一種高強度耐火澆注料及其制備方法。其技術(shù)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐火澆注料技術(shù)領(lǐng)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(shù)

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(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于冶 金、玻璃和水泥等高溫領(lǐng)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(yīng) 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(jié)合劑和添加物組成的混合料，其中結(jié)合劑是將 耐火骨料和基質(zhì)膠結(jié)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(jié) 合劑有磷酸鹽、r-Al2O3、超細(xì)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(jié)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(jié)合劑，被廣泛應(yīng)用于耐火材料中。然而以鋁酸鹽水泥為結(jié)合劑時，耐 火澆注料的養(yǎng)護過程復(fù)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(jié)合耐火澆注料。其中，無水泥結(jié)合劑主要包括水合氧化鋁、硅 溶膠、鋁溶膠等?？椎掠竦龋椎掠?，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(xué)報，2004，32(4): 442-447）發(fā)現(xiàn)以溶膠為耐火澆注料 結(jié)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(jié)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(yīng)用?！耙环N復(fù)合結(jié)合低溫施工耐火澆注料”（CN102491769 B） 技術(shù)，以剛玉、礬土、莫來石和碳化硅為骨料，硅溶膠為結(jié)合劑，鋁酸鹽水泥為固化劑，并添加細(xì)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(jié)合澆注料”（CN 103496989 A）技術(shù)，以焦寶石和礬土為骨料，硅溶膠為結(jié)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(jié)合剛玉質(zhì)澆注料及其制備方法”（CN 105218113 A）技術(shù) 以棕剛玉、白剛玉為骨料，硅溶膠為結(jié)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(shù)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(shù)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(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)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(jié)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(jié)合和硅溶膠凝聚結(jié)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(xué)鍵的生成，形成穩(wěn)定的空 間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將骨料和基質(zhì)牢牢的結(jié)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(jié)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(shù)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(jié)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(jié)合和硅溶膠凝聚結(jié)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(xué)鍵的生成，形成 穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將骨料和基質(zhì)牢牢的結(jié)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(jié)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(yīng)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。