专利名称：一种刚玉-莫来石浇注制品及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于钛白粉行业的刚玉-莫来石制品及其制备方法，具体地说，是涉及一种添加SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、红柱石精矿细粉和高效减水剂的刚玉-莫来石浇注制品及其制备方法。
背景技术：
在钛白粉生产行业需用到一种形状结构复杂，整体性要求较高的大型耐火炉衬材料，该材料的使用特点是耐高温、耐腐蚀、耐高压、抗冲刷，并且还要有很好的体积稳定性和抗热震性能，综合考虑认为性价比合理、易于成型且能满足钛白粉生产使用条件的耐火材料是低水泥结合的刚玉-莫来石浇注制品。
低水泥耐火浇注制品是20世纪后期得到迅猛发展的新一代耐火材料，它集多种耐火浇注料的优点于一身，具有高密度、高强度、低气孔、耐磨损、耐热震、抗侵蚀和抗渗透等特点，同时还具有体积稳定性强和施工用水量低等特性被广泛应用，使用效果较好和社会经济效益显著。而且随着优质、高性能、高品味原料的不断涌现，高效减水剂、添加剂及结合剂等的引入，粒度分布范围的优化，新型混料设备、施工设备及先进施工方法的采用，不定性耐火材料在材质、品种、性能、施工、应用等方面的发展十分活跃，新产品层出不穷。特别是二氧化硅氧化铝微粉等的应用，使得传统的高水泥结合浇注料向低水泥(超低水泥或无水泥)、低水分的浇注料方向发展，基本原理是用超微粉部分地代替水泥，取代了水和水泥颗粒的结合，使低水泥浇注料易于流动，用水量减少，气孔率降低，密度和强度得以增加。
近年来发展起来的纳米技术、高效分散技术的不断推广和应用，以及表面活性理论、分散体系的稳定性理论(DLVO理论)及微裂纹扩展理论等基础研究的加强，在指导耐火浇注制品的成型和改善耐火浇注制品的性能方面，特别是流变性、烧结性、高温稳定性、抗热震性及抗侵蚀、抗渗透性上效果十分显著。
发明内容
为了解决应用技术中的问题，扩大耐火浇注制品的应用范围，本发明提供了一种刚玉-莫来石浇注制品。
本发明使用了粒度＜50nm的SiO2纳米粉和粒度＜80nm的Al2O3纳米粉，并引入红柱石精矿细粉和高效减水剂，开发了一种能在1700℃高温下长期使用，抗折和耐压强度较高，耐冲刷，耐侵蚀，并经得起温度剧烈变化的高热震刚玉-莫来石浇注制品。
本发明同时提供一种上述刚玉-莫来石浇注制品的制备方法。
本发明提出的一种刚玉-莫来石浇注制品，其特征在于该制品以粒度为5-0.076mm的的电熔白刚玉颗粒、粒度＜0.063mm的电熔白刚玉细粉、粒度＜3mm的电熔莫来石颗粒、粒度＜3μm的α-Al2O3微粉、粒度＜1μm的SiO2微粉、粒度＜0.063mm的红柱石细粉及水泥为主要原料，以粒度＜50nm的SiO2纳米粉和粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为添加剂，同时引入适量的高效减水剂； 本发明所述的刚玉-莫来石浇注制品的组成(质量百分比) 电熔白刚玉颗粒 52～68％ 电熔白刚玉细粉 7～15％ 电熔莫来石颗粒 8～10％ α-Al2O3微粉 6～10％ SiO2微粉 1～3％ 红柱石细粉 3～5％ 水泥 3～5％ SiO2纳米粉 0.5～2％ Al2O3纳米粉 0.5～3％ 减水剂(外加) 0.05～0.2％ 本发明中电熔白刚玉的化学成分要求为Al2O3≥99.0％；SiO2微粉采用的是进口微粉，其化学成分要求为SiO2≥97.5％；水泥采用的是纯铝酸钙水泥，其化学成分要求为Al2O3≥70.0％；电熔莫来石采用的是经过酸洗除铁后的原料，其化学成分要求为Al2O3+SiO2≥98.0％；红柱石细粉采用是红柱石精矿，其化学成分要求为Al2O3+SiO2≥98.8％；SiO2纳米粉的化学成分要求为SiO2≥99.9％；Al2O3纳米粉化学成分要求为Al2O3≥99.9％。
所述高效减水剂指的是聚羧酸型高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂或萘系高效减水剂。
本发明制品中Al2O3总的质量百分比要求大于90％。
上述刚玉-莫来石制品的制备方法，包括如下步骤 (1)基质粉料的预混合将所述的细粉，包括电熔白刚玉细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉、红柱石精矿细粉、水泥、SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、高效减水剂按照设定的比例，放入球磨机中混合30-50分钟，以使SiO2纳米粉和Al2O3纳米粉充分混合均匀，混好的基质粉料密封保存后待用； (2)将称取好的电熔白刚玉颗粒、电熔莫来石颗粒和预先混合好的基质粉料放入强制式搅拌机中混合5～10分钟，外加占物料总重量4～6％的水混合搅拌均匀后，注入清洁干净并固定好的模具中，放在振动台上震动成型或使用振动棒分层震动成型，待表面泛浆后即可； (3)浇注成型后养护2～4天脱模，随后在110～130℃温度下干燥24～48小时，待水分充分排出后，将制品在梭式窑中于1550℃烧成，烧后的制品经拣选和包装后即可使用。
本发明具有以下优异的性能和特点 (1)由于采用SiO2纳米粉和Al2O3纳米粉的使用，使得纳米粉部分地代替水泥，取代水和水泥的结合变得更加容易，降低了浇注制品的气孔率，并使低温密度和强度得以增加；由于SiO2纳米粉和Al2O3纳米粉的粒度更细、活性更大，前期预混合时分布更均匀的特点，高温处理时，使得浇注制品的烧结变得更加容易，其内部组织结构的莫来石化更加均匀，有利于提高浇注制品的高温密度、强度和热震稳定性，进而改善浇注制品的抗冲刷和抗侵蚀性能，提高了其使用寿命。
(2)高效减水剂的使用，大大减少了浇注料的加水量，一方面改善了低水泥浇注料的流动性；另一方面增加了浇注料的致密度，提高了机械强度。
(3)利用红柱石和电熔白刚玉、电熔莫来石热膨胀性能不一致产生的微裂纹，提高浇注制品的热震稳定性；同时利用红柱石高温莫来石化产生的尺寸膨胀来消除刚玉-莫来石浇注制品因烧结产生的尺寸收缩，以便于减小浇注制品的尺寸变化和改善浇注制品的高温体积稳定性。
具体实施例方式 以下非限定性实施例用于详细解释本发明的生产工艺和技术方案。在这些实施例中，制品的性能多采用国家标准或者行业标准进行测定，如体积密度、显气孔率、线变化率、耐压强度和热震稳定性等。
实施例1各组分的质量百分比为0.076-5mm的电熔白刚玉颗粒57％、＜0.063mm的电熔白刚玉细粉13％、1-3mm的电熔莫来石颗粒10％、粒度＜3μm活性α-Al2O3微粉7％、粒度＜1μm的SiO2微粉2.5％、粒度＜50nm的SiO2纳米粉0.5％、粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为2％、＜0.047mm的红柱石精矿细粉为3％、纯铝酸钙水泥5％、聚羧酸型(ECONEXEPC150型)高效减水剂0.05％(外加)。
上述刚玉-莫来石制品的制备方法，包括如下步骤 (1)基质粉料的预混合将所述的细粉，包括电熔白刚玉细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉、红柱石精矿细粉、水泥、SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、高效减水剂按照设定的比例，放入球磨机中混合40分钟，以使SiO2纳米粉和Al2O3纳米粉充分混合均匀，混好的基质粉料密封保存后待用； (2)将称取好的电熔白刚玉颗粒、电熔莫来石颗粒和预先混合好的基质粉料放入强制式搅拌机中混合10分钟，外加占物料总重量5％的水混合搅拌均匀后，注入清洁干净并固定好的模具中，放在振动台上震动成型或使用振动棒分层震动成型，待表面泛浆后即可； (3)浇注成型后养护2天脱模，随后在110℃温度下干燥48小时，待水分充分排出后，将制品在梭式窑中于1550℃烧成，烧后的制品经拣选和包装后即可使用。
实施例2各组分的质量百分比为0.076-5mm的电熔白刚玉颗粒59％、＜0.063mm的电熔白刚玉细粉15％、0-1mm的电熔莫来石颗粒8％、粒度＜3μm活性α-Al2O3微粉6％、粒度＜1μm的SiO2微粉2％、粒度＜50nm的SiO2纳米粉1％、粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为1％、＜0.047mm的红柱石精矿细粉为3％、纯铝酸钙水泥5％、氨基磺酸盐系(YFN-201型)高效减水剂0.1％(外加)。
实施例3各组分的质量百分比为0.076-5mm的电熔白刚玉颗粒57％、＜0.063mm的电熔白刚玉细粉10％、0-1mm的电熔莫来石颗粒10％、、粒度＜3μm活性α-Al2O3微粉10％、粒度＜1μm的SiO2微粉2％、粒度＜50nm的SiO2纳米粉1.5％、粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为1.5％、＜0.047mm的红柱石精矿细粉为3％、纯铝酸钙水泥5％、萘系高效减水剂(FDN)0.2％(外加)。
实施例4各组分的质量百分比为0.076-5mm的电熔白刚玉颗粒63％、＜0.063mm的电熔白刚玉细粉8％、1-3mm的电熔莫来石颗粒8％、粒度＜3μm活性α-Al2O3微粉7％、粒度＜1μm的SiO2微粉1％、粒度＜50nm的SiO2纳米粉2％、粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为3％、＜0.047mm的红柱石精矿细粉为5％、纯铝酸钙水泥3％、聚羧酸型高效减水剂(HK-1型)0.15％(外加)。
实施例5各组分的质量百分比为0.076-5mm的电熔白刚玉颗粒61％、＜0.063mm的电熔白刚玉细粉7％、0-1mm的电熔莫来石颗粒9％、粒度＜3μm活性活性α-Al2O3微粉10％、粒度＜1μm的SiO2微粉3％、粒度＜50nm的SiO2纳米粉1.5％、粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为0.5％、＜0.047mm的红柱石精矿细粉为5％、纯铝酸钙水泥3％、氨基磺酸盐系高效减水剂(ZX-B型)0.1％(外加)。
实施例2～5的制备方法同实施例1。
性能指标见下表
权利要求
1.一种刚玉-莫来石浇注制品，其特征在于该制品以粒度为5-0.076mm的的电熔白刚玉颗粒、粒度＜0.063mm的电熔白刚玉细粉、粒度＜3mm的电熔莫来石颗粒、粒度＜3μm的α-Al2O3微粉、粒度＜1μm的SiO2微粉、粒度＜0.063mm的红柱石细粉及水泥为主要原料，以粒度＜50nm的SiO2纳米粉和粒度＜80nm的Al2O3纳米粉为添加剂，同时引入适量的高效减水剂；
本发明所述的刚玉-莫来石浇注制品的组成及质量百分比为
电熔白刚玉颗粒 52～68％
电熔白刚玉细粉 7～15％
电熔莫来石颗粒 8～10％
α-Al2O3微粉 6～10％
SiO2微粉 1～3％
红柱石细粉 3～5％
水泥 3～5％
SiO2纳米粉 0.5～2％
Al2O3纳米粉0.5～3％
减水剂(外加) 0.05～0.2％。
2.按照权利要求1所述的一种刚玉-莫来石浇注制品，其特征在于本发明中电熔白刚玉的化学成分要求为Al2O3≥99.0％；SiO2微粉采用的是进口微粉，其化学成分要求为SiO2≥97.5％；水泥采用的是纯铝酸钙水泥，其化学成分要求为Al2O3≥70.0％；电熔莫来石采用的是经过酸洗除铁后的原料，其化学成分要求为Al2O3+SiO2≥98.0％；红柱石细粉采用是红柱石精矿，其化学成分要求为Al2O3+SiO2≥98.8％；SiO2纳米粉的化学成分要求为SiO2≥99.9％；Al2O3纳米粉化学成分要求为Al2O3≥99.9％。
3.按照权利要求1所述的一种刚玉-莫来石浇注制品，其特征在于所述高效减水剂指的是聚羧酸型高效减水剂或氨基磺酸盐系高效减水剂或萘系高效减水剂。
4.按照权利要求1所述的一种刚玉-莫来石浇注制品，其特征在于本发明制品中Al2O3总的质量百分比大于90％。
5.权利要求1所述刚玉-莫来石浇注制品的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤
(1)基质粉料的预混合将所述的细粉，包括电熔白刚玉细粉、α-Al2O3微粉、SiO2微粉、红柱石精矿细粉、水泥、SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、高效减水剂按照设定的比例，放入球磨机中混合30-50分钟，以使SiO2纳米粉和Al2O3纳米粉充分混合均匀，混好的基质粉料密封保存后待用；
(2)将称取好的电熔白刚玉颗粒、电熔莫来石颗粒和预先混合好的基质粉料放入强制式搅拌机中混合5～10分钟，外加占物料总重量4～6％的水混合搅拌均匀后，注入清洁干净并固定好的模具中，放在振动台上震动成型或使用振动棒分层震动成型，待表面泛浆后即可；
(3)浇注成型后养护2～4天脱模，随后在110～130℃温度下干燥24～48小时，待水分充分排出后，将制品在梭式窑中于1550℃烧成，烧后的制品经拣选和包装后即可使用。
全文摘要
本发明涉及一种应用于钛白粉行业的刚玉-莫来石浇注制品及其制备方法，本发明使用了粒度＜50nm的SiO2纳米粉和粒度＜80nm的Al2O3纳米粉作为添加剂，并引入红柱石精矿细粉和高效减水剂，开发了一种能在1700℃高温下长期使用，抗折和耐压强度较高，耐冲刷，耐侵蚀，并经得起温度剧烈变化的高热震刚玉-莫来石制品。
文档编号C04B35/622GK101691305SQ200910172488
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月1日 优先权日2009年10月1日
发明者谭清华, 耿可明, 吴爱军, 朱德先, 张涛, 胡飘, 王晗, 张亚栋, 吕世坪 申请人:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司