專利名稱：：可振動的耐火材料組合物的制作方法
技術領域：
：本發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熔融鑄造工藝的。具體地說，本發明實質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，添加或不添加振動助劑。澆口盤是連續鑄造工藝如連續鑄鋼中使用的用于熔融金屬的大的中間存儲容器。實際上，澆口盤是一個中間加工儲存器，該儲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。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，其作用是作為保護該容器的內襯。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，或干式振動施加給永久爐襯。或者用耐火板制成易處理爐襯。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劑接觸，它們幾乎不適用于需要預加熱的澆口盤。干型耐火材料在800-1100F的溫度下完全燒盡低溫粘結劑。在這種溫度下，高溫粘結劑還未達到其有效粘結能力。因此，某些易處理的干型爐襯在鑄造前的預熱期間損壞。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。伴隨著傳統的易處理爐襯一次次地連續的應用，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。當除去渣殼時，易處理耐火材料對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，堿性氧化物產生的永久爐襯的污染增加熱膨脹系數的差異。不同的熱膨脹也能造成永久爐襯的員壞。因而，實質上需要的是一種無堿性氧化物的干燥的可振動的耐火材料組合物，該材料可用作為鑄造容器內的易處理爐襯。這樣的組合物還應該用于加工中需要預加熱的澆口盤，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。按照本發明，實質上提供了一種無堿性干燥的可振動耐火材料組合物，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。該組合物在使用時也適合于預加熱技術例如作為澆口盤的易處理爐襯。本發明的耐火材料組合物包含約0.1～20%wt，優選的約0.1～12%wt的高溫粘結劑，約0.5～5%wt的低溫粘結劑，約0.01～3%wt的無機密度降低物質和至少約72%wt的耐火骨料。耐火骨料優選氧化鎂，煅燒白云石，橄欖石，氧化鈣，氧化鋁，二氧化硅或其結合物，更優選的，耐火骨料為氧化鎂或骨料的MgO總量至少達到50～95%wt的其它源。高溫粘結劑優選的為金屬粉，是用來提高耐火材料的高溫強度和化學穩定性。更優選的粉末金屬為鋁;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。使用的低溫粘結劑包括有機物質如酚醛樹脂，具有酚醛聚合物的是特別優選的。此外，密度降低物質優選的為珍珠巖或者膨脹的無機材料如膨脹粘土。本發明的耐火材料組合物還可包括約0.05～5%wt體積的穩定劑。體積穩定劑優選的為選自膨潤土，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，過去的干燥可振動耐火材料滲入了堿性氧化物組份，人們已經知道堿性氧化物有效地惡化了它們被粘結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，本發明的耐火材料組合物為干式可振動型。優選的，利用振動將其與至少一種隨后熱作用的粘結劑均勻分布壓實在該表面上。本發明的耐火材料組合物實質上是無堿的，因而不會引起永久爐襯的惡化，則不會帶來以上討論的問題。術語“實質上無堿”是指本發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。術語“堿性”是指這些材料的化學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合。本
技術領域：
的熟練的專業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組合物是重要的。另外，在安裝爐襯期間將可能發生不同尺寸部分的層壓。這些層壓對爐襯的性能不利，這是因為如果層壓量太大，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的顆粒尺寸以達到所需的分布。必要時，可進行常規試驗以選擇組合物的最佳顆粒尺寸分布。本發明使用了含金屬粉末的高溫粘結劑，該粘結劑基本上不與永久耐火爐襯反應。本發明的金屬粉末提供了令人滿意的高溫強度，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。已經發現當使用較大的鋁與硅之比的鋁/硅合金時可獲得最佳性能。最優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，以便在組合物安裝期間有效的密實。必要時，可對任何特定的金屬粉末進行常規試驗以選擇最佳顆粒尺寸分布。雖然金屬粉末的用量可高達20%，但一般低于大約6%，最佳用量示于實施例中。添加有效量的粉狀金屬延長了組合物和約1100～3000F溫度以上制成的易處理爐襯的壽命，并提高了其強度。更重要的是，這些粉末金屬省去了承受堿性組分的粘結劑的需要。本發明的組合物可包含降低密度的無機材料如珍珠巖或膨脹土。優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。這些無機添加劑與有機添加劑如紙纖維比較是優選的，這是因為無機添加劑更易于均勻摻合或分散到骨料中。使用低溫粘結劑是一旦安裝和高溫粘結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選的。另外，所包含的體積穩定劑增強了組合物冷卻期間收縮的能力，有助于脫渣殼。優選的，組分為粘土，如膨潤土或氣浮的球土。實施例表1列出了六種組合物，說明本發明優選的實施方案。組合物A和B包含鋁/硅合金作為高溫粘結劑，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強度值</table></tables>數值規格1-5和5是最穩定的表1表明組合物A和B是定性耐高溫試驗結果(用硬度表示)基本上相同。還發現兩種組合物具有良好的熱強度和顯著的抗渣/鋼性。與單個組分或粉末混合物比較，鎂/鋁合金具有較好的熱強度值，這樣應用于侵蝕性較強的組合物A，B和C是優選的。組合物D，E和F具有較低的熱強度值，但是可用于侵蝕性較弱的熔融金屬(或相對低的溫度)加工中。根據本發明制備的耐火材料組合物應用于所有種類時也表示出極好的熱特性，包括快速升溫而沒有剝落。權利要求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劑，其量足以向組合物提供高溫強度特性；低溫粘結劑，其量足以向組合物提供低溫強度特性；和降低密度的無機材料，其量足以降低組合物的密度。2.根據權利要求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%的高溫粘結劑;約0.5～5%的低溫粘結劑;約0.01～3%的降低密度的無機材料;和至少約72%的耐火骨料3.根據權利要求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%的粉狀金屬粘結劑;約0.5～5%的低溫有機粘結劑;約0.01～3%的降低密度的無機材料;約0.05～5%體積穩定劑;和至少約75%的耐火骨料。4.權利要求1，2或3的組合物，其中高溫粘結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，并且組合物中結合的堿性氧化物含量不超過約0.1%wt。6.權利要求1，2或3的組合物，其中高溫粘結劑為粉末金屬，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.權利要求1，2或3的組合物，其中低溫粘結劑為酚醛樹脂。8.權利要求7的組合物，其中酚醛樹脂是酚醛聚合物。9.權利要求5的組合物，其中降低密度的無機材料包含珍珠巖或膨脹土。10.權利要求7的組合物，進一步包含約0.05～5%(重量)的體積穩定劑。11.權利要求10的組合物，其中體積穩定劑為，選自膨潤土、高嶺土和球土的粘土。12.權利要求5的組合物，其中有機粘結劑為酚醛樹脂，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，包括將權利要求5的組合物施加到永久爐襯上，獲得實質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度，同時保護永久爐襯，并且易處理爐襯容易地從容器上除去。14.權利要求13的方法，其中所述的組合物適用于以干燥狀態可振動的地方，并由至少一種粘結劑的熱作用硬化。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，通過添加高溫粘結劑，其量足以對組合物提供高溫強度特性，添加低溫粘結劑，其量足以對組合物提供低溫強度特性，添加降低密度的無機材料，其量足以降低組合物的密度;將組合物施加到儲存熔融金屬容器的永久爐襯上獲得實質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度，同時保護永久爐襯，并且易處理爐襯容易從容器中除去。16.權利要求15的方法，其中所述的組合物適用于以干燥狀態可振動的地方，并由至少一種粘結劑的熱作用硬化。17.儲存熔融金屬的容器包括用于存儲熔融金屬的裝置;在存儲裝置中設有相對永久的耐火爐襯以保護存儲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置了易處理耐火爐襯并且包含權利要求1，5或14的一種組合物。全文摘要公開了一種干式可振動的實質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，用作為高溫粘結劑的粉末金屬和用作為低溫粘結劑的有機材料的結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置了易處理爐襯后永久爐襯的惡化。可加入低密度材料如膨脹的無機材料以使所述的組合物的密度降低。本發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C04B35/66GK1078224SQ93103460公開日1993年11月10日申請日期1993年3月1日優先權日1992年3月6日發明者C·R·朗帕爾丁,J·A·多迪申請人:特殊耐火材料公司