一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料及其制备方法与流程

1.本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料及其制备方法。


背景技术：

2.无机非金属材料是一种脆性材料，耐火材料是无机非金属材料中的成员。一些耐火材料不仅有很高的熔点，还有很高的硬度，因而又被作为耐火耐磨材料。然而，这些材料不耐冲击、抗拉强度或抗折强度低，因而不能用于受冲击磨损的区域。金属材料虽韧性很高，有些还有一定的耐高温、抗侵蚀性。然而，这些金属材料是靠其表面的惰性层获得耐高温、抗侵蚀性能的。在磨损条件下，惰性层将很快磨蚀，受保护的金属材料也因失去保护作用而很快损坏。
3.为了提高高温下材料的耐磨性，人们首先采取提高耐火材料硬度和强度的技术路线。由于人们发现在850-1150℃区段，耐火浇注料因在低温下产生的水合结合被破快，高温下产生的陶瓷结合尚未出现，因而出现了强度大幅降低如降低50％的现象。于是，人们通过添加硅灰等易于烧结超细粉解决了普通耐火浇注料中温强度降低问题，研发了高强度耐火浇注料。
4.另一个突破是人们将无机非金属材料与金属材料复合在一起，开发了钢纤维增强高强耐火浇注料。例如，添加2-4％重量百分比的耐热钢纤维，可以提高浇注料的抗折强度达60％-120％，如100℃干燥抗折强度从8-10mpa提高到12-20mpa，提高耐压强度0-25％。然而，在现有的钢纤维增强耐火耐磨浇注料中，一方面因为钢纤维缠结妨碍浇注料的流动性，钢纤维的掺量不能太高，通常仅为1-4％，其在浇注料中为乱向分布，纤维平行长度方向受力时其增强效果好但垂直方向受力时增强效果几乎为零；另一方面钢纤维浇注料往往在其结构薄弱部位如纤维少或取向差处破坏，因此存在脆性较大、抗折强度较低的问题。而从损毁机理讲，磨损分为低应力摩擦磨损和高应力冲刷磨损，在低应力摩擦磨损下，高硬度的磨料侵入材料产生刨削，如电镜下看到材料表面被犁出的沟槽，提高材料的硬度可以对付这种磨损；在高应力冲刷磨损下，首先是材料中高硬度颗粒的内部或界面受拉应力开裂，继而是高硬度颗粒的破碎和脱落，提高材料的抗拉强度或抗折强度才能应付这类磨损。因此，现有的钢纤维增强耐火耐磨浇注料难以胜任在水泥行业、电力行业些设备高应力冲刷磨损区如循环流化床锅炉的旋风筒等苛刻条件下工作。


技术实现要素：

5.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料及其制备方法。
6.本发明提出的一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm的耐火骨料12-35％、粒度为0.088-1mm的耐火骨料25-35％、粒度≤0.088mm的耐火骨料10-18％、氧化铝微粉0-6％、硅灰6-16％、耐火水泥7-13％、耐火钢纤维
5-15％；所述耐火钢纤维的直径为0.35-0.45mm，长度为15-25mm。
7.如果纤维长度大于25mm易于发生缠结；如果长度小于15mm，不仅增强效果差，且用现有熔抽工艺(用高速旋转的水冷转盘将耐热钢熔体甩出)难以制造纤维。
8.优选地，所述耐火钢纤维的材质为牌号446、304、310、330中的一种。其中，446的近似钢号为1cr25si2；304为1cr18ni9；310为1cr5ni20si2；330为1cr15ni36w3ti1。
9.优选地，所述耐火骨料为刚玉、矾土或其组合。其中，刚玉与矾土相比，耐磨性更强，但是价格较高；棕刚玉的抗碎性优于白刚玉，更适于高冲击场合，而白刚玉的硬度优于棕刚玉，具有更好的耐磨性。
10.优选地，所述刚玉为棕刚玉、白刚玉或其组合，氧化铝含量≥95wt％；所述矾土为高铝矾土，氧化铝含量≥85wt％。
11.优选地，所述外加剂的重量为基料总重量的0.1-0.3％。
12.优选地，所述外加剂为分散剂，优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或其组合。
13.一种所述的铝硅质超高强耐火耐磨浇注料的制备方法，包括：按重量百分比称取浇注料的原料，混合，然后加入适量水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
14.优选地，水的用量为浇注料的原料总重量的3.5-5.6％。
15.本技术的创新之处在于：
16.1、将纤维长度减少至15-25mm，可以用熔抽工艺制造且起减少纤维之间缠绕的作用；同时将纤维的当量直径d降低至直径为0.35-0.45mm，起延缓降低长径比(l/d)和保证强度的作用；
17.2、提高纤维掺加量，将钢纤维掺量从2-4％增加至5-15％，抵消了纤维长径比(l/d)降低的影响，达到提高抗折强度的目的；
18.3、降低耐火材料的临界粒度，将临界粒度从5mm降低至2.5mm，削弱纤维与骨料之间作用，提高浇注料的和易性；
19.4、改变耐火材料颗粒级配，将》＝1mm粗颗粒含量降低至10-35％；将硅灰掺量提高至6-16％，提高浇注料的和易性；
20.5、改变耐火材料颗粒级配，将1-0.088mm细颗粒含量提高至25-35％；提高了浇注料的粘聚性，使比重大的钢纤维受重力作用不发生沉聚而均匀分布，提高了浇注料的强度；
21.6、将分散剂的含量提高至0.1-0.3％，改善浇注料的和易性。
22.通过组合运用上述技术措施产生了1 1大于2的效果，改善之大、效果之好都大大超出事前预料：
23.1、在高纤维掺量下，浇注料具有良好的和易性，钢纤维不至相互缠结成大团卡住搅拌机；
24.2、在高纤维掺量下，拌合的浇注料稍加振动便可以成形为均匀的致密体，解决了振动棒插不进高纤维含量浆体无法振捣获得密实浇注料的问题；
25.3、纤维掺量可接近或达到15％(重量百分比)，浇注料110℃干燥后的抗折强度从接近20mpa可达到或超过60mpa，提高幅度达300％之多，彻底解决了浇注料抗折强度低下的问题，提高幅度之大、增强效果之好可以说是颠覆性的。
26.本技术通过同时改变钢纤维尺寸和颗粒级配减少钢纤维之间的缠结，削弱钢纤维
与浇注料骨料间相互作用，提高了耐火浇注料的和易性(流动性、保水性、粘聚性)，大幅提高浇注料中钢纤维的掺量，进而取得了大幅提高浇注料的抗折强度的技术效果。具体地，本技术通过采取同时调整钢纤维规格和耐火材料粒度集配，解决了耐火浇注料中钢纤维相互缠结的问题，大幅度提高了钢纤维掺量(重量百分比从2-4％提高到5-15％)，进而大幅度地提高了材料缺乏的抗折强度，如110℃干燥抗折强度从《＝20mpa提高到60mpa，大幅度缓解了浇注料的脆性，解决了耐火浇注料抗折强度低下受高流量、高硬度、高比重物料冲击或冲刷快速磨损的问题，产品用于水泥、电力、矿山等行业设备的高磨损区可以获得大幅度降低磨损速率和大幅度延长衬料寿命的使用效果。
具体实施方式
27.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
28.实施例1
29.一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，包括基料和外加剂，其中基料按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm、氧化铝含量为99％的刚玉35％、粒度为0.088-1mm、氧化铝含量为95％的刚玉25％、粒度≤0.088mm、氧化铝含量为95％的刚玉18％、硅灰7％、铝酸钙水泥10％、耐火钢纤维5％；外加剂为占上述原料重量0.15％的三聚磷酸钠；
30.其中，耐火钢纤维的材质为牌号446，当量直径为0.45mm，长度为25mm。
31.按重量百分比称取上述浇注料的原料，混合，然后加入相当于上述浇注料的原料总重量5％的水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
32.经测试，该浇注料110℃
×
24h的体积密度2.91g/cm3、抗折强度24.13mpa、耐压强度125.12mpa；800℃
×
3h抗折强度23.16mpa、耐压强度161.13mpa；1100℃
×
3h抗折强度20.56mpa、耐压强度129.16mpa。
33.实施例2
34.一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，包括基料和外加剂，其中基料按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm、氧化铝含量为95％的刚玉20％、粒度为0.088-1mm氧化铝含量为95％的刚玉28％、粒度≤0.088mm、氧化铝含量为95％的刚玉18％、氧化铝微粉4％、硅灰10％、铝酸钙水泥10％、耐火钢纤维10％；外加剂为占上述原料重量0.25％的三聚磷酸钠；
35.其中，耐火钢纤维的材质为牌号304，直径为0.35mm，长度为20mm。
36.按重量百分比称取上述浇注料的原料，混合，然后加入相当于上述浇注料的原料总重量4.5％的水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
37.经测试，该浇注料110℃
×
24h的体积密度3.05g/cm3、抗折强度51.72mpa、耐压强度202.01mpa；1100℃
×
3h抗折强度49.18mpa、耐压强度199.15mpa；1250℃
×
3h抗折强度41.61mpa、耐压强度195.21mpa。
38.实施例3
39.一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，包括基料和外加剂，其中基料按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm、氧化铝含量为95％的刚玉12％、粒度为0.088-1mm氧化铝含量为95％的刚玉34％、粒度≤0.088mm、氧化铝含量为95％的刚玉11％、氧化铝微粉4％、硅灰14％、铝酸钙水泥10％、耐火钢纤维15％；外加剂为占上述原料重量0.15％的三聚
磷酸钠；
40.其中，耐火钢纤维的材质为牌号310，直径为0.35mm，长度为20mm。
41.按重量百分比称取上述浇注料的原料，混合，然后加入相当于上述浇注料的原料总重量5％的水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
42.经测试，该浇注料110℃
×
24h的体积密度3.32g/cm3、抗折强度63.28mpa、耐压强度181.34mpa；1100℃
×
3h抗折强度56.79mpa、耐压强度223.91mpa；1250℃
×
3h抗折强度53.35mpa、耐压强度215.23mpa。
43.由上述实施例3可见，在钢纤维掺量取高水平值15％时，所制浇注料的110℃
×
24h抗折强度提高为63.28mpa，与钢纤维掺量4％时相比成形性能正常但强度提高幅度极大。上述浇注料用于水泥厂余热发电管道弯头、循环流化床旋风筒入口等高磨损部位获优异效果。
44.实施例4
45.一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，包括基料和外加剂，其中基料按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm、氧化铝含量为85％的矾土20％、粒度为0.088-1mm氧化铝含量为85％的矾土28％、粒度≤0.088mm、氧化铝含量为85％的矾土18％、氧化铝微粉4％、硅灰10％、铝酸钙水泥10％、耐火钢纤维10％；外加剂为占上述原料重量0.25％的三聚磷酸钠；
46.其中，耐火钢纤维的材质为牌号446，直径为0.35mm，长度为15mm。
47.按重量百分比称取上述浇注料的原料，混合，然后加入相当于上述浇注料的原料总重量4.9％的水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
48.经测试，该浇注料110℃
×
24h的体积密度2.95g/cm3、抗折强度50.82mpa、耐压强度201.53mpa；1100℃
×
3h抗折强度48.84mpa、耐压强度202.76mpa；1250℃
×
3h抗折强度43.73mpa、耐压强度201.53mpa。
49.实施例5
50.一种铝硅质超高强耐火耐磨浇注料，包括基料和外加剂，其中基料按重量百分比计，包括下述原料：粒度为1-2.5mm氧化铝含量为85％的矾土12％、粒度为0.088-1mm氧化铝含量为85％的矾土34％、粒度≤0.088mm氧化铝含量为85％的矾土11％、氧化铝微粉4％、硅灰14％、铝酸钙水泥10％、耐火钢纤维15％；外加剂为占上述原料重量0.15％的三聚磷酸钠；
51.其中，耐火钢纤维的材质为牌号446，直径为0.35mm，长度为15mm。
52.按重量百分比称取上述浇注料的原料，混合，然后加入相当于上述浇注料的原料总重量4.2％的水，经过拌合、成形、养护、干燥，即得。
53.经测试，该浇注料110℃
×
24h的体积密度3.22g/cm3、抗折强度65.09mpa、耐压强度228.79mpa；1100℃
×
3h抗折强度56.79mpa、耐压强度218.79mpa；1250℃
×
3h抗折强度53.35mpa、耐压强度266.55mpa。
54.由上，在钢纤维掺量取高水平值15％时，所制浇注料的110℃
×
24h抗折强度提高为65.09mpa，与钢纤维掺量4％时的现有钢纤维浇注料相比成形性能正常但强度提高幅度极大。上述浇注料用于水泥厂余热发电管道弯头、循环流化床旋风筒入口等高磨损部位获优异效果。