可振动的耐火材料组合物

本发明涉及耐火材料组合物，特别是用于制成熔融金属容器的永久耐火炉衬的易处理的整体炉衬。这类容器包括浇口盘或铸勺，其中的每一种是用于连续熔融铸造工艺的。具体地说，本发明实质上涉及无碱性氧化物的耐火材料组合物，施用该组合物一般不加水，添加或不添加振动助剂。

浇口盘是连续铸造工艺如连续铸钢中使用的用于熔融金属的大的中间存储容器。实际上，浇口盘是一个中间加工储存器，该储器接收来自炉出口输送铸勺的大量熔融金属，在该炉中熔化矿物或精炼熔融金属，然后将熔融金属送入铸造系统。输入和输出铸口控制熔融金属流入和流出中浇口盘。

浇口盘本身一般为钢的容器，该容器是用几层各种耐火材料组合物衬里的。永久炉衬一般为可浇铸的耐火材料或砖，其作用是作为保护该容器的内衬。随后，用易处理的炉衬一般为耐火材料组合物涂敷永久炉衬，将耐火材料组合物通过喷涂、喷雾、抹平，或干式振动施加给永久炉衬。或者用耐火板制成易处理炉衬。由于易处理的炉衬直接与过去干型耐火材料中使用的天然粘结剂接触，它们几乎不适用于需要预加热的浇口盘。干型耐火材料在800-1100F的温度下完全烧尽低温粘结剂。在这种温度下，高温粘结剂还未达到其有效粘结能力。因此，某些易处理的干型炉衬在铸造前的预热期间损坏。

目前，耐火材料存在的问题是它们常常含有碱性氧化物如Na2O和K2O。应该清楚，存在的碱性氧化物在铸造温度下迁移到易处理/永久耐火材料的界面。这些碱性氧化物吸附和/或吸附在或吸附到高铝耐火材料中。伴随着传统的易处理炉衬一次次地连续的应用，在界面形成霞岩。因此，由于霞岩开成、炉衬熔化，在除去易处理炉衬期间可能损坏永久炉衬。当除去渣壳时，易处理耐火材料对永久耐火材料的粘附能引起永久耐火材料从金属容器上损失掉。此外，在易处理炉衬不粘附到永久耐火材料的情况下，碱性氧化物产生的永久炉衬的污染增加热膨胀系数的差异。不同的热膨胀也能造成永久炉衬的员坏。

因而，实质上需要的是一种无碱性氧化物的干燥的可振动的耐火材料组合物，该材料可用作为铸造容器内的易处理炉衬。这样的组合物还应该用于加工中需要预加热的浇口盘，以致于这类材料没有明显的剥落，破裂或其它涉及温度的损坏。

按照本发明，实质上提供了一种无碱性干燥的可振动耐火材料组合物，该组合物特别适用于制成易处理的炉衬。该组合物的耐热性高，并且抗剥落和破裂，同时在使用于永久炉衬上后易于从永久炉衬上除去。该组合物在使用时也适合于预加热技术例如作为浇口盘的易处理炉衬。

本发明的耐火材料组合物包含约0.1～20%wt，优选的约0.1～12%wt的高温粘结剂，约0.5～5%wt的低温粘结剂，约0.01～3%wt的无机密度降低物质和至少约72%wt的耐火骨料。

耐火骨料优选氧化镁，煅烧白云石，橄榄石，氧化钙，氧化铝，二氧化硅或其结合物，更优选的，耐火骨料为氧化镁或骨料的MgO总量至少达到50～95%wt的其它源。

高温粘结剂优选的为金属粉，是用来提高耐火材料的高温强度和化学稳定性。更优选的粉末金属为铝;硅;和重量比为约50/50～95/5的铝硅合金，重量比为约50/50～95/5的铝和硅的混合物，或重量比为约80/20～20/80的镁和铝的合金。

使用的低温粘结剂包括有机物质如酚醛树脂，具有酚醛聚合物的是特别优选的。此外，密度降低物质优选的为珍珠岩或者膨胀的无机材料如膨胀粘土。

本发明的耐火材料组合物还可包括约0.05～5%wt体积的稳定剂。体积稳定剂优选的为选自膨润土，高岭土和球土的粘土。

在以下的描述中，所有有百分率或%除另有说明以外均为重量百分比。

正如上文所讨论的，过去的干燥可振动耐火材料渗入了碱性氧化物组份，人们已经知道碱性氧化物有效地恶化了它们被粘结其上的永久耐火炉衬。而且，碱性氧化物向永久炉衬材料的迁移增加了脱渣壳（deskulling）操作的难度。经常造成永久炉衬熔化到易处理炉衬上而损失掉部分永久炉衬。

如上所述，本发明的耐火材料组合物为干式可振动型。优选的，利用振动将其与至少一种随后热作用的粘结剂均匀分布压实在该表面上。

本发明的耐火材料组合物实质上是无碱的，因而不会引起永久炉衬的恶化，则不会带来以上讨论的问题。术语“实质上无碱”是指本发明的耐火材料组合物包含总量低于约0.1%wt的碱或碱性氧化物组份。

在本发明的组合物中可使用任何种类的耐火骨料。这些骨料包括碱性耐火材料如氧化镁，煅烧白云石，橄榄石和氧化钙。 术语“碱性”是指这些材料的化学物性而不是其组合物的组成。另外，还可使用其它耐火材料如氧化铝和氧化硅。

用于组合物的最优选的耐火骨料为氧化镁或其它含至少50～99%MgO的源，其用量至少为组合物的约72%wt。可选择各种颗粒尺寸范围的骨料并将其结合。本技术领域的熟练的专业人员知道控制颗粒尺寸分布以得到有效密度的干燥可振动组合物是重要的。另外，在安装炉衬期间将可能发生不同尺寸部分的层压。这些层压对炉衬的性能不利，这是因为如果层压量太大，它们可被熔融金属渗透。可将该组分（尤其是耐火骨料）破碎或研磨成选择的适当的颗粒尺寸以达到所需的分布。必要时，可进行常规试验以选择组合物的最佳颗粒尺寸分布。

本发明使用了含金属粉末的高温粘结剂，该粘结剂基本上不与永久耐火炉衬反应。本发明的金属粉末提供了令人满意的高温强度，而未造成以上讨论的碱性破坏。

如上所述，可使用任何种类的金属粉末，合金或其混合物，常用的是铝，硅，铝和硅的任何合金或混合物，或镁和铝的任何合金。这些合金和混合物的有益的重量比如前面所述。已经发现当使用较大的铝与硅之比的铝/硅合金时可获得最佳性能。最优选的金属粉为颗粒尺寸为8μ的88Al/12Si合金。

选择的金属粉末颗粒尺寸分布与骨料的尺寸相当，以便在组合物安装期间有效的密实。必要时，可对任何特定的金属粉末进行常规试验以选择最佳颗粒尺寸分布。

虽然金属粉末的用量可高达20%，但一般低于大约6%，最佳用量示于实施例中。添加有效量的粉状金属延长了组合物和约1100～3000F温度以上制成的易处理炉衬的寿命，并提高了其强度。更重要的是，这些粉末金属省去了承受碱性组分的粘 结剂的需要。

本发明的组合物可包含降低密度的无机材料如珍珠岩或膨胀土。优选的膨胀粘土为体积密度约25～35磅/英尺3（“p.c.f”）的膨胀耐火土。这些无机添加剂与有机添加剂如纸纤维比较是优选的，这是因为无机添加剂更易于均匀掺合或分散到骨料中。

使用低温粘结剂是一旦安装和高温粘结剂起作用之前将组合物固定在一起，酚醛树脂作为这种组分是优选的。

另外，所包含的体积稳定剂增强了组合物冷却期间收缩的能力，有助于脱渣壳。优选的，组分为粘土，如膨润土或气浮的球土。

实施例

表1列出了六种组合物，说明本发明优选的实施方案。组合物A和B包含铝/硅合金作为高温粘结剂，只是组合物B与组合物A比较包含了1%wt的膨胀耐火土，每种金属粉末和MgO低于0.5%wt。

组合物C使用了镁/铝合金粉末作为高温粘结剂，而组合物D，E和F分别使用了铝粉，硅粉和这些粉末的混合物作高温粘结剂。

表1 原料             A        B       C      D      E       F MgO                          92     91.5     92     92    89    91 酚醛树脂         3        3      3      3       3        3 膨胀耐火土       1        2      1      1       1        1   气浮球土1                1        1      1      1       1        1 88 Al/12 Si合金    3       2.5     －   － －  － 50Mg/50 Al               －  －    3    －  －  － Al                             －   －  －  3   －    2.25 Si                             －   －  －  －   6    0.75 1500F定性的热   4.0      4.0   2.8    2.0     2.0   2.0 强度值          

数值规格：1-5和5是最稳定的

表1表明组合物A和B是定性耐高温试验结果（用硬度表示）基本上相同。还发现两种组合物具有良好的热强度和显著的抗渣/钢性。

与单个组分或粉末混合物比较，镁/铝合金具有较好的热强度值，这样应用于侵蚀性较强的组合物A，B和C是优选的。组合物D，E和F具有较低的热强度值，但是可用于侵蚀性较弱的熔融金属（或相对低的温度）加工中。

根据本发明制备的耐火材料组合物应用于所有种类时也表示出极好的热特性，包括快速升温而没有剥落。