形成尖晶石的耐火組合物、它們的制造方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及設(shè)計用來形成包含尖晶石的不定形耐火組合物的顆粒組合物，例如作 為冶金鋼包的耐火內(nèi)襯。本發(fā)明還涉及形成所述顆粒組合物的方法和所述顆粒組合物在形 成不定形耐火組合物中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐火物是具有使其適于在高溫應(yīng)用中用作隔熱阻障物的特性的材料。未成形的耐 火材料具有形成無接縫內(nèi)襯的能力，并通常稱為不定形材料。這些材料可用作例如沖天爐 爐床和虹吸管、高爐、主流道、副流道和傾注流道、以及更普遍的容器或流出槽、鋼包、漏斗、 反應(yīng)室及槽（這些裝有液態(tài)金屬及熔渣或任何其它高溫液體、固體或氣體，引導(dǎo)液態(tài)金屬 及熔渣或任何其它高溫液體、固體或氣體的流動，或者適于促進(jìn)對液態(tài)金屬及熔渣或任何 其它高溫液體、固體或氣體的工業(yè)處理）的內(nèi)襯。
[0003] 干燥振動混合物（DVM)通常由聚集的顆粒（聚集體尺寸至多15mm)和粉末狀顆粒 (顆粒尺寸小于IOOym)的干燥混合物構(gòu)成。形成尖晶石的DVM是由富氧化鋁聚集體（例 如白剛玉，WFA)和細(xì)MgO粉末構(gòu)成的。DVM被安裝在其最終使用位置并以手動、機械或最普 遍的振動方式來壓實。DVM經(jīng)壓實所產(chǎn)生的耐火內(nèi)襯隨后會被加熱到其最終工作溫度，從而 在組合物內(nèi)發(fā)生陶瓷轉(zhuǎn)化（燒結(jié)，形成新相）。就耐火內(nèi)襯而言，在內(nèi)襯自身中出現(xiàn)物理性 質(zhì)梯度，這是由鍛燒步驟中的溫度梯度造成的，因為鍛燒內(nèi)襯通常是通過將熔融金屬引入 覆蓋有內(nèi)襯的接收物中來進(jìn)行，這使得內(nèi)襯僅通過來自一側(cè)（內(nèi)側(cè)）的熱傳導(dǎo)而被加熱。
[0004] 對DVM來說，這通常會造成耐火內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)（受到更強加熱）部分被高度燒結(jié)、而 更靠外的部分燒結(jié)程度較低的結(jié)構(gòu)。這樣的機械性質(zhì)梯度例如避免了裂痕散布到內(nèi)襯的整 個寬度，所述裂痕通常是由內(nèi)襯內(nèi)部表面上的機械沖擊或熱沖擊造成的。液態(tài)金屬或熔渣 可以沿著由裂痕打開的空間而進(jìn)入內(nèi)襯。提供一種具有減少裂痕風(fēng)險的耐火內(nèi)襯對于襯有 干燥振動混合物的硬件裝置來說提供了顯著的安全性改進(jìn)。
[0005] 形成尖晶石的DVM，例如形成氧化鋁-氧化鎂尖晶石的DVM，在內(nèi)襯性能和工作時 間方面提供了額外的優(yōu)勢，所以它們被普遍用于形成不定形耐火內(nèi)襯。額外的改進(jìn)緣于氧 化鋁-氧化鎂尖晶石將熔渣中存在的鐵氧化物捕捉在其晶格中的能力，因而高效地避免了 內(nèi)襯內(nèi)的熔渣穿透并減少了耐火物和熔渣間的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的損耗。形成尖晶石的DVM 的另一優(yōu)點在于，在形成尖晶石的過程中，由于尖晶石的密度較氧化鋁和氧化鎂粉末的密 度低，出現(xiàn)了體積增加。這種體積上的增加有助于補償燒結(jié)收縮，并根據(jù)所形成的尖晶石的 數(shù)量而導(dǎo)致更進(jìn)一步的致密化，即耐火內(nèi)襯中的孔隙度減少，這是由于當(dāng)內(nèi)襯在體積受限 的環(huán)境中運作時，體積擴大必須在耐火物微結(jié)構(gòu)中發(fā)生調(diào)節(jié)適應(yīng)。
[0006] 因此，本領(lǐng)域中普遍認(rèn)為耐火內(nèi)襯的整體性能與在加熱過程中形成的尖晶石的量 和耐火DVM尖晶石的操作過程直接相關(guān)。
[0007] 當(dāng)前技術(shù)的形成尖晶石的DVM包括細(xì)氧化鋁粉末（顆粒直徑< 0.1 mm)、細(xì)MgO粉 末（顆粒直徑< 0.1 mm)和粗氧化錯粒及聚集體（0.1 mm <顆粒直徑< 15mm)。粉末和聚集體 含量之間必須存在特定的比率，從而使得產(chǎn)物可以在目標(biāo)空間中安裝和壓實。如果細(xì)粉末 的比例過高，DVM就不能高效地安裝。因此，當(dāng)前技術(shù)的形成尖晶石的DVM的MgO含量不高 于15重量％。然而，用以形成氧化鋁-氧化鎂尖晶石的Al 2O3和MgO的化學(xué)計量比為71. 8 重量％ : 28. 2重量％。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明由所附的權(quán)利要求來定義。
[0009] 具體來說，本發(fā)明提供一種顆粒組合物，用于在形成氧化鋁-氧化鎂尖晶石的干 燥振動混合物（DVM)中使用，基于顆粒組合物的總重量計，所述顆粒組合物包含95重量％ 至99. 9重量％的Al2O3顆粒和MgO顆粒的混合物，和0. 1重量％到5重量％的粘合劑，其 中，所述Al2O3顆粒和MgO顆粒的混合物的至少一部分在顆粒組合物中作為其它顆粒表面上 的顆粒涂層而存在。舉例來說，在一種實施方式中，Al 2O3顆粒和MgO顆粒的混合物的總量 可以是98重量％至99. 5重量％，而粘合劑的總量為0. 5重量％至2重量％。
[0010] 在本發(fā)明的一種實施方式中，用作形成氧化鋁-氧化鎂尖晶石的DVM的組合物的 顆徑分布使得：顆粒組合物的35重量％至65重量％、優(yōu)選40重量％到60重量％是粒徑為 Imm以上的顆粒，所提供的整個顆粒組合物的45重量％到75重量％、優(yōu)選50重量％到70 重量％是粒徑為0. 5mm以上的顆粒，所提供的整個顆粒組合物的65重量％到95重量％、優(yōu) 選70重量％到90重量％、例如2重量％以上或例如5重量％以上是粒徑為0. 045mm以上的 顆粒，余量為粘合劑，其中，至少一部分的顆粒組合物為選自A1203、MgO或兩者并且粒徑為 0. 25_以下的第一金屬氧化物顆粒，其在顆粒組合物中作為第二金屬氧化物顆粒上的涂層 的一部分而存在，所述第二金屬氧化物顆粒選自Al 2O3和MgO并且粒徑為0. 5mm以上。
[0011] 在一種實施方式中，顆粒組合物的至少一部分，例如2重量％以上，或例如5重 量％以上，是選自A1 203、MgO或兩者并且粒徑為0. 045mm以下的第一金屬氧化物顆粒，其在 顆粒組合物中作為選自Al2O3和MgO并且粒徑為1mm以上的第二金屬氧化物顆粒上的涂層 的一部分而存在。在一種實施方式中，所提供的整個顆粒組合物的55重量％至85重量％ 是粒徑為0. 25mm以上的顆粒，或者所提供的整個顆粒組合物的60重量％至90重量％是粒 徑為〇· Imm以上的顆粒。
[0012] 在本發(fā)明的一種實施方式中，50重量％以上、例如90重量％以上、例如基本上全 部的粒徑為0. 25mm以下的顆粒作為在粒徑為0. 5mm以上的顆粒表面上的金屬氧化物顆粒 涂層的一部分存在，或者，50重量％以上、例如90重量％以上、例如基本上全部的粒徑為 0. 045mm以下的顆粒作為在粒徑為1.0 mm以上的顆粒表面上的金屬氧化顆粒涂層的一部分 存在。
[0013] 在本發(fā)明的一種實施方式中，一些（例如30重量％、或50重量％、或90重量％、 或基本上全部的）粒徑為0. 25mm以下的顆粒是粒徑為0. 045mm以下的顆粒。
[0014] 在本發(fā)明的一種實施方式中，第一金屬氧化物顆粒為Al2O3或Al 203與MgO的混合 物，而第二金屬氧化物顆粒為MgO。在本發(fā)明的一種實施方式中，第一金屬氧化物顆粒為 MgO或MgO與Al2O3的混合物，而第二金屬氧化物顆粒為Al 203。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，顆粒組合物所包含的粘合劑選自熱塑性聚合物、熱固性 聚合物和雙組分聚合粘合劑。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，顆粒組合物中的Al 2O3顆粒為白剛玉 (WFA)顆粒和聚集體。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，將粘合劑加入顆粒組合物中以在組合物中形成聚集體，所述聚集體 包含第二金屬氧化物顆粒的芯，并具有包含第一金屬氧化物顆粒的涂層。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，顆粒組合物還可以包含礦化劑顆粒作為涂層的一部分， 其中所述礦化劑顆粒選自由 B203、V205、Ti02、Y 203、Fe203、CaO、NaCl、A1C13、MgCl、LiF、ZnF 2、 BaF2、CaF2組成的組。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，顆粒組合物還可以包含一種或多種干燥劑，例如無水硫 酸鎂（MgSO 4)、氧化硼（B2O3)、無定形硅膠（SiO2)、黃原膠、丙烯酸或甲基丙烯酸。
[0019] 本發(fā)明的另一部分是制造在形成氧化鋁-氧化鎂尖晶石的干燥振動混合物中使 用的顆粒組合物的方法，包括在混合器中以所需的量混合顆粒材料和粘合劑的步驟。
[0020] 本發(fā)明的另一部分是本發(fā)明一個方面的顆粒組合物在提供用于制造不定形耐火 產(chǎn)品（例如用于冶金鋼包的不定形耐火內(nèi)襯）的DVM中的用途。
[0021] 可以理解的是以下的敘述和【附圖說明】僅為本發(fā)明示例性實施方式，而權(quán)利要求的 范圍并不以此為限。
【具體實施方式】
[0022] 如在本文中所描述的，任何被描述為形成顆粒