抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料 【技术领域】
本发明涉及一种刚玉-镁铝尖晶石耐火浇注料。该材料具有良好的耐高温性能、很强的抗侵蚀能力、较高的热震稳定性等优点，用于钢铁、水泥行业的高温窑炉可提高衬体寿命，取得良好的节能减排的效果。
背景技术
刚玉-镁铝尖晶石为一种广泛使用的耐火浇注料。使用在钢包时，镁铝尖晶石浇注料吸收熔渣中的FeO，形成铁铝尖晶石固熔体，通过降低渣中的熔剂物质含量，减缓渣对耐火材料的侵蚀速率，提高衬料的使用寿命。使用在水泥窑中，刚玉浇注料的基质掺加镁铝尖晶石后，可大幅提高抵抗碱性物质化学侵蚀的能力。
通常，刚玉-镁铝尖晶石耐火浇注料采用MgO-SiO2-H2O结合：常温依靠MgO的水化产生凝聚结合；高温依靠MgO和SiO2的化学反应形成M2S，继而M2S等低熔物质产生助烧结作用，致使MgO和Al2O3发生反应烧结形成陶瓷结合。但是，受热后镁铝尖晶石浇注料强度增长过快，十分容易出现过致密化，从而影响材料的热震稳定性。第四抗热震因子的表达式为：
RIV=γEσ2(1-v)---1)]]>
式中，σ-强度，υ-泊松比，E-弹性模量，γ-扩展时产生单位新表面所消耗的能量。由于E/(σ2(1-v))是破坏时材料单位体积中含有的弹性变形能，实际上式1)是材料断裂消耗的能量与断裂前材料存储的弹性能的比值。RIV越高，裂纹扩展需要的能量越多，材料能够提供的能量越少，裂纹就越难扩展，也就越不容易产生灾难性破坏。
刚玉-镁铝尖晶石浇注料需要使用大量微粉(硅灰、超细氧化铝、超细镁砂等)以获得良好的施工性能(流动、凝结、硬化)，和足够的脱模及干燥强度。但是，热处理时这些微粉又会产生强烈的烧结作用，致使材料过度致密化，或具有很高的强度，大幅度地降低了第四抗热震因子的数值，从而显著地影响了热震稳定性。
【发明内容】
本发明的目的在于研究一种抗热震刚玉-镁铝尖晶石浇注料，通过提出一种新的结合方式：常温下，依靠聚丙烯酸与可水化氧化铝、含氧化镁物质的反应，生成聚丙烯酸铝(镁)高分子产生结合；高温下，聚丙烯酸盐中的有机组分烧失，无机组分变成活性氧化铝、活性氧化镁。然后，在少量硅酸盐相的协助下产生陶瓷结合，形成以刚玉-镁铝尖晶石为主晶相的材料。硅灰的主要用来提供助烧结作用。所以，便于调整硅灰的掺量来控制烧后强度，使刚玉-镁铝尖晶石浇注料具有较好的热震稳定性。其二，再添加二氧化锆，可以进一步提高材料的热震稳定性。在900-1000℃，ZrO2发生相变t-ZrO2→m-ZrO2。这一转变伴随着3-5％的体积膨胀和7-8％的剪切变形。一般，耐火材料含有较多孔隙，其基质的束缚力不强，ZrO2的粒径也较大。如果控制了材料强度，ZrO2就可以转变成单斜相，且在相变完成后会在产生适度的微裂纹增韧，从而显著提高热震稳定性。
根据以上设计，提出下述方案：
5-1mm刚玉 50-60％
1-0.088mm刚玉或镁铝尖晶石 8-16％
＜0.7mm脱硅锆 0-8％
d90＜0.088mm刚玉或镁铝尖晶石 16-25％
d90＜0.010mm镁铝尖晶石或α氧化铝 3-8％
可水化氧化铝或纯铝酸钙水泥 2-6％
镁质助剂 1-5％
硅灰 0.1-1.5％
外加：
外加高效减水剂(聚羧酸+磺化萘甲醛聚合物+磺化三聚氰胺聚合物) 0.05-0.4％
外加聚丙烯酸系乳液 0.5-4％
水 1-6％
所述镁铝尖晶石为市售耐火原料，包括各种电熔和烧结镁铝尖晶石原料。
所述刚玉或镁铝尖晶石为刚玉和镁铝尖晶石任意比例的混合物。
所述脱硅锆为市售脱硅二氧化锆或市售脱硅稳定二氧化锆，系由锆英石还原脱硅熔融制得的原料。
所述粒径d90为粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸。
所述镁铝尖晶石或α氧化铝为镁铝尖晶石和α氧化铝任意比例的混合物。
所述可水化氧化铝为市售产品，其主成分为ρ-Al2O3的介稳氧化铝晶体的混合物。
所述镁质助剂可以是镁砂细粉(＜0.088mm含量＞90％或镁砂微粉(＜0.020mm含量＞95％)，活性镁铝尖晶石(＜0.020mm含量＞95％)的任意混合物。其中活性镁铝尖晶石可以采用申请人提出的“超低温制备活性合成耐火原料的工艺”(中国发明专利CN 01118014.5)制造。
所述高效减水剂为市售混凝土减水剂，包括磺化萘甲醛聚合物高效减水剂，和磺化三聚氰胺聚合物高效减水剂，以及聚羧酸系高效减水剂的任意配合。
所述聚丙烯酸系乳液系市售建筑聚丙烯酸乳液，包括建筑聚丙烯酸乳液、建筑丙烯酸及丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸-丙烯酸酯-苯乙烯三元共聚非离子型水溶性乳液。乳液的固体含量40-60％，典型粒径0.1-0.3μm，PH值6-9。
【具体实施方式】
实施例一
采用5-1mm烧结板状刚玉55％，1-0.088mm烧结板状刚玉12％，d90＜0.088mm电熔镁铝尖晶石20％，d90＜0.010mm烧结镁铝尖晶石6％，活性镁铝尖晶石微粉3％，可水化氧化铝3.5％，，硅灰0.5％，外加聚羧酸减水剂0.1％，聚丙烯酸乳液2％，水3％后伴和。成形后，经养护、干燥、热处理测得下述性能指标：110℃×24h热处理：抗折7.8Mpa，耐压64.5Mpa。1100℃×3h热处理抗折12.8Mpa，耐压120Mpa，线变化-0.1％。1500℃×3h热处理：抗折15.6Mpa，耐压150Mpa，线变化+0.1％，1100℃风冷7次弹性模量保持率68％。其中，弹性模量保持率的绝对值比原有的刚玉-镁铝尖晶石浇注料提高了近25％.
实施例二
采用5-1mm烧结板状刚玉58％，1-0.088mm烧结板状刚玉8％，＜0.5mm脱硅锆4％，d90＜0.088mm电熔镁铝尖晶石17％，d90＜0.010mm烧结镁铝尖晶石6％，活性镁铝尖晶石微粉3％，可水化氧化铝3.5％，，硅灰0.5％，外加聚羧酸减水剂0.1％，聚丙烯酸乳液2％，水3％后伴和。成形后，经养护、干燥、热处理测得下述性能指标：110℃×24h热处理：抗折8.1Mpa，耐压60.1Mpa。1100℃×3h热处理抗折10.0Mpa，耐压92Mpa，线变化0.0％。1500℃×3h热处理：抗折12.1Mpa，耐压120Mpa，线变化+0.2％，1100℃风冷7次弹性模量保持率81％。其中，弹性模量保持率的绝对值比原有的刚玉-镁铝尖晶石浇注料提高了近38％。
本发明具有良好的耐高温性能、很强的抗侵蚀能力、可控地烧后性能和较高的热震稳定性，适用于钢铁、水泥的高温窑炉作为高级耐火材料。