一种刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铸件浇注所用的耐火材料领域，特别是涉及一种刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用。

背景技术

在冶金、铸造工业中，浇注系统用耐火砖作为消耗性材料用量极大。铸件浇注系统(典型规格形状可参考YB/T5110)在使用过程中，钢铁水在铝硅酸盐耐火砖砌筑而成的通道中流过，必然会对流经浇注系统通道工作面造成侵蚀。钢铁水对浇注系统工作面的侵蚀主要有两种形式：(1)物理侵蚀：由于钢铁水流过耐火材料表面形成湍流，物理地磨损或冲刷表层耐火材料；因高温所导致的耐火材料熔融，在耐火材料和钢铁水界面上形成液相而剥落；钢铁水通过耐火材料本身的气孔及微裂纹渗入到耐火材料内部，加速耐火材料破裂；(2)化学侵蚀：耐火材料与钢铁水中的夹杂物在其接触界面处发生化学反应，生成低熔点的化合物，致使耐火材料的熔点不断地下降，损害耐火材料。

在铸件浇注过程中，浇注系统作为钢铁水进入铸型前的最后一道关口，对于铸件最终冶金质量的优劣起着决定性的作用。同时，由于铸件用浇注系统大多为一次性消耗材料，显然不可能大规模采用昂贵的抗侵蚀能力极强的耐火制品；此外，通过降低气孔率、提高强度又会降低耐火制品的热震稳定性，可能诱发耐材炸裂、浇注系统跑火等严重事故。因此，面向铸件用浇注系统，急需开发出一种成本低廉且抗侵蚀能力优良的耐火材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种应用于浇注系统的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料，能够较好地抵抗钢铁水对浇注系统工作层的侵蚀，并且成本低廉，适于大规模生产制造。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料，所述刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料包括耐火砖基体和喷涂在所述耐火砖基体表面的耐高温涂层；其中，所述耐火砖基体为铝硅酸盐定形耐火砖；按照质量百分比计，所述耐高温涂层的原料包括：刚玉粉60-75％，粘结剂5-20％，悬浮剂10-15％，其它助剂5-10％。其中，其它助剂包括表面活性剂和消泡剂。

优选的，所述刚玉粉粒度为180-325目，Al

优选的，所述粘结剂为磷酸二氢铝。

优选的，所述悬浮剂为膨润土。

本发明还提供了一种刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

按质量称取耐高温涂层的原料，加水搅拌，得到混合液，将混合液喷涂在耐火砖基体表面，干燥后烘烤处理并保温，即得到刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料。

优选的，所述耐高温涂层的原料与水的重量比为1:0.8-1:2。

优选的，所述加水搅拌至静置30min后不出现明显分层现象。

优选的，所述喷涂厚度为≤2mm。

优选的，所述烘烤温度200-400℃，保温时间≥20min。

本发明还提供了一种刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料在浇注系统中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

铝硅酸盐价格低廉、强度大，且热震稳定性好，与抗浸蚀能力高的刚玉复合，可以提高铝硅酸盐定型耐火砖的抗浸蚀能力，弥补了铝硅酸盐耐火砖抗腐蚀性能差、刚玉热震性能差的缺陷；通过添加磷酸二氢铝增强铝硅酸盐和刚玉之间的结合力；膨润土具有很好的吸水性和粘结性，在制作耐火材料的时候可以将更高温的材料凝结在一起，更好提高耐火材料的耐高温性。制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料，具有成本低，抗侵蚀能力强，工艺简单，具有巨大的经济效益，适用于工业化大规模生产。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明选择铝硅酸盐定形耐火砖为基体，选用时要保证基体的物理化学性质符合冶金标准YB/T5106《黏土质耐火砖》或国标GB/T2988《高铝砖》各牌号理化指标要求，显气孔率需处于22％-27％范围内；且结合表面禁止出现孔洞、熔蚀、宽度超过0.3mm裂纹等宏观缺陷。

以下实施例所用铝硅酸盐定形耐火砖内表面均除尘、砂纸经过打磨处理。

实施例1

1)按质量称取耐高温涂层的原料：刚玉粉75g，粘结剂6g，悬浮剂11g，表面活性剂OP-103g，消泡剂正戊醇/正辛醇3g，加入水100g，配制成混合物，充分搅拌120min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；

2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度2mm；

3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置6h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使刚玉涂层同基体结合，烘烤温度为400℃，保温60min，得到刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料。

结果发现：所得到的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤15％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐高温性能好，耐火材料无腐蚀现象。

实施例2

1)按质量称取耐高温涂层的原料：刚玉粉72g，粘结剂6g，悬浮剂12g，表面活性剂OP-106g，消泡剂正戊醇/正辛醇4g，加入水100g，配制成混合物，充分搅拌150min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；

2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.2mm；

3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置7h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使刚玉涂层同基体结合，烘烤温度为380℃，保温60min，得到刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料。

结果发现：所得到的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤15％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐高温性能好，耐火材料无腐蚀现象。

实施例3

1)按质量称取耐高温涂层的原料：刚玉粉68g，粘结剂15g，悬浮剂11g，表面活性剂OP-102g，消泡剂正戊醇/正辛醇4g，加入水90g，配制成混合物，充分搅拌160min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；

2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.7mm；

3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置10h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使刚玉涂层同基体结合，烘烤温度为350℃，保温90min，得到刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料。

结果发现：所得到的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤15％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐高温性能好，耐火材料无腐蚀现象。

实施例4

1)按质量称取耐高温涂层的原料：刚玉粉74g，粘结剂8g，悬浮剂10g，表面活性剂OP-103g，消泡剂正戊醇/正辛醇5g，加入水200g，配制成混合物，充分搅拌140min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；

2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度0.8mm；

3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置11h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使刚玉涂层同基体结合，烘烤温度为390℃，保温55min，得到刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料。

结果发现：所得到的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤15％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐高温性能好，耐火材料无腐蚀现象。

实施例5

同实施例1，区别在于，原料中还包括硅微粉。

所有原料用量为刚玉粉65g，粘结剂10g，悬浮剂10g，表面活性剂OP-104g，消泡剂正戊醇/正辛醇4g，硅微粉7g，加水150g。

结果发现：所得到的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤15％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐高温性能好，耐火材料无腐蚀现象。

对比例1

选择与实施例1相同的铝硅酸盐定型耐火砖进行性能检测，在浇注系统中钢铁水经过铝硅酸盐定型耐火砖后，耐火砖出现腐蚀现象，并且工作后耐火砖强度较低。

对比例2

同实施例1，区别在于，粘结剂用硅溶胶。

结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层与基体材料结合力差，涂层出现局部剥落或脱落现象，耐火材料出现点蚀，并且耐高温性能差。

对比例3

同实施例1，区别在于，悬浮剂用粘土。

结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层与基体材料结合力差，涂层出现脱落现象，耐高温性能差，耐火材料出现腐蚀现象。

对比例4

同实施例1，区别在于，将消泡剂替换成表面活性剂，即其它助剂全部为表面活性剂OP-10。

结果发现，混合物经充分搅拌并经长时间静置(不小于30min)表面仍有大量气泡；涂敷后的耐高温涂层出现较多气孔，在浇注系统中钢铁水经过所得刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料时，涂层在气孔周边开始剥落，并造成铝硅酸盐定型耐火砖出现点蚀现象。

对比例5

同实施例1，区别在于，将表面活性剂替换成消泡剂，即其它助剂全部为正戊醇/正辛醇。

结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料时，耐高温涂层出现明显的薄厚不均现象，表面粗糙度恶化；在浇注系统中钢铁水经过所得刚玉-铝硅酸盐复合耐火材料时，涂层耐侵蚀能力显著下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。