[发明专利]含纳米碳酸钙的高纯刚玉质浇注料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域。具体涉及一种含纳米碳酸钙的高纯刚玉质浇注料及其制备方法。

背景技术

与定形耐火制品相比，不定形耐火材料作为耐火材料的一大类，因其在生产、劳动生产率、施工效率、材料消耗、节能等方面的优点，在世界各国都得到了迅速的发展。近年来，由于优质、高性能原料的出现，超微粉和高效分散技术的引入，新施工方法的采用以及基础研究的加强等，使不定形耐火材料的主要品种之一浇注料在材质、品种、性能、施工和应用等方面得到了迅速发展，越来越多的耐火浇注料替代定形制品用于高温部位，因而对浇注料性能的要求也越来越高。特别是二氧化硅微粉和氧化铝微粉的应用，使得浇注料由传统的水泥结合向低水泥、超低水泥和无水泥方向发展，对应的结合方式由水合结合→化学结合→(水合结合+凝聚结合)→凝聚结合发展。传统浇注料利用水泥在常温下水化形成水化物而产生结合，因而具有较高的常温强度。但随温度的升高，中温阶段水化物脱去大量的结合水(其水化产物CaO·Al₂O₃·10H₂O、2CaO·Al₂O₃·8H₂O、3CaO·Al₂O₃·6H₂O和Al₂O₃·3H₂O的含水量分别为53.3％，40.2％，28.6％和34.6％)，产生大量的气孔，而此时陶瓷结合尚未形成，导致强度降低。高温烧后，虽然形成了陶瓷结合，但由于水化物脱水产生的气孔及缺陷的影响，强度仍然较低，这些缺点极大地限制了传统浇注料在高温部位的应用。克服以上缺点的主要途径是降低浇注料中水泥的含量，为此人们用氧化铝微粉或/和二氧化硅微粉部分取代铝酸钙水泥，得到低水泥和超低水泥浇注料。同传统浇注料相比，低水泥和超低水泥浇注料由于降低了水泥加入量和施工加水量，各项性能均得到提高，尤其在中温区(900～1200℃)，使其力学性能得到改善。为进一步降低水泥的影响，人们开发了无水泥浇注料，由于没有引入CaO，完全采用凝聚结合，靠加入与主材料化学成分相似的微粉或凝胶的凝聚作用而产生结合，因而具有高温性能好等优点。

高纯刚玉质浇注料具有优良的高温性能，已在冶金、建材、石油化工等行业得到了广泛应用。目前的高纯刚玉质浇注料按所用结合剂可分为三类：一类是不含水泥的浇注料，其结合剂主要是二氧化硅微粉、无定形氧化铝、铝硅溶胶和镁铝溶胶等；第二类是铝酸钙水泥、氧化铝微粉和二氧化硅微粉结合的刚玉质浇注料；第三类是铝酸钙水泥和氧化铝微粉结合的刚玉质浇注料。

第一类刚玉质浇注料(无水泥结合)中采用二氧化硅微粉结合时，虽然能在较低的温度下生成莫来石使其中温强度得到改善，但是烘干强度较低，而且由于二氧化硅的引入，使材料在与渣接触时反应生成低熔点矿相，降低了高温性能，进而使其应用受到限制，尤其在强还原气氛下，二氧化硅被还原而导致材料结构的破坏，因此应尽量减少甚至完全避免使用二氧化硅。水合氧化铝结合的刚玉质浇注料虽然具有较好的烘干性能，但中温时其水化物分解，此时尚无新的矿相生成，所以中温强度很低，同时水合氧化铝性能不稳定也限制了其应用。

第二类刚玉基浇注料(低水泥和超低水泥结合)属Al₂O₃-CaO-SiO₂三元系统，当基质组成点处在子三角形△A-A₃S₂-CAS₂中时，出现液相的温度为1512℃；当基质组成点处在子三角形△A-CA₆-CAS₂中时，出现液相的温度为1495℃；因此，当铝酸钙水泥与二氧化硅微粉同时使用时，浇注料出现液相的温度较低，大大降低了材料的高温性能。