一种地聚物不定形耐火材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于耐火材料，涉及一种地聚物不定形耐火材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在铁合金生产过程中，铁水包是矿热炉炉前出铁的主要设备。铁水包质量的好坏，尤其是其内部耐火材料的质量直接影响铁水包使用过程中的安全性、铁水回收率以及修包工作量。铁水包的使用寿命与其内衬材质、砌筑方法有直接关系。传统铁合金生产用铁水包结构由钢壳和内衬耐火材料组成，内衬耐火材料常用粘土砖或高铝砖砌筑，在使用过程中存在较多问题，例如安全系数低，时有发生穿包事故甚至漏包事故，每发生一次漏包损失至少在万元以上，且会对铁水包周边的人身和设备安全带来极大隐患。其次，铁合金熔体粘包比较严重，在使用过程中大量铁合金被随渣处理，从而降低了产品的利用率，并带来极大的浪费。

2、为了降低穿包事故的发生，目前在铁合金行业中，铁水包耐火材料分为内外两层结构。其中外层属于永久层，即上述耐火砖，它并不与铁水直接接触。内层为不定形耐火材料，涂抹在铁水包耐火砖上，该内层直接与铁水接触，使用一定浇注次数后会存在破损情况，此时需用不定形耐火材料对其进行修包。目前市面上使用的不定形耐火材料多为铝-碳化硅浇注料，它以优质高铝矾土熟料和碳化硅为主要材料，加入纯铝酸盐水泥结合剂，分散剂、防缩剂、促凝剂、防爆纤维等外加剂配置而成。该材料因为以水泥作为结合剂，使用周期短(可使用20-25次)，需要经常修包，工人的工作强度大，且存在较大的安全隐患。此外，该耐火材料售价较高，基本价格在2500元/吨上下浮动。

3、中国发明专利cn108101556a中报道了一种应用于铁水包的碳质不定形耐火材料，所述碳质不定形耐火材料的组成包括：耐火骨料、粉料、结合剂，耐火骨料为硅石，粉料包括石英砂、粉煤灰和冶金焦粉，结合剂包括煤质沥青，以质量份计，各组分配比为硅石：石英砂：粉煤灰：冶金焦粉：煤质沥青＝40-60份：5-10份：10-20份：10-20份：5份。中国发明专利cn104478454a公开一种用于铁水包的耐火材料及其制备方法，所述耐火材料油以下重量百分数的原料制成：焦宝石35-63％，红柱石12-35％，广西白泥5-10％，碳化硅7-16％，氧化铝微粉3-8％，抗氧化金属2-4％。该发明用于铁水包的耐火材料，红柱石煅烧生成的莫来石多晶聚团与焦宝石自身的矿相的组合在显微结构上呈现为多相非均态体系，但是这种耐火材料气孔率高，致密度较差，抗铁水冲击和抗渣渗透能力相对较弱。中国发明专利cn109180207a中公开一种用于铁水包的耐火材料及其制备方法，由下述重量份的原料组成：焦宝石30-40份，黏土35-40份，河沙120-150份，焦沫20-24份，改性耐火粘结剂5-7份，该发明改性耐火粘结剂，制备步骤繁琐，需要进行高温热处理；在制备耐火材料时，还需高温干燥，增加了生产难度和成本。

4、因此，研制一种性能优良、价格适宜的耐火材料具有重要现实意义。

技术实现思路

1、针对现有材料存在的耐火材料使用寿命短、生产维护成本高的技术问题，本发明的目的是提供一种地聚物不定形耐火材料及其制备方法和应用，该方法制备的地聚物不定形耐火材料具有优异的耐高温性能、抗热震性能、抗剥落、长寿命以及低成本等优势。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种地聚物不定形耐火材料，包括粘结剂、细骨料和粗骨料；所述的粘结剂为固废基地聚物；所述的细骨料为硅锰渣；所述的粗骨料为碳化硅颗粒；所述的固废基地聚物、硅锰渣和碳化硅颗粒的质量比为1：1-2：1-4。

4、优选地，所述的固废基地聚物由氢氧化钠、微硅粉、粉煤灰和水反应获得。

5、优选地，所述的氢氧化钠、微硅粉和粉煤灰的质量比为1：2-5：5-10。

6、优选地，所述的水与氢氧化钠、微硅粉、粉煤灰之和的质量比为0.35-0.6：1。

7、优选地，所述的固废基地聚物中硅铝摩尔比为1-2.8。

8、优选地，所述的碳化硅颗粒，粒度为1-5mm，纯度＞85％。

9、优选地，所述的硅锰渣，粒度为0.3-1mm。

10、优选地，所述的粉煤灰，粉煤灰为f级，粒度＜100μm，烧失率＜5％。

11、优选地，所述的微硅粉，粒度＜100μm，二氧化硅＞85wt％，烧失率＜5％。

12、优选地，所述的氢氧化钠，纯度＞95％。

13、本发明还提供一种地聚物不定形耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

14、s1：将氢氧化钠溶于水中，然后加入粉煤灰和微硅粉混合均匀，得到固废基地聚物；

15、s2：向步骤s1所述的固废基地聚物中加入硅锰渣和碳化硅颗粒，混合均匀，得到地聚物不定形耐火材料。

16、本发明还提供所述的地聚物不定形耐火材料在铁水包中的应用。

17、优选地，所述地聚物不定形耐火材料的应用方法，包括以下步骤：将所述的地聚物不定形耐火材料进行涂抹成型，制备地聚物不定形耐火材料内衬，然后将地聚物不定形耐火材料内衬养护，烘烤，即得用于铁水包的地聚物不定形耐火材料。

18、优选地，所述地聚物不定形耐火材料内衬的厚度为50-100mm。

19、优选地，所述养护，温度为40-80℃、湿度为75-95％，时间为4-12h。

20、优选地，所述的烘烤，时间为4-12h，温度为100-200℃。

21、固废中的铝硅酸盐玻璃体在碱性条件下经解聚-缩聚反应形成无定形态的硅铝网状类沸石结构，从而使地聚物具有类陶瓷特性。由于地聚物的主要原料为工业固废，可以大大降低生产成本。地聚物中的硅铝比在合适的区间可以获得优异的耐高温性能，解决常规不定形耐火材料使用周期短、反复修包等问题。

22、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、1.采用工业固废粉煤灰和微硅粉制备地聚物，使用固废硅锰渣作为细骨料，大大降低了不定形耐火材料的生产成本。

24、2.地聚物具有良好的流动性和粘结性，可以将细骨料和粗骨料进行很好的包裹和粘结，并可与耐火砖产生较强的粘结作用，从而提高不定形耐火材料的整体强度和抗剥落性能。

25、3.地聚物作为粘结剂，只需40-80℃养护就可以产生非常高的结合强度，无需进行高温烘烤，从而大大降低了内衬修补的周期、难度和成本。

26、4.粗骨料和细骨料配合地聚物混合使用，不同粒度的固废通过颗粒级配可以得到更加致密的不定形耐火材料，减少烘干后可能产生的气孔率，避免了熔体渗入。

27、5.地聚物替代水泥作为粘结剂，大大提高了不定形耐火材料的使用温度和高温使用性能，提高了使用寿命，减少了修补次数。

28、6.地聚物不定形耐火材料烘烤后整体致密、粘结性强、抗剥落、耐高温，可承受近百次实际铁合金液体的转运，可以使修包周期从2天一次延长到10天一次，大大减少了工人的工作强度，增强了使用安全性。

技术特征：

1.一种地聚物不定形耐火材料，其特征在于，包括粘结剂、细骨料和粗骨料；所述的粘结剂为固废基地聚物；所述的细骨料为硅锰渣；所述的粗骨料为碳化硅颗粒；所述的固废基地聚物、硅锰渣和碳化硅颗粒的质量比为1：1-2：1-4。

2.根据权利要求1所述的地聚物不定形耐火材料，其特征在于，所述的固废基地聚物由氢氧化钠、微硅粉、粉煤灰和水反应得到。

3.根据权利要求2所述的地聚物不定形耐火材料，其特征在于，所述的固废基地聚物，按重量份计，由1份氢氧化钠、2-5份微硅粉、5-10份粉煤灰和水反应得到；所述的水与氢氧化钠、微硅粉、粉煤灰之和的质量比为0.35-0.6:1。

4.根据权利要求3所述的地聚物不定形耐火材料，其特征在于，所述的固废基地聚物中硅铝摩尔比为1-2.8。

5.根据权利要求2所述的地聚物不定形耐火材料，其特征在于，

6.权利要求1-5任一项所述的地聚物不定形耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.权利要求1-5任一项所述的地聚物不定形耐火材料或权利要求6所述的制备方法制备的地聚物不定形耐火材料在铁水包中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述地聚物不定形耐火材料的应用方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述地聚物不定形耐火材料内衬的厚度为50-100mm。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述养护，温度为40-80℃，湿度为75-95％，时间为4-12h；所述的烘烤，时间为4-12h，温度为100-200℃。

技术总结本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种地聚物不定形耐火材料及其制备方法和应用。所述地聚物不定形耐火材料包括粘结剂、细骨料和粗骨料；所述粘结剂为固废基地聚物；所述细骨料为硅锰渣；所述粗骨料为碳化硅颗粒；所述的固废基地聚物、硅锰渣和碳化硅颗粒的质量比为1：1‑2：1‑4。本发明的主要原料为工业固废，大大降低了生产成本。本发明应用于铁水包时具有整体致密、粘结性强、抗剥落、耐高温的特性，可承受近百次实际铁合金液体的冲刷转运，使修包周期从两天一次延长到10天一次，大幅减少工人的工作强度，增强了材料和设备使用安全性。技术研发人员：姜娟,牛强,郑宁受保护的技术使用者：内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11