[发明专利]纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种采用纳米SiO₂、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法。

背景技术

在过去的20年间，耐火材料技术发展的主要趋势是不断增加整体材料或不定形耐火材料，特别是耐火浇注料的使用其在许多国家浇注料的产量已超过总产量一半以上，特别是在日本钢铁工业中浇注料的使用已达70％，美国占耐火材料总量的53％，欧洲国家优质高效不定形耐火材料约占50％左右，而我国不定形耐火材料仅占30％，特别是在品种和结构与新品种开发方面与发达国家差距较大。因此，需花大力气开展节能型高性能不定形耐火浇注料、高质量高性能酸性或碱性耐火浇注料以及新一代结合剂系统的研究与开发。与定形耐火制品相比，不定形耐火材料在生产、劳动生产率、施工效率、材料消耗、改善施工条件、节约能源、环境保护等方面的优点，使其在国内外均得到了快速发展。近年来，由于优质高性能原料的出现，各种高新技术的采用，机械化新的施工方法的应用，使耐火浇注料在材质、品种、施工及使用等方面，得到了进一步更大发展，即使在一些极端苛刻条件下也能够完全适应与满足使用要求，所以采用新型高效耐火浇注料的整体炉衬已成为耐火材料发展的重要方向。就不定形耐火材料而言，带有共性的问题是以结合剂系统为代表的基质相(细分散性物质相)问题。该问题是决定不定形产品质量和使用的技术关键问题。在研究这个问题时，最值得注意的或者说最有意义的是采用新一代纳米陶瓷结合剂——高分散纳米陶瓷溶胶悬浮液结合剂，它是一种人工制备的陶瓷结合剂，此类结合剂最大的特点是利用大多数耐火氧化物、复合氧化物、氧化物与非氧化物或是耐火天然原料来制备的，并且能够形成纳米结构基质的耐火浇注料。新一代纳米陶瓷结合剂材质选择是始于对相平衡图的分析，分析耐火浇注料最终相组成及其组织机构，特别是微观的显微结构，在具体使用条件下，该相组成及组织结构应保证其具有较高的抗损毁性；选择结合剂另一个原则是分散性介质与分散相之间必须相互适应，对于每个分散相来说，都存在自己的最佳的分散性介质，它能在最大程度上最好的满足与适应耐火浇注料的使用需求。因此，不存在适应于所有种类浇注料的所谓“万能结合剂”。但是，对于每种具体的浇注料来说，则存在着最佳结合剂，它可以保证浇注料在使用时，具有最高的抗损毁性。

本发明人就是根据这一理念，在深入研究二次精炼整体钢包用铝—尖晶石耐火浇注料基础上，引用了纳米技术和纳米材料在铝—尖晶石浇注料中进行了应用，制成了纳米复合氧化物陶瓷结合铝—尖晶石耐火浇注料[发明人：高树森；发明名称：纳米复合氧化物陶瓷结合铝—尖晶石耐火材料浇注料及其制备方法；发明专利公开号CN.101397212A]。此外，还发明一种纳米Al₂O₃薄膜包裹碳的铝—尖晶石耐火浇注料[发明人：高树森；发明名称：纳米Al₂O₃薄膜包裹的碳—铝尖晶石的耐火浇注料及其制备方法；发明专利公开号101417884A]。两项纳米耐火浇注料发明专利成果，对我国纳米技术和纳米材料的进步与发展，起到了重要的推动作用，为满足钢铁等高温工业发展需求和新技术的实施与发展提供了最佳服务。目前国内生产硅质浇注料与硅质硅砖相比，性能普遍偏低，所以在高温热工设备中硅质耐火浇注料很少得到应用。本发明用纳米SiO₂、CaO复合陶瓷结合的硅质耐火浇注料制备与使用成功，对提高我国不定形耐火浇注料占耐火材料总产量的比例，对增加耐火浇注料新品种，以及新一代结合剂系统的研究与开发，都具有重要意义。采用纳米SiO₂、CaO复合陶瓷结合的硅质耐火浇注料，它是酸性耐火材质典型代表，在耐火材料主要品种中占有重要地位。它的制备与使用成功，对不定形耐火材料扩大品种，增加总体产量，提高质量，促使我国耐火材料的工业发展，以及赶超世界先进水平，均具有重要意义。

发明内容

本发明目的是采用纳米技术和纳米材料，开创一种具有特殊优异的耐高温性能、耐火度和荷重软化点、抗高温蠕变性、抗炸裂性和侵蚀性以及高耐用性的纳米SiO₂、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料，以满足和适应现代炼铁高炉附属的高风温热风炉、玻璃熔窑上部结构、炼焦炉等使用的发展需求；另一方面硅质耐火浇注料是酸性耐火材料的典型代表，增加耐火浇注料主要品种特别是酸性或碱性耐火浇注料扩大浇注料使用范围，增加总体不定形耐火材料产量。