一種高強度耐火澆注料及其制備方法。其技術方案是：將α-氧化鋁微粉、鋁酸鹽水泥、減水劑和5種粒度級別的剛玉或礬土按各自含量配料，混合，再加入水和硅溶膠，攪拌，混合料;然后將所述混合料倒入模具，振動，養(yǎng)護，脫模，熱處理，制得高強度耐火澆注料。所述5種粒度級別是：粒徑小于8mm且大于等于5mm;粒徑小于5mm且大于等于3mm;粒徑小于3mm且大于等于1mm;粒徑小于1mm且大于等于74μm;粒徑小于74μm。本發(fā)明工藝簡單和周期短;所制備的高強度耐火澆注料不僅流動性能好，且早期強度、中溫強度和高溫強度高。

一種高強度耐火澆注料及其制備方法

技術領域

本發(fā)明屬于耐火澆注料技術領域。具體涉及一種高強度耐火澆注料及其制備方法。

背景技術

耐火材料是制造工業(yè)爐襯和高溫容器及部件不可缺少的基礎材料，廣泛應用于冶 金、玻璃和水泥等高溫領域。根據(jù)施工工藝可將耐火材料分為定性耐火材料和不定型耐火 材料，其中，不定型耐火材料由于具有成本低、能耗少、工藝簡單等優(yōu)點而收到廣泛應 用，在許多**中的不定型耐火材料產(chǎn)量已占到耐火材料總量的50%以上。

不定形耐火材料是由骨料、基質(zhì)、結合劑和添加物組成的混合料，其中結合劑是將 耐火骨料和基質(zhì)膠結在一起而具有一定強度的材料，是澆注料的重要組分。目前常用的結 合劑有磷酸鹽、r-Al2O3、超細硅微粉和鋁酸鹽水泥等，其中鋁酸鹽水泥由于具有早期強度 高，低溫下凝結速度快，耐受高溫、抗弱酸和堿侵蝕的能力強，已經(jīng)成為耐火材料行業(yè)中不 可缺少的一種水硬性結合劑，被廣泛應用于耐火材料中。然而以鋁酸鹽水泥為結合劑時，耐 火澆注料的養(yǎng)護過程復雜，水化-脫水過程中容易造成耐火澆注料體積劇烈變化，降低耐火 澆注料的強度和體積穩(wěn)定性，使耐火澆注料容易出現(xiàn)裂紋和剝落。

為此，科研工作者相繼研發(fā)了低水泥(1.0%<CaO<2.5%）、超低水泥（0.2%<CaO< 1.0%）和無水泥（CaO<0.2%）結合耐火澆注料。其中，無水泥結合劑主要包括水合氧化鋁、硅 溶膠、鋁溶膠等。孔德玉等（孔德玉，王家邦，韋蘇，程本軍，楊輝．納米SiO2包覆Al2O3濃懸浮 體制備及其凝膠注模成型．硅酸鹽學報，2004，32(4): 442-447）發(fā)現(xiàn)以溶膠為耐火澆注料 結合劑時，溶膠在凝聚過程中沒有水化-脫水過程，避免了耐火澆注料的體積劇烈變化，使 耐火澆注料在養(yǎng)護過程中具有較好的體積穩(wěn)定性和強度。但是，溶膠是以凝聚方式產(chǎn)生的 結合力，造成耐火澆注料的早期強度低；而且溶膠的流變性能劣于鋁酸鹽水泥，限制了溶膠 在耐火澆注料中的推廣應用。“一種復合結合低溫施工耐火澆注料”（CN102491769 B） 技術，以剛玉、礬土、莫來石和碳化硅為骨料，硅溶膠為結合劑，鋁酸鹽水泥為固化劑，并添加細粉、緩凝劑和水等，制備能耐低溫施工的澆注料，但其澆注料的強度較低；“一種硅溶膠 結合澆注料”（CN 103496989 A）技術，以焦寶石和礬土為骨料，硅溶膠為結合劑制備澆 注料，其110℃′24h的抗折強度僅為5.0MPa左右，1400℃′24h熱處理后也僅為9.0MPa左右， 整體強度較低；“一種硅溶膠結合剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法”（CN 105218113 A）技術 以棕剛玉、白剛玉為骨料，硅溶膠為結合劑，制備了剛玉質(zhì)澆注料，但其110℃′24h的抗折強 度均在8.0MPa左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術的不足，目的是提供一種工藝簡單和周期短的高強 度耐火澆注料的制備方法;用該方法制備的高強度耐火澆注料不僅流動性能好，且早期強 度、中溫強度和高溫強度高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術方案：所述高強度耐火澆注料的原料及 其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉或礬土 5~15wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉或礬土 5~15wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉或礬土 5~15w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉或礬土 10~30wt%;

粒徑為小于74μm的剛玉或礬土 10~30wt%;

α-氧化鋁微粉 5~15wt%;

鋁酸鹽水泥 1~10wt%;

減水劑 0.1~0.4wt%;

水 3~7wt%;

硅溶膠 0.1~10%。

所述高強度耐火澆注料的制備方法是：按所述高強度耐火澆注料的原料及其含 量，先將粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉或礬土、粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉或 礬土、粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉或礬土、粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉或礬 土、粒徑為小于74μm的剛玉或礬土、α-氧化鋁微粉、鋁酸鹽水泥和減水劑混合，再加入水和 硅溶膠，攪拌，混合料;然后將所述混合料倒入模具，振動，養(yǎng)護，脫模，熱處理，制得高 強度耐火澆注料。

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉、亞白剛玉、棕剛玉中的一種以上;所述剛玉的Al2O3 含量>95wt%。

所述礬土為特級礬土和一級礬土中的一種以上;所述礬土的Al2O3含量>70wt%。

所述α-氧化鋁微粉的粒徑為1~10μm，α-氧化鋁微粉的Al2O3含量>98wt%。

所述鋁酸鹽水泥的主要成分是：Al2O3含量>68wt%;CaO含量>29wt%。

所述減水劑為萘系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑、聚乙二醇系減水劑、磷酸鹽無機 減水劑中的一種。

所述硅溶膠濃度為10~50wt%，粒徑為5~100nm。

所述熱處理工藝制度是：以1~20℃/min的速率升溫至1100~1600℃，保溫2~4h。

由于采用上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下積極效果：

本發(fā)明僅需按所述原料及其含量混合，加入水和硅溶膠后攪拌，倒入模具振動，養(yǎng)護， 脫模，熱處理，即得高強度耐火澆注料，工藝簡單和周期短。

本發(fā)明結合鋁酸鹽水泥和硅溶膠二者的優(yōu)良性能，獲得流動性好和強度高的耐火 澆注料。該澆注料在110℃×24h養(yǎng)護：抗折強度大于8.1MPa，耐壓強度大于62.2MPa;該澆注 料經(jīng)1100℃×3h熱處理：抗折強度大于11.3MPa，耐壓強度大于57.1MPa;該澆注料經(jīng)1600℃ ×3h熱處理：抗折強度大于30.2MPa，耐壓強度大于95.8MPa。

本發(fā)明利用鋁酸鹽水泥水化結合和硅溶膠凝聚結合的共同作用，提高了澆注料的 早期強度;在高溫條件下，納米SiO2促進了Si-O-Al和Si-O-Ca化學鍵的生成，形成穩(wěn)定的空 間網(wǎng)絡結構，將骨料和基質(zhì)牢牢的結合在一起，中溫和高溫的強度高。

因此，本發(fā)明工藝簡單和周期短;所制備的高強度耐火澆注料不僅流動性能 好，且早期強度、中溫強度和高溫強度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的高強度耐火澆注料抗折強度曲線圖;

圖2為圖1所示的高強度耐火澆注料的耐壓強度曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限 制。

本具體實施方式中：

所述剛玉的Al2O3含量>95wt%;所述礬土的Al2O3含量>70wt%。

所述α-氧化鋁微粉的粒徑為1~10μm，α-氧化鋁微粉的Al2O3含量>98wt%。

所述鋁酸鹽水泥的主要成分是：Al2O3含量>68wt%;CaO含量>29wt%。

所述硅溶膠濃度為10~50wt%，粒徑為5~100nm。

所述熱處理工藝制度是：以1~20℃/min的速率升溫至1100~1600℃，保溫2~4h。

所述高強度耐火澆注料的制備方法是：分別按各實施例所述高強度耐火澆注料的 原料及其含量，先將粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉或礬土、粒徑小于5mm且大于等于 3mm的剛玉或礬土、粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉或礬土、粒徑小于1mm且大于等于74μ m的剛玉或礬土、粒徑為小于74μm的剛玉或礬土、α-氧化鋁微粉、鋁酸鹽水泥和減水劑混合， 再加入水和硅溶膠，攪拌，混合料;然后將所述混合料倒入模具，振動，養(yǎng)護，脫模，熱處 理，制得高強度耐火澆注料。

實施例1

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉 5~8wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉 11~15wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉 5~8w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉 25~30wt%;

粒徑為小于74μm的剛玉 25~30wt%;

α-氧化鋁微粉 5~8wt%;

鋁酸鹽水泥 1~4wt%;

減水劑 0.1~0.2wt%;

水 3~4.5wt%;

硅溶膠 0.1~4%。

本實施例所述剛玉為板狀剛玉;所述減水劑為萘系減水劑。

實施例2

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例1：

所述剛玉為白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例3

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例1：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例4

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例1：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉、亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例5

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的礬土 5~8wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的礬土 11~15wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的礬土 5~8w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的礬土 25~30wt%;

粒徑為小于74μm的礬土 25~30wt%;

α-氧化鋁微粉 5~8wt%;

鋁酸鹽水泥 1~4wt%;

減水劑 0.1~0.2wt%;

水 3~4.5wt%;

硅溶膠 0.1~4%。

所述礬土為特級礬土;所述減水劑為萘系減水劑。

實施例6

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除礬土外，其余同實施例5：

所述礬土為特級礬土和一級礬土的混合物。

實施例1~6所制備的高強度耐火澆注料所測強度為：110℃×24h養(yǎng)護的抗折強度 為8.1~8.5MPa，耐壓強度為63.1~62.2MPa;1100℃×3h熱處理的抗折強度為11.3~12.5MPa， 耐壓強度為57.1~59.5MPa;1600℃×3h熱處理的抗折強度為30.2~31.3MPa，耐壓強度為 95.8~97.9MPa。

實施例7

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉 7~10wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉 9~12wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉 7~10w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉 20~26wt%;

粒徑為小于74μm的剛玉 20~26wt%;

α-氧化鋁微粉 7~10wt%;

鋁酸鹽水泥 3~6wt%;

減水劑 0.15~0.25wt%;

水 4~5.5wt%;

硅溶膠 3~6%。

所述剛玉為白剛玉;所述減水劑為氨基磺酸鹽系減水劑。

實施例8

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例7：

所述剛玉為亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例9

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例7：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉和亞白剛玉的混合物。

實施例10

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例7：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉、亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例11

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的礬土 7~10wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的礬土 9~12wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的礬土 7~10w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的礬土 20~26wt%;

粒徑為小于74μm的礬土 20~26wt%;

α-氧化鋁微粉 7~10wt%;

鋁酸鹽水泥 3~6wt%;

減水劑 0.15~0.25wt%;

水 4~5.5wt%;

硅溶膠 3~6%。

所述礬土為一級礬土;所述減水劑為氨基磺酸鹽系減水劑。

實施例12

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除礬土外，其余同實施例11：

所述礬土為特級礬土和一級礬土的混合物。

實施例7~12所制備的高強度耐火澆注料所測強度為：110℃×24h養(yǎng)護的抗折強度 為13.7~14.9MPa，耐壓強度為86.6~88.7MPa;1100℃×3h熱處理的抗折強度為23.1~ 24.5MPa，耐壓強度為76.5~78.2MPa;1600℃×3h熱處理的抗折強度為46.7~47.9MPa，耐壓 強度為111.4~116.3MPa。

實施例13

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉 9~12wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉 7~10wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉 9~12w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉 15~21wt%;

粒徑為小于74μm的剛玉 15~21wt%;

α-氧化鋁微粉 9~12wt%;

鋁酸鹽水泥 5~8wt%;

減水劑 0.20~0.35wt%;

水 5~6.5wt%;

硅溶膠 5~8%。

所述剛玉為棕剛玉;所述減水劑為聚乙二醇系減水劑。

實施例14

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例13：

所述剛玉為板狀剛玉和白剛玉的混合物。

實施例15

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例13：

所述剛玉為板狀剛玉、亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例16

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例13：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉、亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例17

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的礬土 9~12wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的礬土 7~10wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的礬土 9~12w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的礬土 15~21wt%;

粒徑為小于74μm的礬土 15~21wt%;

α-氧化鋁微粉 9~12wt%;

鋁酸鹽水泥 5~8wt%;

減水劑 0.20~0.35wt%;

水 5~6.5wt%;

硅溶膠 5~8%。

所述礬土為特級礬土;所述減水劑為聚乙二醇系減水劑。

實施例18

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除礬土外，其余同實施例17：

所述礬土為特級礬土和一級礬土的混合物。

實施例13~18所制備的高強度耐火澆注料所測強度為：110℃×24h養(yǎng)護的抗折強 度為14.3~15.6MPa，耐壓強度為95.3~97.5MPa;1100℃×3h熱處理的抗折強度為28.5~ 29.6MPa，耐壓強度為106.3~108.6MPa;1600℃×3h熱處理的抗折強度為47.2~48.1MPa，耐 壓強度為140.1~142.3MPa。

實施例19

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的剛玉 11~15wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的剛玉 5~8wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的剛玉 11~15w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的剛玉 10~16wt%;

粒徑為小于74μm的剛玉 10~16wt%;

α-氧化鋁微粉 11~15wt%;

鋁酸鹽水泥 7~10wt%;

減水劑 0.3~0.4wt%;

水 6~7wt%;

硅溶膠 7~10%。

所述剛玉為亞白剛玉;所述減水劑為磷酸鹽無機減水劑。

實施例20

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例19：

所述剛玉為白剛玉和亞白剛玉的混合物。

實施例21

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例19：

所述剛玉為白剛玉、亞白剛玉和棕剛玉的混合物。

實施例22

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除剛玉外，其余同實施例19：

所述剛玉為板狀剛玉、白剛玉、亞白剛玉和棕剛玉中的混合物。

實施例23

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。所述高強度耐火澆注料的原料及其含量是：

粒徑小于8mm且大于等于5mm的礬土 11~15wt%;

粒徑小于5mm且大于等于3mm的礬土 5~8wt%;

粒徑小于3mm且大于等于1mm的礬土 11~15w%;

粒徑小于1mm且大于等于74μm的礬土 10~16wt%;

粒徑為小于74μm的礬土 10~16wt%;

α-氧化鋁微粉 11~15wt%;

鋁酸鹽水泥 7~10wt%;

減水劑 0.3~0.4wt%;

水 6~7wt%;

硅溶膠 7~10%。

所述礬土為一級礬土;所述減水劑為磷酸鹽無機減水劑。

實施例24

一種高強度耐火澆注料及其制備方法。除礬土外，其余同實施例23：

所述礬土為特級礬土和一級礬土的混合物。

實施例19~24所制備的高強度耐火澆注料所測強度為：110℃×24h養(yǎng)護的抗折強 度為15.3~16.4MPa，耐壓強度為102.3~104.6MPa;1100℃×3h熱處理的抗折強度為36.2~ 37.6MPa，耐壓強度為121.2~123.3MPa;1600℃×3h熱處理的抗折強度為52.1~53.4MPa，耐 壓強度為152.3~154.8MPa。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術相比具有以下積極效果：

本具體實施方式僅需按所述原料及其含量混合，加入水和硅溶膠后攪拌，倒入模具振 動，養(yǎng)護，脫模，熱處理，即得高強度耐火澆注料，工藝簡單和周期短。

本具體實施方式結合鋁酸鹽水泥和硅溶膠二者的優(yōu)良性能，獲得流動性好和強度 高的耐火澆注料。該澆注料在110℃×24h養(yǎng)護：抗折強度大于8.1MPa，耐壓強度大于 62.2MPa;該澆注料經(jīng)1100℃×3h熱處理：抗折強度大于11.3MPa，耐壓強度大于57.1MPa;該 澆注料經(jīng)1600℃×3h熱處理：抗折強度大于30.2MPa，耐壓強度大于95.8MPa。

本具體實施方式利用鋁酸鹽水泥水化結合和硅溶膠凝聚結合的共同作用，提高了 澆注料的早期強度;在高溫條件下，納米SiO2促進了Si-O-Al和Si-O-Ca化學鍵的生成，形成 穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡結構，將骨料和基質(zhì)牢牢的結合在一起，中溫和高溫的強度高。

本具體實施方式采用剛玉或礬土為原料，通過調(diào)控結合系統(tǒng)，即提高硅溶膠的含 量，制得的耐火澆注料的抗折強度和耐壓強度明顯提高。其抗折強度和耐壓強度如附圖所 示：圖1為本具體實施方式中實施例2、實施例9、實施例13和實施例20制備的高強度耐火澆 注料抗折強度曲線圖;圖2為圖1所示的高強度耐火澆注料所對應的耐壓強度曲線圖。從圖1 ~圖2可以看出：制備的澆注料強度隨著硅溶膠添加量的增加明顯提高。

因此，本具體實施方式工藝簡單和周期短;所制備的高強度耐火澆注料不僅 流動性能好，且早期強度、中溫強度和高溫強度高。