[发明专利]一种含碳酸钙微粉的铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含碳酸钙微粉的铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料及其制备方法。

背景技术

刚玉质浇注料作为一种不定形耐火材料，具有优良的高温性能，它强度高，体积稳定性好，耐侵蚀，抗冲击，结构整体性强，施工维修方便，在冶金、建材、石油化工等行业得以广泛应用。铝酸钙水泥是刚玉质浇注料中主要使用的结合剂。铝酸钙水泥结合的刚玉质浇注料在使用过程中，当温度升高到一定程度时，铝酸钙水泥水化产物脱水并与基质中的Al₂O₃微粉原位反应生成六铝酸钙(CA₆)。由于CA₆在形成过程中通常伴随较大的体积膨胀，因而在铝酸钙水泥结合的刚玉质浇注料中，CA₆的生成往往促使其骨料与基质之间出现大量的间隙或微裂纹，利于缓冲热应力，避免出现大的空隙和裂纹，从而便于提高浇注料的抗热震稳定性。

然而，由于铝酸钙水泥的颗粒尺寸（15－44μm）比较大，不易控制原位生成CA₆的过程中形成的缝隙或裂纹的尺寸，使得铝酸钙水泥脱水产物与Al₂O₃微粉原位反应生成的CA₆对刚玉质浇注料性能的改善作用有限；另一方面，优质铝酸钙水泥的价格很高，通常在6~7千元/吨，大大限制了铝酸钙水泥在刚玉质浇注料中的用量。

近年来，利用原位反应生成矿物相来改善耐火材料性能得到了广泛应用。在耐火材料的结合系统或基质中添加一些粒度细、活性高的粉体，通过合理设计使其在使用过程中发生反应，可以有效的改善耐火材料的性能和延长使用寿命。尤其当反应物的粒度达到纳米级时，由于纳米粉的比表面积大、化学活性高，晶界处的原子数比率高达15－50%，在耐火材料中加入一定量的纳米粉体，可以显著提高材料的烧结致密化和均匀化程度，从而进一步减少体系中大的空隙或裂纹，改善浇注料的性能。

在刚玉质浇注料体系中，通常采用纳米CaCO₃为添加剂，通过调控纳米CaCO₃在高温下分解生成的活性CaO与基质中的Al₂O₃微粉反应生成CA₆的过程，改善浇注料的结构与性能。如：中国专利ZL200710054708.5公开了一种含纳米碳酸钙的高纯刚玉质浇注料，其包括80－90%电熔白刚玉和/或烧结板状刚玉骨料和细粉，0.5－4%粒度≤100nm的纳米碳酸钙。“Effect of nano-CaCO₃ addition on mechanical properties and microstructure of corundum based castables, China’s Refractories, 2010, 19(4): 21-24”提供了一种以板状刚玉、氧化铝微粉、氧化铬微粉、商品纳米碳酸钙和铝酸钙水泥为主要原料，FS10为减水剂制备的不同纳米碳酸钙含量的刚玉浇注料，测定了其经1000℃及1600℃热处理后的显气孔率、体积密度、冷态和热态强度，并利用扫描电子显微镜观察了材料的微观结构，分析了加入纳米碳酸钙后浇注料显微结构的变化及其对浇注料试样冷态和热态强度的影响。“Effect of nano calcium carbonate on the properties of corundum-based castables, Industrial ceramics, 2009, 29(1): 31-37”提供了一种以板状刚玉、氧化铝微粉、商品纳米碳酸钙、铝酸钙水泥和水合氧化铝为主要原料制备的刚玉浇注料，研究结果表明浇注料的冷态/热态强度以及抗热震稳定性均随纳米碳酸钙的加入而改善。“纳米CaCO₃对刚玉基浇注料强度及显微结构的影响，耐火材料，2009, 43（1）：5-9”提供了一种以电熔白刚玉颗粒及细粉、α-Al₂O₃微粉、水合氧化铝、纳米CaCO₃ 或铝酸钙水泥为主要原料制备的刚玉质浇注料，研究了纳米CaCO₃加入量对刚玉基浇注料矿相、强度和显微结构的影响，并与相同CaO含量的含铝酸钙水泥的浇注料进行了对比。文章 “纳米碳酸钙加入量对刚玉质浇注料性能的影响，武汉科技大学学报，2009, 32（2）：188-192”提供了一种以板状刚玉骨料、Secar71 纯铝酸钙水泥、氧化铬微粉、CL370 氧化铝微粉、325目板状刚玉粉和纳米碳酸钙粉为主要原料，采用FS10(一种聚乙二醇型缩聚物)作分散剂制备的刚玉质浇注料，研究纳米碳酸钙的加入量对刚玉质浇注料性能和显微结构的影响。文章“加入纳米碳酸钙对铬刚玉浇注料力学性能的影响，耐火材料，2009, 43（5）：321-324”提供了一种以板状刚玉、氧化铝微粉、氧化铬微粉(平均粒径<5μm)、铝酸钙水泥(Secar 71)、商品纳米碳酸钙(平均粒径< 100 nm)为主要原料，FS10 为减水剂制备的不同纳米碳酸钙加入量( 0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0% )的铬刚玉浇注料，测定了其经1000℃及1600℃热处理后的显气孔率、体积密度和强度，并分析了浇注料常温强度和高温强度与加入不同量纳米碳酸钙浇注料显微结构的关系。文章“纳米碳酸钙对无水泥结合刚玉浇注料力学性能和显微结构的影响，耐火与石灰，2011, 36（3）：1-4”提供了一种以板状刚玉、氧化铝微粉、商品纳米碳酸钙及Alphabond300为主要原料，FS10为减水剂制备的不同纳米碳酸钙含量的刚玉浇注料，测定了其经1000℃及1600℃热处理后的显气孔率、体积密度和耐压强度，并利用扫描电子显微镜观察了材料的微观结构。