阅读说明：本技术 一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料 (Mullite refractory castable for ultrahigh-temperature smelting ) 是由 冯海霞 柳军 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明属于耐火材料技术领域,具体涉及一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料。涉及的一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料的的原料以莫来石颗粒熔融石英颗粒以及红柱石族颗粒为骨料,以莫来石细粉、单斜氧化锆细粉、а-Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>微粉和水合氧化铝基质：外加有减水剂和水。本发明以高纯莫来石为主原料,采用一定的颗粒级配,同时选择合适的结合剂和分散剂,可获得具备高耐火性、良好抗热震性能、抗熔液/熔渣侵蚀性能的耐火材料,取代现有高温下易氧化的碳素制品,满足1700℃以上的超高温冶炼工况条件。(The invention belongs to the technical field of refractory materials, and particularly relates to a mullite refractory castable for ultrahigh-temperature smelting. Relating to a raw material of mullite refractory castable for ultrahigh temperature smelting, which takes mullite fused quartz particles and andalusite group particles as aggregates, and takes mullite fine powder, monoclinic zirconia fine powder and a-Al fine powder 2 O 3 Micro powder and hydrated alumina matrix: a water reducing agent and water are added. The invention uses high-purity mullite as a main raw material, adopts a certain grain composition, and simultaneously selects a proper bonding agent and a proper dispersing agent, so that a refractory material with high fire resistance, good thermal shock resistance and molten slag/slag corrosion resistance can be obtained, the existing carbon product which is easy to oxidize at high temperature is replaced, and the ultrahigh-temperature smelting working condition of more than 1700 ℃ is met.)

一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料，适用于超高温（>1700℃）工况下模铸冶炼金属或合金工艺用耐火浇注料或浇注工艺预制件。

背景技术

金属类的冶炼工艺过程可以归纳为两大类：(一)是冶炼炉+炉外精炼+连铸工艺的相对复杂的工艺路线，主要用来制造常规产品或高档精加工产品；(二)是冶炼炉+模铸工艺，主要用来制造特种规格要求的产品；以金属硅模铸工艺为例，硅石和碳在中频炉或感应炉经过1800℃以上高温还原反应形成熔融态的熔体硅后，一般需将初始熔融硅投入到“中间容器”后再接着进一步提纯精炼形成纯度更高级别的硅单质或硅基合金后进行后续使用。由于高温热性能的要求如需具备高温耐火性、良好的抗热震性能和抗渣侵蚀性能等要求，传统的“中间容器”大多数采用炭素制品。然在模铸工艺冶炼时，由于碳素制品处在1700℃以上高温且为空气或氧化气氛下，碳素材料极易氧化，严重降低了制品的使用效果；同时随着节能环保、降低成本的需求，可考虑采用生产工艺更为简单的浇注料取代炭制品；目前浇注料用后很快出现大面积龟裂，甚至局部出现大的纵裂形成“穿包”事故，造成较大的经济损失，甚至危及到周围操作人员的人身安全。

根据上述情况介绍，迫切需要开发一种新的耐火材料，能够适应超过1700℃以上高温冶炼的工况条件；该材料需要同时具备高的耐火度，良好的抗热震性能（消除大裂纹的出现，减少微细裂纹的形成）和抗高温熔液或熔渣的侵蚀渗透等优异特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料，浇注料的原料及质量百分比为：

骨料：

莫来石颗粒 5mm≥粒径＞3mm 10%-20%；

莫来石颗粒 3mm≥粒径＞1mm 25%- 30%；

莫来石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 10%-15%；

熔融石英颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 0%-5%；

红柱石族颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 0%-5%；

基质：

莫来石细粉 74μm≥粒径＞44μm 10 %-25% ；

单斜氧化锆细粉 44μm≥粒径＞10μm 3%-8%；

а-Al₂O₃微粉 5-0.1μm 8%- 15%；

水合氧化铝 2%-5%；

原料的总质量为100%；

减水剂为外加，减水剂的加入量为原料重量的0.1%-0.3%；

水为外加，水的加入量为原料重量的5.5-6.5%。

所述的莫来石颗粒和莫来石细粉为高纯电熔莫来石或高纯烧结莫来石中的任何一种。

所述的熔融石英颗粒为高纯熔融石英原料，其中SiO₂≥99.5%。

所述的红柱石族为蓝晶石、红柱石或硅线石中的任何一种。

所述的单斜氧化锆细粉为高纯的单斜氧化锆或斜锆石中的任何一种, 其中ZrO₂≥95%。。

所述的减水剂为聚羧酸减水剂或聚乙二醇型缩聚物两者中的一种。

一种适应超高温冶炼工况的莫来石质耐火材料的制备工艺，所述的制备工艺以高纯莫来石作为主原料，加入活性氧化铝微粉，添加熔融石英、红柱石族、单斜氧化锆等物质，采用振动成型工艺或现场浇注施工或预加工成预制件；莫来石是以3Al₂O₃·SiO₂结晶相为主要成分的耐火原料，耐火度高，熔点为1870℃，与刚玉或尖晶石大多数耐火原料相比，热膨胀系数相对较小仅为5.3×10^-6℃^-1，因此，高温热条件下莫来石质体系材料内部产生的热应力较小，具备较好的抗热震性能；添加的单斜氧化锆通过相变增韧形成微裂纹，极大改善了材料的抗热震性能，其组分渗入高温熔融金属或熔渣中能够提高增加熔融相的粘度，从而提高材料的抗热震性能；加入熔融石英(0.49-0.59×10^-6℃^-1)，可进一步降低材料的热膨胀系数，改善材料的抗热震性能；因此以高纯莫来石为主的耐火材料可以满足1700℃超高温冶炼工况条件下对材料高耐火性、抗热震性能和抗渣侵蚀等性能的共同要求。

本发明中添加的红柱石族耐火原料主要目的是调整材料的高温过度烧结，防止材料使用过程中出现较大收缩；该族类物质高温使用过程会发生莫来石化反应，该反应为一次永久性膨胀过程，能够提高体系的荷重软化温度、耐压强度以及消除高温烧结收缩等。

本发明中的结合剂为水合氧化铝，常温下与水反应生成缩聚物，赋予材料一定的结合强度；中高温下转变成高熔点的刚玉相，提高材料的高温使用性能。

本发明中添加的а-Al₂O₃微粉为高活性超微粉，主要目的是填充孔隙、降低加水量，改善的成型性能；同时微粉级的氧化铝可促进材料的高温烧结，提高材料的高温结合强度和抗熔液/熔渣的侵蚀。

本发明中的减水剂为聚羧酸减水剂225P或聚乙二醇型缩聚物FS-10，主要作用是减少浇注料加水量、提高流动性的目的；同时要求减水剂不能引入新的低熔点杂质相以免降低材料的高温使用性能。

本发明提出的一种超高温冶炼用莫来石质耐火浇注料，采用上述技术方案，具有如下有益效果的：

1）本发明中采用浇注成型，可直接进行现场实施，亦能制成预制件，工艺简单，成本低廉，能够取代传统的高成本的碳素制品，适用于1700℃以上高温冶炼的工况条件。

2）本发明采用高纯莫来石为主原料，材料具有较好的高温使用性能，具备良好的抗热震性、抗熔液/熔渣侵蚀性能。

3）本发明中添加适量的熔融石英和单斜氧化锆，分别利用原料自身的低导热和相变增韧，降低或减缓体系在经受温度变化时所产生的热应力，有助于改善材料的抗热震性能。

4）本发明中引入的结合剂、微粉或减水剂在使用过程中不会产生任何新的低熔点杂质相，从而影响材料的高温使用性能。

综上，本发明以高纯莫来石为主原料，采用一定的颗粒级配，同时选择合适的结合剂和分散剂，可获得具备高耐火性、良好抗热震性能、抗熔液/熔渣侵蚀性能的耐火材料，取代现有高温下易氧化的碳素制品，满足1700℃以上的超高温冶炼工况条件。

具体实施方式

给出本发明的实施例，但不构成对本发明的任何限制。根据下述3个实施例中的方案将基质料（含减水剂和其他外加添加剂）与骨料一起在搅拌机中先干混3~4分钟，然后加入水，湿混4~5分钟后，浇注在三联模中振动成型。最后测量1600℃下的理化指标（见表1），若无说明周围环境温度均为25℃左右。

实施例1：

配比方案：

骨料：

电熔莫来石颗粒 5mm≥粒径＞3mm 10%；

电熔莫来石颗粒 3mm≥粒径＞1mm 30%；

电熔莫来石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 15%；

熔融石英颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 5%；

红柱石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 5%；

基质：

电熔莫来石细粉 74μm≥粒径＞44μm 10% ；

单斜氧化锆细粉 44μm≥粒径＞10μm 8%；

а-Al₂O₃微粉 5-0.1μm 15% ；

水合氧化铝 2%；

上述原料的总重量为100%；

该实施例中所述的减水剂采用德国巴斯夫生产的型号为FS-10的聚乙二醇型缩聚物，聚乙二醇型缩聚物为外加，加入量为原料重量的0.2% ；

水为外加，水的加入量为原料重量的5.9%。

实施例2：

配比方案：

骨料：

烧结莫来石颗粒 5mm≥粒径＞3mm 20%；

烧结莫来石颗粒 3mm≥粒径＞1mm 25%；

电熔莫来石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 13%；

熔融石英颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 4%；

蓝晶石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 1%；

基质：

烧结莫来石细粉 74μm≥粒径＞44μm 10% ；

电熔莫来石细粉 74μm≥粒径＞44μm 10%

斜锆石细粉 44μm≥粒径＞10μm 4%

а-Al₂O₃微粉 5-0.1μm 8%

水合氧化铝 5%

上述原料的总重量为100%；

该实施例中所述的减水剂采用瑞士西卡公司生产的型号为225P的聚羧酸减水剂；聚羧酸减水剂225P，加入量为原料重量的0.15% ；

水为外加，水的加入量为原料重量的6.0%。

实施例3：

配比方案：

骨料：

烧结莫来石颗粒 5mm≥粒径＞3mm 17%

烧结莫来石颗粒 3mm≥粒径＞1mm 28%

电熔莫来石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 10%

熔融石英颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 2%

硅线石颗粒 1mm≥粒径＞0.074mm 3%

基质：

电熔莫来石细粉 74μm≥粒径＞44μm 25%

单斜氧化锆细粉 44μm≥粒径＞10μm 3%

а-Al₂O₃微粉 5-0.1μm 9%

水合氧化铝 3%

上述原料的总重量为100%；

该实施例中所述的减水剂采用瑞士西卡公司生产的型号为225P的聚羧酸减水剂；聚羧酸减水剂225P，加入量为原料重量的0.10% ；

水为外加，水的加入量为原料重量的6.5%。