无水泥的耐火材料制造技术

本发明专利技术描述了无水泥耐火混合物。该混合物包含ｐＨ缓冲剂和含有金属或气相法氧化硅的组分。水可以赋予该混合物以良好的流动特性并且可以产生有效的低温固化。在提高的温度下，使用该混合物形成的制品具有优异的耐火性能和物理性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及耐火混合物。该混合物包含pH緩冲剂和气相法 氧化硅或硅金属。可以通过常规技术将该混合物成形以产生耐火制品。 该制品可具有优异的物理性能，包括比具有水泥基粘合剂或化学粘合 剂的材料更大的耐火度。
技术介绍
耐火制品包括预成形产品和原位成形产品。预成形产品包 括罩、管、板和砖。成形产品可用作容器、管或通道的衬里，并且通 常作为在适当位置(in place)捣固(ram)、喷补、抹涂(trowel)、 喷涂、振实或浇注的混合物而提供。耐火制品必须抵抗热侵蚀、化学侵蚀和机械侵蚀。热侵蚀 包括通常高于1000 C的高温和快速改变制品温度引起的热冲击。经常 地，使用该制品的应用包括或产生具有损害性的化学物质。例如，钢 铸造中存在的熔渣化学侵蚀耐火制品，使得与熔渣接触的制品通常包 含抗熔渣氧化物例如氧化锆。类似地，用于铝镇静钢的耐火管必须抵 抗氧化铝的积累，否则该积累能够阻塞所述管。最后，耐火制品必须 足够坚固以抵抗机械力例如压缩应力、拉伸应力和扭转应力。通常，耐火制品由耐火骨料和粘合剂的结合体形成。粘合 剂将骨料保持在适当位置。骨料和粘合剂均可以显著地影响制品的性 质。常见骨料包括氧化硅、氧化锆、碳化硅、氧化铝、氧化镁、尖晶 石、煅烧白云石、铬镁砂、橄榄石、镁橄榄石、莫来石、蓝晶石 (kyanmite)、红柱石、耐火粘土熟料、碳、铬铁矿和它们的组合。粘合剂分为两个宽的种类，水泥质的和"化学的"。化学 粘合剂包括有机和无机化学物质例如酚类、糠醛、有机树脂、磷酸盐(phosphate)和硅酸盐(silicate)。通常必须将制品烧制以活化化学物 质和引发粘合剂。水泥质粘合剂包括水泥或其它可水合的陶瓷粉末例 如铝酸钩水泥或可水合氧化铝。它们通常不需要加热来活化粘合剂， 但确实需要添加水。水与水泥质粘合剂反应从而硬化混合物。水还充 当细粉末的分散介质。干粉末具有差的流动性并且不适合于在不存在 高压时形成耐火制品。水降低混合物的粘度，从而允许骨料/粘合剂混 合物流动。遗憾的是，耐火制品中水的存在会具有突难性的影响，即 该制品在暴露于提高的温度时发生开裂和甚至在耐火温度下发生爆炸性气化。具有水泥质粘合剂的制品通常需要干燥步骤来消除残留的水。 耐火骨料/粘合剂混合物典型地包括至少70重量％骨料和至多约15重量％水泥粘合剂。按足以产生形成耐火制品所需流动的量 加入水以补足混合物的余量。水可以直接加入或者以水合物加入。例如，欧洲专利申请公开No. 0064863以在提高的温度下分解的无机水合 物加入水。US 6， 284， 688包括微包封硅酸钠中的水。制品的孔隙率影响千燥速度和爆炸性气化的危险，因为孔 隙允许水从制品蒸发或挥发。现有技术通过加入金属粉末提高混合物 的孔隙率。JP 38154/1986教导了包含骨料、水泥和铝粉末的耐火混 合物。铝粉末与加入的水反产生氬气。鼓泡气体形成孔隙，通过该孔 隙可发生干燥并可释放蒸汽。铝反应产生很多的热量，该热量进一步 有助于干燥。有铝粉末相关的问题包括反应的强放热性质、易燃氢气 的释放、制品中微裂紋的形成和铝粉末的有限贮存期限。为了控制这 种反应性，US 5, 783, 510和US 6， 117， 373教导了包含耐火骨料、耐 火粉末和反应性金属粉末的整体耐火组合物。所述耐火粉末包括高铝 水泥用以结合骨料，从而向由该组合物形成的制品赋予物理强度。所 述反应性金属包括铝、镁、硅及它们的合金。对反应性金属的量进行 选择以控制氩气的产生，从而控制孔隙率。作为替代，日本未审专利 />开No. 190276/1984教导了使用纤维来形成细通道，水可通过所述细 通道逃逸。遗憾的是，纤维难以均勻分散在混合物中并且会降低流动 性。制品孔隙率的提高还伴随对制成制品的物理性能的有害影响。耐火制品可以包括化学的即非水泥质的粘合剂，该粘合剂 可消除对水的需要。粘度典型地非常高并且骨料/化学粘合剂混合物通 常流动得不好。化学粘合剂典型地通过在提高的温度下加热或烧制得 以活化，并且例如用于干燥的可振实混合物和多种预成形的制品。US 6， 846， 763包括作为粘合剂的粒状沥青，以及耐火骨料、可燃金属粉 末和油。加热该混合物引燃金属粉末，这使油燃烧，并且使沥青熔化 和焦化。结果是碳结合的耐火制品。典型的组合物包括70重量％骨料、 6重量％硅、7重量％油和13重量％沥青。虽然需要高温来形成碳结合体， 但该制品基本上无水。碳结合的制品不如氧化物结合的制品稳定。除 非保持在还原性气氛中，碳结合的制品在提高的温度下还对氧化敏感。US 5， 366， 944教导了同时使用低温粘合剂和高温粘合剂的 耐火组合物。未向该组合物中加入水。低温粘合剂包括有机粘合剂例 如酚醛树脂。高温粘合剂包括铝、硅、镁、它们的合金及混合物的金 属粉末。制品可由该组合物形成并在低温下固化以活化低温粘合剂。 低温粘合剂将制品维持在一起，直到制品被安装和高温粘合剂活化。 直到达到耐火温度，金属粘合剂才能活化。有利地，金属粘合剂比水 泥基粘合剂产生具有更高耐火度的制品。需要具有低水含量和低孔隙率的非水泥基耐火混合物，以 产生在高温下具有高强度的耐火制品。专利技术概述本专利技术涉及产生耐火组合物的混合物，所述耐火组合物可用于例如各种冶金容器如熔炉、浇包、中间包和坩埚的衬里。该组合 物还可全部或部分用于导引液体金属流动的制品。该混合物比常规水 泥基体系需要较少的水，从而减少干燥时间和爆炸风险。该混合物不 需要烧制来实现初始固化。在与水泥基混合物相比时，该混合物还有 利地提高所得制品的耐火度和强度。在宽的方面，本专利技术包括耐火骨料和产生pH緩沖剂的物质 的无水泥混合物。该混合物可以含有粘合剂，所述粘合剂含有细粉状金属组分。本申请述及原料的选择和分级，例如耐火骨料和粘合剂的 化学组成和颗粒尺寸。认为具有大表面积的骨料组分例如气相法氧化 硅产生凝胶，该凝胶在具有低水含量和低水孔隙率的耐火材料的形成 中起作用。在本文作为骨料组分提及的气相法氧化硅应理解为属于千燥的气相法氧化硅，这有别于胶体氧化硅。还认为产生pH緩沖剂的物 质例如氧化镁、氧化铝、氧化锆或非水泥质钩化合物、或这些材料的 组合的存在，对具有低的水含量和低的水孔隙率的耐火材料的形成起 作用。本专利技术的混合物比常规水泥基混合物需要更少的水。此外， 与水泥基混合物相比，向骨料/粘合剂混合物中加入给定量的水产生更 大的流动性。与水泥基制品相比，制品的物理性能还较少地依赖于加 入的水量。在一个实施方案中，混合物包含耐火骨料和0.5重量％-5 重量％的具有-200目或更细颗粒尺寸的金属粉末。根据应用，向该混 合物中加入足量的水。调节混合物的pH，使得氢气的放出得以防止或 降低到可接受的低水平。正如本领域技术人员已知，緩沖剂可用于维 持pH。任选地，可加入抗絮凝剂以改善流动特性或降低需水量。然后 可将骨料/粘合剂/水共混物成形为任何所需形状。该成形物变硬形成 制品。在窑炉中或者在使用温度下，加热产生氧化物结合的制品。在可浇注耐火制剂中优选使用粘合剂。粘合剂还可以用于 其它类型的耐火材料例如塑料材料、捣固材料、砖和压制成形物。本 领域技术人员理解需要调节|&存期和成形顺序以便以合适的时间间隔 本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备耐火制品的耐火混合物，其特征在于不存在水泥并且包含：　ａ）ｐＨ缓冲剂；和　ｂ）包含气相法氧化硅和／或金属粘合剂的耐火骨料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA帕蒂洛，S邦萨尔，
申请(专利权)人：维苏威克鲁斯布公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]