轻质高强隔热耐火浇注料

摘要

本发明公开了一种轻质高强隔热耐火浇注料，它的原料按重量百分比计包括：30~40％的轻质莫来石骨料、5~10%的富铝尖晶石空心球、5~8％的红柱石、6~9%的富铝尖晶石粉、5~7%的蓝晶石粉、5~8％的硅微粉、5~10％的ρ-Al2O3微粉、12~18%的铝酸钙水泥、3~6%的耐火纤维、0.05~0.15%的六偏磷酸钠、0.05~0.15%的有机减水剂、0.04~0.07%的有机硅偶联剂和0.01~0.02%的消泡剂。其保证了轻质浇注料的隔热性能，增强了浇注料中骨料、粉料的紧密结合，大幅度提高了浇注料的力学强度、抗机械与热震破损能力、抗渗透性能以及高温综合使用性能，降低了浇注料成本，最终达到降低炉梁与立柱冷却热损失、延长隔热衬使用寿命、改善炉内加热质量、降低能耗与维护成本等综合目标。

权利要求

1.一种轻质高强隔热耐火浇注料，其特征在于：它的原料按重量百分比计由：

30～40％的轻质莫来石骨料、5～10％的富铝尖晶石空心球、5～8％的红柱石、6～

9％的富铝尖晶石粉、5～7％的蓝晶石粉、5～8％的硅微粉、5～10％的ρ-Al2O3微粉、12～

18％的铝酸钙水泥、3～6％的耐火纤维、0.05～0.15％的六偏磷酸钠、0.05～0.15％的有机减水剂、0.04～0.07％的有机硅偶联剂和0.01～0.02％的消泡剂组成；其中，所述轻质3

莫来石骨料的Al2O3含量≥60％，1～5mm颗粒堆积密度≤1.0g/cm，由粒度为大于3mm且小于等于5mm和1～3mm的两种颗粒级配构成，其两种颗粒级重量百分比分别为0～80％3

和20～100％；所述富铝尖晶石空心球粒度为3～0.2mm，堆积密度≤1.0g/cm，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm。

2.根据权利要求1所述的轻质高强隔热耐火浇注料，其特征在于：所述红柱石粒度为

0.1～1mm。

3.根据权利要求1所述的轻质高强隔热耐火浇注料，其特征在于：所述铝酸钙水泥为纯铝酸钙水泥。

4.根据权利要求1所述的轻质高强隔热耐火浇注料，其特征在于：所述的有机减水剂为FS20耐火浇注料减水剂、所述有机硅偶联剂为水溶性硅烷偶联剂、所述蓝晶石粉的粒度为60～120目。

说明书

轻质高强隔热耐火浇注料

技术领域

[0001] 本发明属于耐火材料领域，具体是一种步进式加热炉水冷梁与水冷立柱隔热用的轻质高强隔热耐火浇注料。技术背景

[0002] 炉梁与立柱是步进式加热炉的重要结构之一，它不仅承受着炉内坯料的全部重量，而且承担者物料步进式前进的重任，因此，保证炉梁与立柱使用工况条件下的力学强度至关重要。为了防止炉梁与立柱高温使用条件下强度降低和变形，需对炉梁与立柱进行冷却，早期的冷却方式为通水开路冷却，故又称水冷梁和水冷立柱，由于水冷热损失大，为了有效利用炉梁与立柱水冷热损失，逐渐发展为汽化冷却，通过汽化冷却产生的蒸汽进行并网、发电等加以再利用，降低企业综合能耗，目前国内两种冷却方式均有应用，但炉梁的冷却降低了钢坯支撑耐热垫块的温度，引起钢坯表面水冷“黑印”，恶化坯料的受热条件，延长了加热时间，降低了加热质量。为了改善钢坯加热质量、降低加热炉能耗，国内外均采用耐火材料对加热炉炉梁与立柱进行了隔热包扎，主要的隔热衬结构有：单层耐火浇注料整体浇注结构、耐火浇注料与耐火纤维毯双层结构和多层耐火纤维毯结构，其中，单层耐火浇注料结构因隔热性能差、多层耐火纤维毯结构易结晶粉化而未推广应用，尤其是加热温度≥1380℃的高温取向硅钢（HiB钢）的加热炉，由于市售耐火纤维制品最高使用温度的限制而无法使用。

[0003] 目前国内加热炉均普遍采用耐火浇注料与耐火纤维毯双层结构，尤其是高温取向硅钢（HiB钢）加热炉，其中，内层为耐火纤维毯，外层为耐火浇注料，通过内层耐火纤维毯强化隔热衬的隔热性能，通过外层浇注料优良的耐高温性能与力学性能，提高隔热衬的抗破损能力，如：2010年9月胡建平和高明军在《经济研究导刊》上公开了“步进式加热炉水梁应用技术”，其报道了某钢厂120吨／小时双蓄热步进式加热炉水平支撑梁和立柱的耐火纤维毯和莫来石浇注料双层隔热衬结构，其中，内层耐火纤维毯厚度为20mm，外层浇注料厚度为60mm。公开号为CN100494852C的中国发明专利公开了“一种步进式加热炉梁与柱及其施工方法”，其提供了一种步进式加热炉梁与柱的纤维毯与浇注料双层隔热衬结构及其施工方法，其中，外层浇注料厚度为60mm，内层耐火纤维毯厚度为18~22mm，通过焊接在水管上的Y形锚固件实现隔热衬与水管的结合，具有强度高、耐高温、抗氧化性能好、使用寿命长的优点。然而，在实际生产应用过程中，由于外层浇注料厚、导热系数高，影响了隔热衬的整体保温性能，导致水冷热损失大，加热炉热效率低；此外，由于耐火纤维毯的高温收缩以及耐火浇注料的热膨胀，致使浇注料外层与耐火纤维毯层结合面形成间隙，破坏了隔热衬的整体性与结构的稳定性，易使Y形锚固件高温氧化以及耐火浇注料层热震龟裂与结构剥落，不仅影响了加热炉炉梁与立柱隔热衬的隔热保温效果，而且炉梁与立柱冷却热损失高，使用寿命受到限制。

[0004] 针对上述复合隔热衬结构的不足，通过对步进式加热炉炉梁与立柱隔热衬使用性能要求的分析，认为隔热衬不仅要有良好的隔热性能、抗渣浸润侵蚀性能，满足炉梁与立柱的隔热以及氧化铁皮掉落引起的侵蚀使用技术要求，同时，还需有足够的高温力学性能与体积稳定性，满足隔热衬抗高温、抗振动冲击、抗热震与结构完整性等要求；对于现有的耐火隔热材料技术，轻质耐火浇注料最有希望达到上述目的，但目前的轻质耐火浇注料普遍存在力学强度低、脆性大、抗渣浸润侵蚀性能差、使用温度低等不足，如：公开号为：CN102161593B的中国发明专利公开了“一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料”，其提供了一种耐火纤维增强轻质莫来石耐火浇注料，虽然力学性能与热震稳定性优良，但抗渣渗透侵蚀与耐高温性能不足，难以满足步进式加热炉的高温加热与氧化铁皮掉侵蚀的技术要求；虽然有专家曾提出过采用轻质耐火浇注料进行单层结构隔热衬的包扎，但最终因轻质耐火浇注料的技术限制而未能实施；为此，有必要进一步开展步进式加热炉炉梁与立柱隔热衬用新型隔热耐火材料的研究，提高炉梁与立柱耐火隔热衬的保温隔热性能与抗破损能力，达到降低加热炉能耗、延长炉梁与立柱耐火隔热衬使用寿命，减少加热炉维护成本等综合目标。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述不足之处，提供了一种轻质高强隔热耐火浇注料，使其达到降低炉梁与立柱冷却热损失、延长隔热衬使用寿命、改善炉内加热质量、降低能耗与维护成本等综合目标。

[0006] 为实现上述目的，本发明所设计的一种轻质高强隔热耐火浇注料，其特征在于：它的原料按重量百分比计包括：

[0007] 30~40%的轻质莫来石骨料、5~10%的富铝尖晶石空心球、5~8%的红柱石、6~9%的富铝尖晶石粉、5~7%的蓝晶石粉、5~8%的硅微粉、5~10%的ρ-Al2O3微粉、12~18%的铝酸钙水泥、3~6%的耐火纤维、0.05~0.15%的六偏磷酸钠、0.05~0.15%的有机减水剂、0.04~0.07%的有机硅偶联剂和0.01~0.02%的消泡剂。

[0008] 进一步地，所述轻质莫来石骨料的Al2O3含量≥60%，1~5mm颗粒堆积密度≤1.0g/3
cm，由粒度为大于3mm且小于等于5mm和1~3mm的两种颗粒级配构成，其两种颗粒级重量百分比分别为0~80%和20~100%。

[0009] 再进一步地，所述富铝尖晶石空心球粒度为3~0.2mm，堆积密度≤1.0g/cm3，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm。

[0010] 再进一步地，所述红柱石粒度为0.1~1mm。

[0011] 再进一步地，所述铝酸钙水泥为纯铝酸钙水泥。

[0012] 再进一步地，所述的有机减水剂为FS20耐火浇注料减水剂、所述硅烷偶联剂为水溶性硅烷偶联剂、所述蓝晶石粉的粒度为60~120目。

[0013] 上述轻质高强隔热耐火浇注料由上述原料混合而成。

[0014] 本发明优点如下：

[0015] 1、本发明通过轻质莫来石骨料与富铝尖晶石空心球组合的使用，弥补了小于1mm轻质骨料性能劣化的不足，避免了浇注料中小于1mm骨料级配的缺失，提高了浇注料的热震稳定性。

[0016] 2、本发明通过高纯度富铝尖晶石空心球的应用，提高了轻质浇注料的高温性能、隔热性能与抗侵蚀性能，满足加热炉高温加热的使用性能要求；提高浇注料的抗渣渗透侵蚀性能与高温性能。

[0017] 3、本发明的耐火浇注料中消泡剂，遏制了浇注料加水搅拌时胶体材料中气泡的形成，提高了浇注料的流动性，同时，也遏制了气泡在胶体材料与轻质骨料孔隙壁面上的形成，提高了胶体材料在轻质骨料孔隙内的渗透深度，扩展了浇注料中骨料与胶体材料间的结合界面，通过胶体材料的凝胶实现轻质骨料开口孔隙的封闭，遏制了轻质骨料裂隙与开口气孔对骨料力学性能的不利影响，改善了莫来石轻质骨料、富铝尖晶石空心球的界面结合状态，提高了轻质骨料与浇注料的力学性能。

[0018] 4、本发明的耐火浇注料加入的水溶性硅烷偶联剂，为聚醚改性乙氧基硅烷，能以任意比例溶于水中，因该水溶性硅烷偶联剂具有活性的乙氧基官能团，进一步改善了轻质骨料、富铝尖晶石空心球与胶体材料间的界面结合状况，从而提高了浇注料的整体结合强度。

[0019] 5、本发明的耐火浇注料中加入氧化铝耐火纤维，遏制了耐火纤维在高温条件下的结晶粉化与收缩对浇注料性能的不利影响，在消泡剂和水溶性硅烷偶联剂活性乙氧基官能团的共同作用下，改善了耐火纤维的界面结合及其在浇注料中的分散状态，增进了耐火纤维的增强与增韧作用以及骨料、粉料的紧密结合，增强了浇注料的抗破损能力与抗渗透能力，提高了浇注料的抗机械振动能力、抗冲击韧性、与热震稳定性；通过加入的粒度为60~120目蓝晶石粉的高温膨胀，弥补了轻质浇注料高温烧结收缩，提高了浇注料的高温体积稳定性，改善了隔热衬的整体性；

[0020] 6、本发明的耐火浇注料中含有Secar-71拉法基纯铝酸钙水泥、硅微粉与α-Al2O3微粉，通过Secar-71拉法基纯铝酸钙水泥的水化结合、硅微粉与ρ-Al2O3微粉的凝胶结合，有效地改善了浇注料的常温、中温与高温结合强度，减少杂质含量及其使用条件下低熔点物质的形成，满足炉梁与立柱隔热衬恶劣工况条件下工作的使用性能需求；六偏磷酸钠与FS20有机减水剂的复合使用，提高了浇注料的施工流动性，降低了浇注料的加水量，改善了炉辊浇注隔热衬施工质量与综合性能。

[0021] 通过上述综合措施和采用普通的市售原材料，保证了轻质浇注料的隔热性能，增强了浇注料中骨料、粉料的紧密结合，大幅度提高了浇注料的力学强度、抗机械与热震破损能力、抗渗透性能以及高温综合使用性能，降低了浇注料成本，最终达到降低炉梁与立柱冷却热损失、延长隔热衬使用寿命、改善炉内加热质量、降低能耗与维护成本等综合目标。

具体实施方式

[0022] 下面结合具体实施例对本发明法作进一步的详细说明。

[0023] 实施例1

[0024] 一种轻质高强隔热耐火浇注料，它的原料按重量百分比计包括：

[0025] 40％的轻质莫来石骨料、5%的富铝尖晶石空心球、8％的红柱石、6%的富铝尖晶石粉、7%的蓝晶石粉、7.71％的硅微粉、5％的ρ-Al2O3微粉、18%的纯铝酸钙水泥、3%的耐火纤维、0.15%的六偏磷酸钠、0.05%的FS20耐火浇注料减水剂、0.07%的水溶性WD-10硅烷偶联剂和0.02%的消泡剂。

[0026] 其中，所述轻质莫来石骨料的Al2O3含量≥60%，1~5mm颗粒堆积密度≤1.0g/cm3，由粒度为1~3mm颗粒级配构成，所述富铝尖晶石空心球粒度为3~0.2mm，堆积密度≤1.0g/3
cm，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm；所述红柱石粒度为0.1~1mm；所述蓝晶石粉的粒度为
60~120目。

[0027] 实施例2

[0028] 一种轻质高强隔热耐火浇注料，它的原料按重量百分比计包括：

[0029] 35％的轻质莫来石骨料、10%的富铝尖晶石空心球、5％的红柱石、8.75%的富铝尖晶石粉、5%的蓝晶石粉、8％的硅微粉、10％的ρ-Al2O3微粉、12%的纯铝酸钙水泥、6%的耐火纤维、0.05%的六偏磷酸钠、0.15%的FS20耐火浇注料减水剂、0.04%的水溶性WD-10硅烷偶联剂和0.01%的消泡剂。

[0030] 其中，所述轻质莫来石骨料的Al2O3含量≥60%，1~5mm颗粒堆积密度≤1.0g/cm3，由粒度为大于3mm且小于等于5mm和1~3mm的两种颗粒级配构成，其两种颗粒级重量百分3
比分别为25%和75%；所述富铝尖晶石空心球粒度为3~0.2mm，堆积密度≤1.0g/cm，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm；所述红柱石粒度为0.1~1mm；所述蓝晶石粉的粒度为60~120目。

[0031] 实施例3

[0032] 一种轻质高强隔热耐火浇注料，它的原料按重量百分比计包括：

[0033] 35％的轻质莫来石骨料、10%的富铝尖晶石空心球、8％的红柱石、5%的富铝尖晶石粉、6%的蓝晶石粉、7％的硅微粉、8％的ρ-Al2O3微粉、16%的纯铝酸钙水泥、4.74%的耐火纤维、0.1%的六偏磷酸钠、0.1%的FS20耐火浇注料减水剂、0.045%的水溶性WD-10硅烷偶联剂和0.015%的消泡剂。

[0034] 其中，所述轻质莫来石骨料的Al2O3含量≥60%，1~5mm颗粒堆积密度≤1.0g/cm3，由粒度为大于3mm且小于等于5mm和1~3mm的两种颗粒级配构成，其两种颗粒级重量百分3
比分别为80%和20%；所述富铝尖晶石空心球粒度为3~0.2mm，堆积密度≤1.0g/cm，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm；所述红柱石粒度为0.1~1mm；所述蓝晶石粉的粒度为60~120目。

[0035] 实施例4

[0036] 一种轻质高强隔热耐火浇注料，它的原料按重量百分比计包括：

[0037] 30％的轻质莫来石骨料、6.79%的富铝尖晶石空心球、8％的红柱石、9%的富铝尖晶石粉、7%的蓝晶石粉、5％的硅微粉、10％的ρ-Al2O3微粉、18%的纯铝酸钙水泥、6%的耐火纤维、0.05%的六偏磷酸钠、0.1%的FS20耐火浇注料减水剂、0.05%的水溶性WD-10硅烷偶联剂和0.01%的消泡剂。

[0038] 其中，所述轻质莫来石骨料的Al2O3含量≥60%，1~5mm颗粒堆积密度≤1.0g/cm3，由粒度为大于3mm且小于等于5mm和1~3mm的两种颗粒级配构成，其两种颗粒级重量百分3
比分别为50%和50%；所述富铝尖晶石空心球粒度为3~0.2mm，堆积密度≤1.0g/cm，富铝尖晶石粉粒度≤0.044mm；所述红柱石粒度为0.1~1mm；所述蓝晶石粉的粒度为60~120目。

[0039] 上述实施例1~4中所述轻质莫来石骨料由河南偃师市光明高科耐火材料制品有限公司生产；所述富铝尖晶石空心球由郑州源凯新材料有限公司生产；所述红柱石由英格瓷益隆红柱石（新疆）有限公司生产；所述ρ-Al2O3微粉为淄博雷浦陶瓷材料有限公司生产；所述纯铝酸钙水泥由洛阳耐研工贸有限公司供应的Secar-71拉法基纯铝酸钙水泥。所述耐火纤维为氧化铝耐火纤维株洲汉王科技有限公司供应，并加工成长度为5~10mm的短纤维。所述有机减水剂为武汉代理商提供的德国巴斯夫FS20耐火浇注料减水剂。所述的硅烷偶联剂为武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10硅烷偶联剂。所述的消