[发明专利]成形或未成形的耐火或窑具组合物

说明书

技术领域

本发明涉及成形或未成形的耐火或窑具组合物，其包含70重量%-98重量%的粒状耐火材料和2重量%-30重量%的粘结剂相。本发明也涉及通过使用以上组合物所生产的成形或未成形的耐火或窑具产品。

背景技术

成形或未成形的耐火或窑具组合物一般由粗糙粒状耐火材料、一部分反应性材料、粘结剂和添加剂组成。反应相或所谓的粘结剂相或基体包含反应性填料连同粘结剂，且如果需要的话添加剂例如反絮凝剂、抑制剂和加速剂。在现代的高科技的可铸微粒硅或热解法氧化硅和反应性氧化硅经常用作反应性填料。该反应性填料影响粘结剂相的化学行为和浇注料（castable）的性质，特别是其高温性质。

WO2008/060161Al记载了用于耐火制品例如炉衬、桶衬和用于冶金容器的衬里的耐火组合物。根据以上发明申请的耐火组合物包含发热材料、细的粒状红柱石和细的粒状氧化铝以及无机粘结剂。细红柱石和细氧化铝在粘结剂相连同无机粘结剂中用作反应性填料。

红柱石，一种具有化学式Al₂O₃*SiO₂的天然矿物，是一种广为人知的耐火材料。红柱石的化学组成包含约60重量%的氧化铝、约38重量%的氧化硅和额外的某些杂质，例如铁和碱性氧化物。表1中总结了典型的红柱石精矿的组成。

表1

在浇注料中，在烧结期间使用细红柱石来分别支持反应性氧化铝和热解法氧化硅反应性氧化铝和硅酸钠的莫来石形成（莫来石化）。

发明概述

本发明的一个目的是提供特别用于在700℃-1750℃的温度下的改善的耐火组合物。本发明的另一目的是提供特别是在1100℃-1750℃的温度下具有高强度的耐火浇注料。此外，本发明的另一目的是取代或代替在低水泥浇注料（LCC）和超低水泥浇注料（ULCC）基体中的作为填料的反应性氧化铝。

已发现通过使用包含70重量%-98重量%的粒状耐火材料和2重量%-30重量%的粘结剂相（其中粘结剂相包含反应性填料和粘结剂）的耐火组合物可获得在1100℃-1750℃的温度下具有不同寻常的高强度的耐火材料。根据本发明的耐火组合物的基体或粘结剂相基本包含具有平均颗粒尺寸d50为0.2μm-2.0μm的单独反应性红柱石作为反应性填料。

具体实施方式

红柱石为具有化学式Al₂SiO₅的岛状硅酸铝的矿物。根据以下反应的红柱石向莫来石的热诱导转化导致矿物性质随着升高的温度而变化。

3（Al₂O₃*SiO₂）（红柱石）→（3Al₂O₃*2SiO₂）（莫来石）+SiO₂（玻璃）

在1000℃下约1%的热膨胀之后，杂质的熔化伴随着小的收缩而出现。在1250℃莫来石化开始且伴随温度上升继续进行。最终，质量比为约87重量%的莫来石和13重量%的玻璃。

因此，可直接使用红柱石作为没有任何预先热处理的未加工的耐火原材料，或作为在上述莫来石转化（莫来石化）之后的烧制耐火材料。在莫来石的形成期间，过量的SiO₂转化为玻璃。将玻璃的主要部分嵌入莫来石相，而使其少量位于所产生的莫来石晶体的表面。在高温下嵌入在莫来石相中的玻璃软化或熔融，且在高温下吸收莫来石的体积变化。因此，由红柱石形成的该特殊种类的莫来石展现了比其他种类的莫来石更高的热稳定性，因为软化的玻璃可渗入裂缝组织作为一种焊接剂修复在使用期间受损的莫来石。通过研究随温度变化的微观组织，可揭示莫来石结合和热机械性能之间的关系。可确认莫来石化闭合了红柱石晶粒的表面缺陷和起始裂纹。基体完全再结晶为莫来石-玻璃网络，与部分莫来石化的大晶粒相互连接。

发现通过使用粘结剂相显著和未预料地改变了以上所述的性质，该粘结剂相基本包含具有平均颗粒尺寸d50为0.2μm-2.0μm，优选0.5μm-1.5μm的单独的反应性红柱石作为反应性填料。

下面通过实施例详细说明本发明。

实施例1（反应性红柱石）