用价值。

镁硅系水化物质(MgO-SiO₂-H₂O)能够成功用于钢铁工业的铝镁质浇注料，却难以用于陶瓷工业的 堇青石-莫来石浇注成形耐火材料，主要在于结合相的化学组成不同。钢铁工业镁铝质浇注料的主要结合 相是镁橄榄石。镁橄榄石的化学式为M₂S，重量百分比(下同)MgO＝57.1％、SiO₂＝42.9％。所以，镁铝 质浇注料可以占耐火材料总重量约30％的基质中，加入占总量10％的镁砂，依靠大量加入的MgO，形成 足够多的水化物，获得需要的硬化时间和脱模强度。但是，堇青石-莫来石耐火制品的结合相是堇青石。 堇青石的分子式是M₂A₂S₅，含有氧化镁13.79％、氧化铝34.86％、氧化硅51.35％。由此可知：堇青石的 MgO含量不到镁橄榄石的1/4，因而浇注成形的堇青石-莫来石耐火材料不能向铝镁浇注料那样通过加入 大量镁砂来获得足够块的凝结速度和足够高的脱模强度。因此，浇注成形堇青石-莫来石耐火材料必须解 决镁砂加入量小和养护时间短的矛盾之后，才真正具有实用价值。

发明内容

本发明的目的在于，研究一种浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺。镁砂是一种经过高温 死烧的氧化镁，常温下水化速度很慢，对于常规使用的325目镁砂细粉，粒径＜44μm。在钢铁工业用铝镁 浇注料中，镁砂只是表面发生了水化，但内部没有水化，因而需要引入大量镁砂才能形成足够数量的水化 物。对于浇注成形堇青石-莫来石耐火材料，虽不能引入大量氧化镁，但可以提高镁砂的水化活性。如果 提高了水化活性，就可以加快水化速度，就可以解决低氧化镁加入量，获得快速凝结和高脱模强度的性能， 从而解决硬化速度慢的问题，研制出具有实用价值的浇注成形堇青石-莫来石耐火材料及其生产工艺。本 发明的工艺简单、制造方便，具有易于成形、易于养护、易于烧结的优点、所制产品外形美观，具有纯度 高、强度大、耐高温和抗热震性好的特性。

为实现发明，本发明要用粒径小于10μm的镁砂微粉代替目前使用的325目镁砂细粉。同时，采取一 系列技术措施提高耐火材料的工艺性能和使用性能。这些技术措施有：

1)大量采用经过高温处理的原料，如莫洛凯特、合成堇青石、合成莫来石、煅烧高岭土等，减少烧 结收缩，提高耐火制品的烧成合格率；

2)大量使用硅灰、氧化铝微粉、煅烧高岭土微粉等超细粒子，降低烧成温度，扩大烧结温度范围， 减少生烧、变形等烧成缺陷；

3)使用纯度较高原料，如高纯硅灰、煅烧高岭土微粉，减少原料带入杂质数量，提高堇青石基质的 高温性能；

4)使用第三代减水剂，代替常规使用的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、萘磺酸钠等反絮凝 剂和减水剂，减少Na离子引入量，提高堇青石基质的高温性能。

鉴于以上设计，浇注成形堇青石-莫来石耐火材料的重量百分比配伍为：

所述莫洛凯特为一种市售经煅烧制得的莫来石-高硅氧玻璃复合耐火原料。

所述合成堇青石为市售同名耐火原料。

所述合成莫来石为人工合成的名为莫来石的市售耐火原料。

所述镁砂微粉为由MgO≥96％的市售镁砂制得的超细粉，其＜10μm部分的重量百分比占总量的90％以 上。

所述氧化铝微粉为市售同名耐火原料，其＜6μm部分的重量百分比占总量的90％以上。

所述硅灰为市售同名耐火原料，其SiO₂含量≥93％，粒度为＜1μm部分的重量百分比占总量的80％以 上。

所述煅烧高岭土微粉为市售同名耐火原料，其Al₂O₃+SiO₂含量≥96％，粒度为＜10μm部分的重量百分 比占总量的90％以上。

所述第三代减水剂为市售聚羧酸系建筑混凝土减水剂。

各原料按以上配比称量，经混合、成形制得坯体，放置12-24h脱模，常温养护1-3天，经40-60℃ 干燥1-2天，经1150-1350℃烧成，再经表面处理和检验后制得浇注成形的大型或特异形的堇青石-莫来石 耐火材料制品。

具体实施方式

实施例1

采用1.2-0.5mm莫洛凯特40％，0.5-0.088mm莫洛凯特10％，0.5-0.088mm合成堇青石10％，＜0.088mm 合成堇青石15％，＜0.088mm合成莫来石11％，镁砂微粉2％，氧化铝微粉5％，硅灰7％的配比，外加第 三代减水剂0.05％，水6％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，浆体1小时凝结，2小时固化，经 24小时养护脱模，经60℃×24H干燥，再经1250℃×6小时热处理制得具有规整外形，且常温抗折强度 达18MPa，1250℃热态抗折强度达16MPa的耐火材料。发明的工艺简单、制造方便，所得产品外形美观， 物理性能优良，发明实现了目的。

实施例2

采用1.2-0.5mm莫洛凯特30％，0.5-0.088mm莫洛凯特20％，0.5-0.088mm合成堇青石5％，＜0.088mm 合成堇青石23％，＜0.088mm合成莫来石2％，镁砂微粉3％，氧化铝微粉5％，硅灰7％，煅烧高岭土5％ 的配比，外加第三代减水剂0.07％，水6％后伴和，获得流动性良好的浆体。成形后，浆体1小时凝结，2 小时固化，经12小时养护脱模，经60℃×24H干燥，再经1200℃×6小时热处理制得具有规整外形，且 常温抗折强度达16MPa，1200℃热态抗折强度达12MPa的耐火材料。发明的工艺简单、制造方便，所得 产品外形美观，物理性能优良，发明实现了目的。