六铝酸钙系耐火材料、纳米隔热板、复合耐火材料衬体结构体、制法及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种六铝酸钙系耐火材料、纳米隔热板、复合耐火材料衬体结构体、制法及其应用。所述六铝酸钙系耐火材料的物相包括CA6以及选自C2M2A14、CM2A8、镁铝尖晶石和刚玉的一种或两种以上的物相。所述纳米隔热板微纳米板和包覆微纳米板的薄膜，所述阻隔热传导的复合耐火材料衬体结构体包括六铝酸钙系耐火材料和纳米隔热板，所述的阻隔热传导的复合耐火材料衬体结构体可有效降低热量散失，降低表面温度，在使用过程中的稳定性好，能确保类似钢包的耐火材料工作衬的稳定，支撑住钢包工作层材料间的紧密衔接，避免钢包等出现漏钢、有色包的铝水泄漏等，切实实现了保温、节能和确保安全运行的目的。安全运行的目的。

【技术实现步骤摘要】
六铝酸钙系耐火材料、纳米隔热板、复合耐火材料衬体结构体、制法及其应用


[0001]本专利技术涉及耐火材料
，尤其涉及一种六铝酸钙系耐火材料、纳米隔热板、阻隔热传导的复合耐火材料衬体结构体、制法及其应用。

技术介绍

[0002]钢包保温不仅涉及到钢水精炼、合金化及连铸，而且涉及到转炉吹炼温度、碳氧积等，碳氧积控制对于炉衬耐火材料损毁、合金用量及精炼等都是非常关键的。钢包保温一直备受关注，但一直未能有效解决。
[0003]目前，为使钢包能够尽可能保温，钢包衬体通常采用三层结构设计：工作衬、永久衬和隔热衬。工作衬与高温熔体接触，要求高温性能好及具有较好的抵抗钢水钢渣侵蚀性能。永久衬要兼具安全和隔热保温的功效，既要在失去工作衬的情况下能够抵抗熔渣、钢水的高温和侵蚀，满足安全的首要条件，同时也要阻止或减弱热量向外传输，降低承载到隔热保温衬上的温度，实现隔热保温的功能；永久衬材料通常为中重质的普通低水泥浇注料。隔热保温衬，主要是减少热量散失和承载到钢壳上的温度，使钢壳温度处于屈服温度以下，确保钢壳的形变最小。
[0004]关于隔热衬，轻质粘土砖、轻质高铝砖的强度较高，高温性能较好，但是隔热效果较差，近些年已经较少应用。硅酸铝纤维板是在轻质粘土砖、轻质高铝砖之后出现的隔热保温材料，保温效果好于轻质砖，但是最为致命的问题是使用中的结晶粉化导致的漏钢事故及使用中后期的保温性能下降等问题；保温效果由第一炉次时的钢壳温度为280℃陡然上升到350℃。硅酸铝纤维板的结晶、粉化导致钢包永久衬和工作衬失去外围支撑而出现裂纹、包衬断裂等，进而导致漏钢等重大事故。硅酸铝纤维板是基于硅酸铝纤维制备的板材，纤维在高于1200℃的温度下容易结晶、粉化，强度降低，保温性下降，安全隐患增加。
[0005]基于纳米及微米SiO2的纳米隔热板几乎同纤维板同时进行了应用，该类隔热板的保温性能较硅酸铝纤维板要好得多，导热率很低，保温性能很好，但是存在与硅酸铝纤维板同样的问题，即结晶粉化；且纳米板的结晶粉化温度较硅酸铝纤维板的结晶化温度还要低，纳米粉体一般在850℃以上结晶粉化。而现有的工业化运转的钢包，其承载到纳米板上的温度远远不止850℃，有的甚至高达1300℃，这种温度对于纳米粉体是致命的，是很快就结晶化、失去原有的非晶结构的。纳米绝热板的粉化导致工作衬和永久衬失去支撑作用，导致工作衬和永久衬出现大裂纹，进而导致漏钢等事故，同时也失去了保温的作用。单纯的纳米隔热板无法实现钢包等工业窑炉容器的隔热保温。
[0006]关于永久衬，目前的钢包永久衬一般为中重质的高铝浇注料，或为铝镁系浇注料，或为普通的低水泥高铝浇注料，或为添加部分莫来石轻质骨料的高铝浇注料等，这些材料和技术已经应用了几十年，一直未能很好地满足安全和节能保温的要求，一直没有较大的改进。
[0007]钢包永久衬还可以为六铝酸钙(CA6)系耐火材料，但CA6耐火材料的应用大致存在
四个问题：(1)CA6材料的杂质含量较高。基于CA6为主，通过添加烧结助剂来实现烧结的高体密材料，因为CA6自身的片层状结构，CA6材料很难烧结，基本上都是通过添加SiO2、TiO2等来促进烧结的，如专利CN108947547A中添加SiO2促进烧结，冯钢军等通过添加SiO2研究了外加剂对CA6致密化的影响(添加剂对六铝酸钙微孔材料性能的影响第十五届全国不定形耐火材料学术会议论文集)等；(2)CA6材料中的刚玉相原料较多。CA6材料大都是通过添加较多(≥20％)的刚玉或活性氧化铝微粉等来实现烧结、高体密并构建出强度的，如CN108439961A公开了一种致密高纯六铝酸钙
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刚玉复相材料的制备方法等；(3)不通过添加促烧结组分制备的高纯CA6材料(Al2O3+CaO和量≥97.0％)，体积密度大都小于2.5g/cm3，且强度很低，无法达到使用要求。(4)体积密度小于2.0g/cm3的CA6质材料是无法用于钢包中的，因为这对于钢包永久衬需要抵抗熔渣和钢液的侵蚀等是不可以的。
[0008]现有技术的永久衬材料存在下述不足和缺陷：1)永久衬材料的导热率高；2)高温下收缩、致密化，材料的导热率进一步增加；3)耐钢渣侵蚀性差；4)材料收缩导致工作衬耐火材料向外扩展，砖与砖之间的挤压力减弱，整体性下降，容易导致漏钢；5)CA6系材料依靠外加剂实现烧结，液相量大，高温性能下降，导热率高；6)通过引入较多刚玉相的CA6质材料，导热率大大增加；7)纯CA6材料的体积密度和强度相对较低，很难充当永久衬材料。
[0009]此外，目前钢包耐火材料施工程序对永久衬和隔热衬耐火材料也是很不利的。钢包衬的施工程序大多为，在钢包壳里面的包壁上砌筑轻质砖或贴上隔热板，然后在钢包芯部安装好胎膜，浇注成型永久衬耐火材料，待永久衬干燥后再砌筑工作衬耐火材料。
[0010]由此，目前钢包的由永久衬和隔热衬耐火材料构建的这种结构存在以下缺陷：(1)无论是纳米隔热板，还是低导热率的永久衬耐火材料，单独使用都无法解决钢包的隔热保温问题，都无法有效阻隔热传导，也无法解决钢包的安全问题，也没有形成钢包保温和安全的系统解决方案；(2)现有技术中的纳米隔热板都存在结晶、粉化现象，都没有解决纳米粉体的结晶粉化问题，没有突破使用的桎梏；在钢包中使用1炉或几炉后基本都结晶、粉化，失去保温隔热功效；(3)无论是硅酸铝纤维板(或毡)，还是纳米隔热板，都存在结晶化、粉化及结构溃散等问题，都容易导致漏钢事故，实际上都导致过漏钢、红包等重大事故；(4)永久衬无论是铝镁浇注料，还是低水泥高铝浇注料、中重质莫来石浇注料，都存在高温长时间使用下的烧结收缩，从而导致工作衬耐火材料外围的支撑像外移动，导致约束作用减弱，从而导致工作衬耐火材料间出现缝隙，导致钢水泄露；(5)高铝系浇注料及铝镁浇注料等的耐侵蚀性不足；(6)CA6系材料基本上都是通过SiO2等添加外加剂实现烧结，高温液相量大，高温性能下降，导热率增加；(7)通过引入较多刚玉相来弥补CA6质材料的烧结困难，但导致导热率大大增加；(8)高纯CA6材料的体积密度和强度相对较低，很难充当永久衬材料；(9)目前现场施工方式及操作很难使相关材料发挥优势。
[0011]即现有技术存在的缺陷为：(1)板(或毡)及隔热板，因硅酸铝纤维及纳米粉体自身的能量较高，不稳定，在高温下存在结晶化的驱动力，这是材料的本性，是无法改变的，因此，硅酸铝纤维板及纳米隔热板的结晶、粉化是不可避免的，只要其承受的温度高于其结晶温度就一定要发生；(2)目前现有的应用材料，其主要原料都是铝矾土，杂质含量高，高温下液相量大，像铝镁浇注料、低水泥浇注料等都存在很容易烧结、致密化的高温反应，导致用后烧结收缩，都导致导热率升高，这是由于材料自身的原料及性能导致的；(3)目前的像铝镁浇注料、高铝浇注料等，其杂质多，液相量大，抵抗熔渣和钢水的侵蚀能力差，这是由原料
品性决定的；(4)CA6由于自身的结晶结构导致其烧结性很差，而钢包永久衬的温度一般在1300
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1500℃，该温度对于CA6材料是很难烧结的，因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六铝酸钙系耐火材料，其中，所述六铝酸钙系耐火材料的物相包括CA6以及选自C2M2A14、CM2A8、镁铝尖晶石和刚玉的一种或两种以上的物相。2.根据权利要求1所述的六铝酸钙系耐火材料，其中，以在耐火材料中所占的质量百分比计，CA6、C2M2A14、CM2A8、镁铝尖晶石和刚玉的总含量≥90％，优选为94.8
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99.5％。3.一种纳米隔热板，其包括微纳米板和包覆微纳米板的薄膜，其中，所述微纳米板的化学成分包括SiO2和ZrO2，按在所述微纳米板中所占的重量计，SiO2为55
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100％，ZrO2为0
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40％。4.一种阻隔热传导的复合耐火材料衬体结构体，其包含权利要求1
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2中任一项所述的六铝酸钙系耐火材料和权利要求3所述的纳米隔热板，所述纳米隔热板固定设置在所述六铝酸钙系耐火材料上。5.一种阻隔热传导的复合耐火材料衬体结构体形成材料，其包括权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊红，盛开勋，夏海航，李广奇，
申请(专利权)人：北京科技大学辽宁科大托田炉料有限公司，
类型：发明
国别省市：