[发明专利]耐火陶瓷配料及由其形成的砖块

说明书

本发明涉及一种耐火陶瓷配料，还涉及由其形成的耐火陶瓷砖块。

耐火陶瓷产品分为不同类型，例如碱性产品和非碱性产品。本发明只涉及碱性产品，即配料和砖块，其碱性基材由烧结氧化镁和/或熔融氧化镁组成。

由DE 44 03 869 C2和DE 198 59 372 C1已知各类的配料和砖块。除了碱性基材，已知产品包括尖晶石(铁铝尖晶石、锰尖晶石、锰铁尖晶石)。

已经发现，通过结合碱性基材和上述尖晶石，可以获得烧制产品的有益机械性能。特别是，改进(降低)烧制成型体的延展性(脆性)，在一些情况下改进耐腐蚀性，特别是耐碱腐蚀性。

需要指出的是，现阶段还不能完全理解在相应部分的烧制过程中的反应和烧结机理，尽管多种发现提出，在单个配料组分之间不发生完全的、致密的烧结，这意味着烧制部分还表现出一定程度的“弹性”(挠性)。换句话说，尽管在烧制时配料组分参与物理-化学相互作用，但是该产品仍然比单个配料组分具有更少脆性，并且整体上“更弹性”。

尽管在工业上前述耐火产品已经成功多年并且用于例如回转水泥窑的衬里，但是，仍存在进一步改进的需求，特别是关于烧制产品的耐热性。例如，在硅酸二钙-铝酸钙-尖晶石-方镁石系统中的不变点是仅约1325℃。

本发明的一个目的是提供一种碱性耐火陶瓷配料，由其形成的耐火成型部件除了具有有益的结构弹性外还具有高耐火性，该耐火性由高于1400℃的不变点确定。该烧制产品应优选还表现出特别良好的耐腐蚀性。

本发明区别于现有技术中指出的采用尖晶石与方镁石基材结合的路线。已经发现尖晶石的Al₂O₃含量对于降低烧制产品的耐热性是至关重要的。这在与配料组分CaO结合时尤其适用。尽管采用贫钙基材可以降低全部配料的CaO含量，但是当在使用过程中回收氧化钙时，这一问题仍然存在。例如，在水泥熟料生产中所用的回转窑就是这种情况。

大量测试表明，可以通过完全不同的配料组分，即选自包括碳化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅、氮化硅的组中的配料组分来消除这些缺陷。

如果，随着加入传统粘结剂例如木质素磺酸盐(例如，相对于全部配料的加入量为至多4质量％)，由所述配料压制并烧制(尤其在从1400℃至1600℃的温度范围)砖块，在依据本发明的产品中，在碱性(MgO)基材和粒状骨料之间只存在部分烧结桥接，其中特别形成以下矿物相：MgSiO₃、Mg₂SiO₄、SiO₂。在这种情况下，通过在(氧化)高温过程中SiC的氧化形成SiO₂。在大多数情况下，SiO₂与MgO反应并形成顽辉石。由于顽辉石在MgO旁并不稳定，邻近于此形成了镁橄榄石，其与碱性基材直接键合。

在测试中，已可能观察到最多一半的粒状骨料的表面与周围的碱性耐火基材烧结。在很多情况中，在烧制后，粒状骨料甚至松散地位于碱性基质中，换言之，在单独的骨料颗粒和碱性基质材料之间完全不存在固定连接。除了氧化镁，镁橄榄石也可能出现在骨料颗粒的直接环境中。可以通过对抛光截面的显微观测手段来了解粒状骨料与周围碱性耐火基材的烧结程度；结果表明了晶粒周边与周围的碱性基材烧结最多超过其长度的一半。

就这方面而言，根据本发明的耐火陶瓷产品的结构不同于现有技术中包含尖晶石的砖块的结构图。采用这种新产品，至少获得已知尖晶石产品表现出的延展性特征值。

相对于现有技术的这种状态，依据本发明的产品特性为具有明显更高的不变点，该不变点比具有铁铝尖晶石和/或锰尖晶石和/或锰铁尖晶石的产品的不变点一般高至少100℃，通常高大于200℃。耐火性也相应高。

在最普通的实施方案中，本发明包括具有以下组分的耐火陶瓷配料：

-75至98质量％的至少一种选自烧结氧化镁、熔融氧化镁的碱性基材，

-2至25质量％的至少一种选自碳化硅、氮化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅的粒状骨料，

-至多5质量％的其它成分，

-其中每个质量数据均是相对于全部配料。

通过以下变化可以最优化前述性能，只要没有明确排除，这些变化可以单独实现或者与另一变化相结合实施：

-采用的碱性基材中，＜125μm的粉末部分的比例在＞10和＜40质量％范围内(相对于全部配料)，

-采用的碱性基材中，＞1mm颗粒部分的比例为＞35质量％(相对于全部配料)，