抗裂的干耐火材料制造技术

一种具有优异抗裂纹扩展能力的干耐火材料组合物。所述干耐火材料组合物至少包含基质材料和金属纤维。所述组合物还可以包含致密耐火骨料。所述干耐火材料组合物尤其适用于金属包容应用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种干耐火材料(即，一种以干粉形式安装而不必添加水或液体化学粘合剂的整体耐火材料)，特别是一种适合于金属包容应用的能提供优异抗裂纹扩展能力的干耐火材料。耐火材料被广泛地用作金属加工和相关领域中的工作衬里和二级(安全)衬里。这些耐火衬料在金属加工和传送容器中用于包容熔融金属和炉渣。某些耐火衬料还用来包容与容器内的金属加工操作相关的热和气体。在本文中，“金属包容”应用是指其中包容熔融金属和炉渣是首要的或甚至唯一重要的应用，而“金属/热包容”应用是指其中既考虑容器的热包容(隔离)又考虑熔融金属和炉渣的包容的应用。用于金属和热/金属包容应用的耐火衬里一般是消耗性的。由于暴露于容器内部环境，它们腐蚀、破裂或经其它方式而被破坏。当耐火衬里发生了一定量的消耗或破坏时，就需要对衬里进行修补或更换。所述修补或更换会中断金属加工操作，有时时间会很长。某些中断是料想不到的而有些是多少可预知的。因为修补或更换耐火衬里会中断操作，所以最好耐火衬里以一种可预知的方式工作从而可以有计划地而不是紧急地修补。由于与腐蚀性的熔融金属和炉渣接触而产生的耐火衬里磨蚀会导致耐火衬里的逐渐消耗。磨蚀速率通常可以通过肉眼检查容器衬里的暴露部分或其它方法来预测。基于应用的金属和热包容特性以及过去的耐火材料消耗可以确定某种特定耐火衬里的预计磨蚀速率。对于感应电炉，还可以通过电子仪表读数随时间的改变来确定磨蚀速率。当粘合的脆性耐火材料受到热应力和机械应力时，会导致耐火衬里破裂。这些应力通常是由衬里在热环境的变化下发生膨胀和收缩所产生的。裂纹使得熔融金属和炉渣可以渗入衬里，在金属加工或转输容器内产生分离的失效区域。由于裂纹而导致的耐火衬里失效比由于腐蚀而导致的要更加不可预见。裂纹通常不会产生在耐火衬里的暴露区域，因此肉眼检查通常不能发现裂纹。形成于耐火衬里中的裂纹的特性还可能会随耐火材料的组成和热状态而改变。粘合力较弱的耐火衬里在受力时易于形成微裂纹，而粘合力较强的耐火衬里在受力时易于形成宏观裂纹。宏观裂纹是特别不希望有的，因为它是由高强度粘合的失效产生的。除了不可预知之外，破裂失效还可能会是灾难性的。从热面到冷面(例如金属加工容器的钢壳体一侧)完全贯穿衬里的宏观裂纹可能会使得熔融金属和/或炉渣通过穿过裂纹到达容器的外壳。当发生这种情况时，熔融材料可能会烧穿外壳，从而导致对设备的巨大损坏和/或伤到人。这类烧穿会引起长时间的意外操作延迟，以修复衬里、钢壳体和结构以及所有周围设备。耐火材料还可用于可能发生反复热冲击的隔热应用(在金属加工或其它领域)。所述应用可能包括烟道壁构造和焚化炉。尽管对于特别是在腐蚀环境中的隔热耐火材料应用来说也会发生腐蚀，但隔热耐火材料的失效通常是由反复的热冲击所引起的裂纹产生的。干耐火材料，和特别是在安装时利用振动来压紧干耐火材料粉末的干耐火材料，能提供比其它类型的普通耐火衬里如可浇铸材料、夯实材料、砖和耐火型材更好的抗裂纹扩展性。干可振动耐火衬里的出众抗裂性是由一种容许这些衬里在预定温度范围通过以受控的速率形成热粘合来响应应用的热状态的独特粘合系统产生的。例如，在金属包容应用中，耐火衬里响应相关熔融金属容器的热状态和任何熔融金属与炉渣向衬里的侵入。还可以选择用于金属包容和热/金属包容应用的干可振动耐火材料的化学和矿物组成以抵抗与具体方法相关的具体类型的金属和炉渣。安装的干可振动耐火材料最初以非粘合态存在。在此非粘合状态下，它不显示脆性。非粘合的干耐火衬里在经受外应力时不会破裂或断裂而是会吸收和分散这些应力。不过，当非粘合的安装的耐火衬里受热时，它开始形成热粘合。离热面最近的区域倾向于形成强热粘合。强粘合的耐火材料变得致密和坚硬，并在化学和物理上能抗熔融金属和炉渣的侵入。热粘合的程度随耐火材料组合物和存在于具体应用中的热状态而变化。在某些应用中，基本上所有的耐火材料是强粘合的并显示脆性。在其它应用中，离热面最远的区域会保持非粘合或未烧结的状态，而中间区域会形成弱熔结的热粘合。熔结的和未烧结的区域中的耐火材料保持其流体特性并形成一个仍然能够吸收机械和热应力的封套。在此封套之内，最靠近热面的强粘合的耐火材料可以显示普通耐火材料组合物的典型脆性。不过，如果应用的热状态引起熔结的和未烧结的区域中的耐火材料的粘合，则此保护封套可能会被分解乃至消除。热粘合的特性同样会随耐火材料组合物和存在于具体应用中的热状态而变化。粘合力较弱的衬里在受力时易于形成微裂纹，而粘合力较强的衬里在受力时易于形成宏观裂纹。当宏观裂纹形成和熔融金属与炉渣侵入耐火衬里时，与裂纹相邻的衬里会响应热状态的改变并开始形成热粘合。随着此循环的继续，显示脆性的耐火衬里的比例逐渐增加，将衬里的热平面向外壳推动。如果衬里没有由于腐蚀而先失效或被停止使用，则最后，可以用来吸收和分散应力的非粘合的和弱粘合的耐火材料的比例变得太小从而导致衬里失效。鉴于现有技术的缺陷，需要一种用于金属包容应用的能提供更大的抗裂纹扩展能力、粘合时显示更小的脆性并具有更长使用寿命的干耐火材料。本专利技术的一个目的在于提供一种用于金属包容应用的能抗裂纹扩展和特别是抗宏观裂纹的干耐火材料。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于金属包容应用的当安装的耐火材料响应热而形成强粘合时能显示更少脆性的干耐火材料。本专利技术的再一个目的在于提供一种用于金属包容应用的能提供更长的衬里使用寿命的干耐火材料。专利技术概述上述目的是以一种含金属纤维的干耐火材料组合物实现的。本专利技术包括一种干耐火材料组合物，它包含(1)一种包含20-100重量％的基质材料和0-80重量％的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；和(2)占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维。所述基质材料的粒径小于100目，且所述致密耐火骨料的粒径可以大于或等于100目。选择基质材料和致密耐火骨料，以使得当该组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合。在一个优选实施方案中，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当安装了干耐火材料组合物时，离热源比组合物第一部分远的组合物第二部分保持未烧结的形式。在另一优选实施方案中，基质材料的量为20-60重量％，而致密耐火骨料的量为40-80重量％。干耐火材料混合物中还可以包含0.1-8重量％的热激活粘合剂或包含其含量足以控制在安装组合物时的可见和可吸入灰尘的灰尘抑制剂。上述组合物中的金属纤维可以是不锈钢、碳钢、铬合金、铜合金、铝合金、钛合金或它们的混合物。金属纤维的长度优选地为约1/2-约2英寸。本专利技术还包括一种安装的耐火材料组合物。上述组合物不添加水或液体化学粘合剂以粉末形式安装在与热源相邻的空隙中，从而使至少靠近热源的安装组合物的第一部分形成强热粘合。在一个优选实施方案中，离热源比组合物的第一部分远的组合物的第二部分仍保持未烧结的形式。本专利技术还包括制造耐火材料组合物的方法。该方法的步骤包括选择含20-100重量％的基质材料和0-80重量％的致密耐火骨料的干耐火材料混合物；选择占干耐火材料混合物0.5-15重量％的金属纤维；在不添加水或液体化学粘合剂的情况下掺混干耐火材料混合物和金属纤维。在此方法中，选择基质材料和致密耐火骨料，以使当混合的组合物不添加水或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干耐火材料组合物，包含：一种干耐火材料混合物，它包含：２０－１００重量％粒径小于１００目的基质材料，所述基质材料选自煅烧氧化铝、熔融氧化铝、烧结氧化镁、熔融氧化镁、硅粉、熔融石英、碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼化锆、氮化硼 、氮化铝、氮化硅、氮化硅铁、赛纶陶瓷、二氧化钛、硫酸钡、锆石、硅线石类矿物质、叶蜡石、耐火粘土、碳、硅灰石、氟化钙、尖晶石、氧化铬、橄榄石、铝酸钙集料、硅酸铝锆、铬铁矿石、氧化钙、白云石以及它们的混合物；和８０重量％粒径大于或等于１ ００目的致密耐火骨料；所述致密耐火骨料选自煅烧耐火粘土、煅烧熟料、硅线石类矿物质、煅烧铝矾土、叶蜡石、硅石、锆石、斜锆石、铬铁矿石、白云石、橄榄石、堇青石、碳化硅、烧结矾土、熔融氧化铝、熔融石英、烧结莫来石、熔铸莫来石、熔融氧化锆、烧结氧化锆莫来石、熔融氧化锆莫来石、烧结氧化镁、熔融氧化镁、烧结尖晶石、熔融尖晶石、致密耐火材料熟料、铬矾土集料、铝酸钙集料、硅酸铝锆和它们的混合物；选择所述基质材料和致密耐火骨料，以使得当干耐火材料组合物不添加水或液体化学粘合剂而以粉末形 式安装在与热源相邻的空隙中时，至少靠近热源的组合物的第一部分形成强热粘合；和占干耐火材料混合物０．５－１５重量％的金属纤维。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DK多扎，DG戈斯基，Y马，
申请(专利权)人：联合矿物产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]