[发明专利]无水泥的耐火材料

说明书

发明领域

本发明涉及耐火混合物。该混合物包含pH缓冲剂和气相法氧化硅或硅金属。可以通过常规技术将该混合物成形以产生耐火制品。该制品可具有优异的物理性能，包括比具有水泥基粘合剂或化学粘合剂的材料更大的耐火度。 

发明背景

发明背景

耐火制品包括预成形产品和原位成形产品。预成形产品包括罩、管、板和砖。成形产品可用作容器、管或通道的衬里，并且通常作为在适当位置(in place)捣固(ram)、喷补、抹涂(trowel)、喷涂、振实或浇注的混合物而提供。 

耐火制品必须抵抗热侵蚀、化学侵蚀和机械侵蚀。热侵蚀包括通常高于1000C的高温和快速改变制品温度引起的热冲击。经常地，使用该制品的应用包括或产生具有损害性的化学物质。例如，钢铸造中存在的熔渣化学侵蚀耐火制品，使得与熔渣接触的制品通常包含抗熔渣氧化物例如氧化锆。类似地，用于铝镇静钢的耐火管必须抵抗氧化铝的积累，否则该积累能够阻塞所述管。最后，耐火制品必须足够坚固以抵抗机械力例如压缩应力、拉伸应力和扭转应力。 

通常，耐火制品由耐火骨料和粘合剂的结合体形成。粘合剂将骨料保持在适当位置。骨料和粘合剂均可以显著地影响制品的性质。常见骨料包括氧化硅、氧化锆、碳化硅、氧化铝、氧化镁、尖晶石、煅烧白云石、铬镁砂、橄榄石、镁橄榄石、莫来石、蓝晶石(kyanmite)、红柱石、耐火粘土熟料、碳、铬铁矿和它们的组合。 

粘合剂分为两个宽的种类，水泥质的和“化学的”。化学粘合剂包括有机和无机化学物质例如酚类、糠醛、有机树脂、磷酸盐(phosphate)和硅酸盐(silicate)。通常必须将制品烧制以活化化学物质和引发粘合剂。水泥质粘合剂包括水泥或其它可水合的陶瓷粉末例如铝酸钙水泥或可水合氧化铝。它们通常不需要加热来活化粘合剂，但确实需要添加水。水与水泥质粘合剂反应从而硬化混合物。水还充当细粉末的分散介质。干粉末具有差的流动性并且不适合于在不存在高压时形成耐火制品。水降低混合物的粘度，从而允许骨料/粘合剂混合物流动。遗憾的是，耐火制品中水的存在会具有灾难性的影响，即该制品在暴露于提高的温度时发生开裂和甚至在耐火温度下发生爆炸性气化。具有水泥质粘合剂的制品通常需要干燥步骤来消除残留的水。 

耐火骨料/粘合剂混合物典型地包括至少70重量％骨料和至多约15重量％水泥粘合剂。按足以产生形成耐火制品所需流动的量加入水以补足混合物的余量。水可以直接加入或者以水合物加入。例如，欧洲专利申请公开No.0064863以在提高的温度下分解的无机水合物加入水。US 6,284,688包括微包封硅酸钠中的水。 

制品的孔隙率影响干燥速度和爆炸性气化的危险，因为孔隙允许水从制品蒸发或挥发。现有技术通过加入金属粉末提高混合物的孔隙率。JP 38154/1986教导了包含骨料、水泥和铝粉末的耐火混合物。铝粉末与加入的水反产生氢气。鼓泡气体形成孔隙，通过该孔隙可发生干燥并可释放蒸汽。铝反应产生很多的热量，该热量进一步有助于干燥。有铝粉末相关的问题包括反应的强放热性质、易燃氢气的释放、制品中微裂纹的形成和铝粉末的有限贮存期限。为了控制这种反应性，US 5,783,510和US 6,117,373教导了包含耐火骨料、耐火粉末和反应性金属粉末的整体耐火组合物。所述耐火粉末包括高铝水泥用以结合骨料，从而向由该组合物形成的制品赋予物理强度。所述反应性金属包括铝、镁、硅及它们的合金。对反应性金属的量进行选择以控制氢气的产生，从而控制孔隙率。作为替代，日本未审专利公开No.190276/1984教导了使用纤维来形成细通道，水可通过所述细通道逃逸。遗憾的是，纤维难以均匀分散在混合物中并且会降低流动性。制品孔隙率的提高还伴随对制成制品的物理性能的有害影响。 

耐火制品可以包括化学的即非水泥质的粘合剂，该粘合剂可消除对水的需要。粘度典型地非常高并且骨料/化学粘合剂混合物通常流动得不好。化学粘合剂典型地通过在提高的温度下加热或烧制得以活化，并且例如用于干燥的可振实混合物和多种预成形的制品。US6,846,763包括作为粘合剂的粒状沥青，以及耐火骨料、可燃金属粉末和油。加热该混合物引燃金属粉末，这使油燃烧，并且使沥青熔化和焦化。结果是碳结合的耐火制品。典型的组合物包括70重量％骨料、6重量％硅、7重量％油和13重量％沥青。虽然需要高温来形成碳结合体，但该制品基本上无水。碳结合的制品不如氧化物结合的制品稳定。除非保持在还原性气氛中，碳结合的制品在提高的温度下还对氧化敏感。