專利名稱：：可振動(dòng)的耐火材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及耐火材料組合物，特別是用于制成熔融金屬容器的永久耐火爐襯的易處理的整體爐襯。這類容器包括澆口盤或鑄勺，其中的每一種是用于連續(xù)熔融鑄造工藝的。具體地說，本發(fā)明實(shí)質(zhì)上涉及無堿性氧化物的耐火材料組合物，施用該組合物一般不加水，添加或不添加振動(dòng)助劑。澆口盤是連續(xù)鑄造工藝如連續(xù)鑄鋼中使用的用于熔融金屬的大的中間存儲(chǔ)容器。實(shí)際上，澆口盤是一個(gè)中間加工儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)器接收來自爐出口輸送鑄勺的大量熔融金屬，在該爐中熔化礦物或精煉熔融金屬，然后將熔融金屬送入鑄造系統(tǒng)。輸入和輸出鑄口控制熔融金屬流入和流出中澆口盤。澆口盤本身一般為鋼的容器，該容器是用幾層各種耐火材料組合物襯里的。永久爐襯一般為可澆鑄的耐火材料或磚，其作用是作為保護(hù)該容器的內(nèi)襯。隨后，用易處理的爐襯一般為耐火材料組合物涂敷永久爐襯，將耐火材料組合物通過噴涂、噴霧、抹平，或干式振動(dòng)施加給永久爐襯?；蛘哂媚突鸢逯瞥梢滋幚頎t襯。由于易處理的爐襯直接與過去干型耐火材料中使用的天然粘結(jié)劑接觸，它們幾乎不適用于需要預(yù)加熱的澆口盤。干型耐火材料在800-1100F的溫度下完全燒盡低溫粘結(jié)劑。在這種溫度下，高溫粘結(jié)劑還未達(dá)到其有效粘結(jié)能力。因此，某些易處理的干型爐襯在鑄造前的預(yù)熱期間損壞。目前，耐火材料存在的問題是它們常常含有堿性氧化物如Na2O和K2O。應(yīng)該清楚，存在的堿性氧化物在鑄造溫度下遷移到易處理/永久耐火材料的界面。這些堿性氧化物吸附和/或吸附在或吸附到高鋁耐火材料中。伴隨著傳統(tǒng)的易處理爐襯一次次地連續(xù)的應(yīng)用，在界面形成霞巖。因此，由于霞巖開成、爐襯熔化，在除去易處理爐襯期間可能損壞永久爐襯。當(dāng)除去渣殼時(shí)，易處理耐火材料對(duì)永久耐火材料的粘附能引起永久耐火材料從金屬容器上損失掉。此外，在易處理爐襯不粘附到永久耐火材料的情況下，堿性氧化物產(chǎn)生的永久爐襯的污染增加熱膨脹系數(shù)的差異。不同的熱膨脹也能造成永久爐襯的員壞。因而，實(shí)質(zhì)上需要的是一種無堿性氧化物的干燥的可振動(dòng)的耐火材料組合物，該材料可用作為鑄造容器內(nèi)的易處理爐襯。這樣的組合物還應(yīng)該用于加工中需要預(yù)加熱的澆口盤，以致于這類材料沒有明顯的剝落，破裂或其它涉及溫度的損壞。按照本發(fā)明，實(shí)質(zhì)上提供了一種無堿性干燥的可振動(dòng)耐火材料組合物，該組合物特別適用于制成易處理的爐襯。該組合物的耐熱性高，并且抗剝落和破裂，同時(shí)在使用于永久爐襯上后易于從永久爐襯上除去。該組合物在使用時(shí)也適合于預(yù)加熱技術(shù)例如作為澆口盤的易處理爐襯。本發(fā)明的耐火材料組合物包含約0.1～20%wt，優(yōu)選的約0.1～12%wt的高溫粘結(jié)劑，約0.5～5%wt的低溫粘結(jié)劑，約0.01～3%wt的無機(jī)密度降低物質(zhì)和至少約72%wt的耐火骨料。耐火骨料優(yōu)選氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石，氧化鈣，氧化鋁，二氧化硅或其結(jié)合物，更優(yōu)選的，耐火骨料為氧化鎂或骨料的MgO總量至少達(dá)到50～95%wt的其它源。高溫粘結(jié)劑優(yōu)選的為金屬粉，是用來提高耐火材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。更優(yōu)選的粉末金屬為鋁;硅;和重量比為約50/50～95/5的鋁硅合金，重量比為約50/50～95/5的鋁和硅的混合物，或重量比為約80/20～20/80的鎂和鋁的合金。使用的低溫粘結(jié)劑包括有機(jī)物質(zhì)如酚醛樹脂，具有酚醛聚合物的是特別優(yōu)選的。此外，密度降低物質(zhì)優(yōu)選的為珍珠巖或者膨脹的無機(jī)材料如膨脹粘土。本發(fā)明的耐火材料組合物還可包括約0.05～5%wt體積的穩(wěn)定劑。體積穩(wěn)定劑優(yōu)選的為選自膨潤(rùn)土，高嶺土和球土的粘土。在以下的描述中，所有有百分率或%除另有說明以外均為重量百分比。正如上文所討論的，過去的干燥可振動(dòng)耐火材料滲入了堿性氧化物組份，人們已經(jīng)知道堿性氧化物有效地惡化了它們被粘結(jié)其上的永久耐火爐襯。而且，堿性氧化物向永久爐襯材料的遷移增加了脫渣殼(deskulling)操作的難度。經(jīng)常造成永久爐襯熔化到易處理爐襯上而損失掉部分永久爐襯。如上所述，本發(fā)明的耐火材料組合物為干式可振動(dòng)型。優(yōu)選的，利用振動(dòng)將其與至少一種隨后熱作用的粘結(jié)劑均勻分布?jí)簩?shí)在該表面上。本發(fā)明的耐火材料組合物實(shí)質(zhì)上是無堿的，因而不會(huì)引起永久爐襯的惡化，則不會(huì)帶來以上討論的問題。術(shù)語“實(shí)質(zhì)上無堿”是指本發(fā)明的耐火材料組合物包含總量低于約0.1%wt的堿或堿性氧化物組份。在本發(fā)明的組合物中可使用任何種類的耐火骨料。這些骨料包括堿性耐火材料如氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石和氧化鈣。術(shù)語“堿性”是指這些材料的化學(xué)物性而不是其組合物的組成。另外，還可使用其它耐火材料如氧化鋁和氧化硅。用于組合物的最優(yōu)選的耐火骨料為氧化鎂或其它含至少50～99%MgO的源，其用量至少為組合物的約72%wt。可選擇各種顆粒尺寸范圍的骨料并將其結(jié)合。本
技術(shù)領(lǐng)域：
的熟練的專業(yè)人員知道控制顆粒尺寸分布以得到有效密度的干燥可振動(dòng)組合物是重要的。另外，在安裝爐襯期間將可能發(fā)生不同尺寸部分的層壓。這些層壓對(duì)爐襯的性能不利，這是因?yàn)槿绻麑訅毫刻?，它們可被熔融金屬滲透。可將該組分(尤其是耐火骨料)破碎或研磨成選擇的適當(dāng)?shù)念w粒尺寸以達(dá)到所需的分布。必要時(shí)，可進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)以選擇組合物的最佳顆粒尺寸分布。本發(fā)明使用了含金屬粉末的高溫粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑基本上不與永久耐火爐襯反應(yīng)。本發(fā)明的金屬粉末提供了令人滿意的高溫強(qiáng)度，而未造成以上討論的堿性破壞。如上所述，可使用任何種類的金屬粉末，合金或其混合物，常用的是鋁，硅，鋁和硅的任何合金或混合物，或鎂和鋁的任何合金。這些合金和混合物的有益的重量比如前面所述。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用較大的鋁與硅之比的鋁/硅合金時(shí)可獲得最佳性能。最優(yōu)選的金屬粉為顆粒尺寸為8μ的88Al/12Si合金。選擇的金屬粉末顆粒尺寸分布與骨料的尺寸相當(dāng)，以便在組合物安裝期間有效的密實(shí)。必要時(shí)，可對(duì)任何特定的金屬粉末進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)以選擇最佳顆粒尺寸分布。雖然金屬粉末的用量可高達(dá)20%，但一般低于大約6%，最佳用量示于實(shí)施例中。添加有效量的粉狀金屬延長(zhǎng)了組合物和約1100～3000F溫度以上制成的易處理爐襯的壽命，并提高了其強(qiáng)度。更重要的是，這些粉末金屬省去了承受堿性組分的粘結(jié)劑的需要。本發(fā)明的組合物可包含降低密度的無機(jī)材料如珍珠巖或膨脹土。優(yōu)選的膨脹粘土為體積密度約25～35磅/英尺3(“p.c.f”)的膨脹耐火土。這些無機(jī)添加劑與有機(jī)添加劑如紙纖維比較是優(yōu)選的，這是因?yàn)闊o機(jī)添加劑更易于均勻摻合或分散到骨料中。使用低溫粘結(jié)劑是一旦安裝和高溫粘結(jié)劑起作用之前將組合物固定在一起，酚醛樹脂作為這種組分是優(yōu)選的。另外，所包含的體積穩(wěn)定劑增強(qiáng)了組合物冷卻期間收縮的能力，有助于脫渣殼。優(yōu)選的，組分為粘土，如膨潤(rùn)土或氣浮的球土。實(shí)施例表1列出了六種組合物，說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。組合物A和B包含鋁/硅合金作為高溫粘結(jié)劑，只是組合物B與組合物A比較包含了1%wt的膨脹耐火土，每種金屬粉末和MgO低于0.5%wt。組合物C使用了鎂/鋁合金粉末作為高溫粘結(jié)劑，而組合物D，E和F分別使用了鋁粉，硅粉和這些粉末的混合物作高溫粘結(jié)劑。表1<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">原料ABCDEFMgO9291.592928991酚醛樹脂333333膨脹耐火土121111氣浮球土111111188Al/12Si合金32.5－－－－50Mg/50Al－－3－－－Al－－－3－2.25Si－－－－60.751500F定性的熱4.04.02.82.02.02.0強(qiáng)度值</table></tables>數(shù)值規(guī)格1-5和5是最穩(wěn)定的表1表明組合物A和B是定性耐高溫試驗(yàn)結(jié)果(用硬度表示)基本上相同。還發(fā)現(xiàn)兩種組合物具有良好的熱強(qiáng)度和顯著的抗渣/鋼性。與單個(gè)組分或粉末混合物比較，鎂/鋁合金具有較好的熱強(qiáng)度值，這樣應(yīng)用于侵蝕性較強(qiáng)的組合物A，B和C是優(yōu)選的。組合物D，E和F具有較低的熱強(qiáng)度值，但是可用于侵蝕性較弱的熔融金屬(或相對(duì)低的溫度)加工中。根據(jù)本發(fā)明制備的耐火材料組合物應(yīng)用于所有種類時(shí)也表示出極好的熱特性，包括快速升溫而沒有剝落。權(quán)利要求1.用于制成易處理爐襯的耐火材料組合物，包含耐火骨料高溫粘結(jié)劑，其量足以向組合物提供高溫強(qiáng)度特性；低溫粘結(jié)劑，其量足以向組合物提供低溫強(qiáng)度特性；和降低密度的無機(jī)材料，其量足以降低組合物的密度。2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐火材料組合物，用于制成易處理爐襯，包含(以重量%)約0.1～20%的高溫粘結(jié)劑;約0.5～5%的低溫粘結(jié)劑;約0.01～3%的降低密度的無機(jī)材料;和至少約72%的耐火骨料3.根據(jù)權(quán)利要求1的耐火材料組合物，用于制成易處理爐襯，包含(以重量%)約0.1～12%的粉狀金屬粘結(jié)劑;約0.5～5%的低溫有機(jī)粘結(jié)劑;約0.01～3%的降低密度的無機(jī)材料;約0.05～5%體積穩(wěn)定劑;和至少約75%的耐火骨料。4.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中高溫粘結(jié)劑為粉末金屬或金屬合金，選自鋁;硅;鋁和硅的混合物;鋁與硅或鎂的合金。5.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中耐火骨料選自氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石，氧化鈣，氧化鋁，二氧化硅和其化合物，并且組合物中結(jié)合的堿性氧化物含量不超過約0.1%wt。6.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中高溫粘結(jié)劑為粉末金屬，選自鋁;硅;而鋁與硅的重量比約50/50～95/5的鋁硅合金;鋁與硅的重量比約50/50～95/5的鋁硅混合物;和鎂與鋁的重量比約80/20～20/80的鎂鋁合金。7.權(quán)利要求1，2或3的組合物，其中低溫粘結(jié)劑為酚醛樹脂。8.權(quán)利要求7的組合物，其中酚醛樹脂是酚醛聚合物。9.權(quán)利要求5的組合物，其中降低密度的無機(jī)材料包含珍珠巖或膨脹土。10.權(quán)利要求7的組合物，進(jìn)一步包含約0.05～5%(重量)的體積穩(wěn)定劑。11.權(quán)利要求10的組合物，其中體積穩(wěn)定劑為，選自膨潤(rùn)土、高嶺土和球土的粘土。12.權(quán)利要求5的組合物，其中有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹脂，耐火骨料包含氧化鎂。13.在有永久耐火爐襯的容器中提供易處理耐火爐襯的方法，包括將權(quán)利要求5的組合物施加到永久爐襯上，獲得實(shí)質(zhì)上無堿性氧化物的在永久爐襯之上的易處理爐襯，其中該易處理爐襯顯示高溫強(qiáng)度，同時(shí)保護(hù)永久爐襯，并且易處理爐襯容易地從容器上除去。14.權(quán)利要求13的方法，其中所述的組合物適用于以干燥狀態(tài)可振動(dòng)的地方，并由至少一種粘結(jié)劑的熱作用硬化。15.在有永久耐火爐襯的容器中提供易處理耐火爐襯的方法，包括改善耐火材料組合物的特性，通過添加高溫粘結(jié)劑，其量足以對(duì)組合物提供高溫強(qiáng)度特性，添加低溫粘結(jié)劑，其量足以對(duì)組合物提供低溫強(qiáng)度特性，添加降低密度的無機(jī)材料，其量足以降低組合物的密度;將組合物施加到儲(chǔ)存熔融金屬容器的永久爐襯上獲得實(shí)質(zhì)上無堿性氧化物的永久爐襯上的易處理爐襯，其中易處理爐襯具有高溫強(qiáng)度，同時(shí)保護(hù)永久爐襯，并且易處理爐襯容易從容器中除去。16.權(quán)利要求15的方法，其中所述的組合物適用于以干燥狀態(tài)可振動(dòng)的地方，并由至少一種粘結(jié)劑的熱作用硬化。17.儲(chǔ)存熔融金屬的容器包括用于存儲(chǔ)熔融金屬的裝置;在存儲(chǔ)裝置中設(shè)有相對(duì)永久的耐火爐襯以保護(hù)存儲(chǔ)裝置抵抗熔融金屬的作用;和在至少部分永久耐火爐襯上設(shè)置了易處理耐火爐襯并且包含權(quán)利要求1，5或14的一種組合物。全文摘要公開了一種干式可振動(dòng)的實(shí)質(zhì)上無堿性氧化物的耐火材料組合物，該組合物用于易處理爐襯，其中，用作為高溫粘結(jié)劑的粉末金屬和用作為低溫粘結(jié)劑的有機(jī)材料的結(jié)合避免了使用堿性氧化物，該堿性氧化物明顯地引起在永久爐襯上設(shè)置了易處理爐襯后永久爐襯的惡化?？杉尤氲兔芏炔牧先缗蛎浀臒o機(jī)材料以使所述的組合物的密度降低。本發(fā)明也涉及將易處理爐襯提供給有永久耐火爐襯的容器上的方法，和由此得到的容器。文檔編號(hào)C04B35/66GK1078224SQ93103460公開日1993年11月10日申請(qǐng)日期1993年3月1日優(yōu)先權(quán)日1992年3月6日發(fā)明者C·R·朗帕爾丁,J·A·多迪申請(qǐng)人:特殊耐火材料公司