本發(fā)明屬于鋼包包壁用耐火材料，具體涉及一種水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑、無碳機(jī)壓包壁磚及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、包壁磚作為鋼包內(nèi)襯的核心材料，需具備優(yōu)異的耐高溫性、抗熱震性及抗熔渣侵蝕性能。傳統(tǒng)包壁磚多依賴含碳結(jié)合劑（如酚醛樹脂、瀝青等）提升高溫強(qiáng)度與抗侵蝕性，例如公開號(hào)為cn102584292a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種低碳鋼包包壁磚及其生產(chǎn)方法，采用碳結(jié)合劑。但含碳結(jié)合劑在生產(chǎn)與使用過程中存在顯著缺陷：（1）碳排放與污染：含碳結(jié)合劑高溫裂解釋放co、vocs等有害氣體，加劇環(huán)境污染；（2）氧化失效風(fēng)險(xiǎn)：碳組分在氧化性氣氛中易氧化損耗，導(dǎo)致磚體結(jié)構(gòu)疏松、壽命驟降。為替代含碳體系，行業(yè)嘗試采用硅酸鹽、磷酸鹽或鋁酸鹽等無機(jī)結(jié)合劑，例如公開號(hào)為cn112408947a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種鋼包用耐高溫涂料及制備方法，采用鋁酸鹽水泥作為結(jié)合劑。但硅酸鹽、磷酸鹽或鋁酸鹽結(jié)合劑仍存在以下問題：（1）低溫強(qiáng)度不足：硅酸鹽結(jié)合劑依賴高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷結(jié)合，常溫強(qiáng)度低，導(dǎo)致機(jī)壓成型坯體易破損；（2）抗侵蝕性差：磷酸鹽結(jié)合劑在高溫熔渣環(huán)境下易發(fā)生相變或溶解，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足；（3）環(huán)保與成本矛盾：部分無碳結(jié)合劑需添加稀土氧化物或納米材料增強(qiáng)性能，原料成本高且制備工藝復(fù)雜，難以規(guī)?；瘧?yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑、無碳機(jī)壓包壁磚及其制備方法，水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑可形成ldh鑲嵌于c-s-h基體”的“剛性-韌性”雙網(wǎng)絡(luò)膠凝結(jié)構(gòu)，使包壁磚具有更好的強(qiáng)度性能、抗鋼水沖刷性能和熱震穩(wěn)定性，滿足潔凈鋼、超低碳鋼和不銹鋼的冶煉需求。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面提供一種水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑，其制備原料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

3、鋁酸鹽水泥50~70份、絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑20~35份、促凝劑5~15份、分散劑0.3~1.0份、燒結(jié)助劑0.5~1.2份、增強(qiáng)纖維1~3份；

4、所述絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑的制備原料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

5、氧化鎂22~48份、氧化鋁36~50份、有機(jī)羧酸類絡(luò)合劑10~25份、配位調(diào)控劑2~5份。

6、優(yōu)選地，其制備原料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

7、鋁酸鹽水泥55~65份、絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑25~30份、促凝劑8~12份、分散劑0.3~0.8份、燒結(jié)助劑0.5~1份、增強(qiáng)纖維1.5~2.5份；

8、所述絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑的制備原料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

9、氧化鎂27~41份、氧化鋁36~50份、有機(jī)羧酸類絡(luò)合劑15~22份、配位調(diào)控劑2~4份。

10、優(yōu)選地，所述促凝劑為硅酸鈉；

11、所述分散劑為聚羧酸減水劑；

12、所述燒結(jié)助劑為硼酸鋰；

13、所述增強(qiáng)纖維為玄武巖纖維；

14、所述有機(jī)羧酸類絡(luò)合劑為檸檬酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一種或幾種的組合；

15、所述配位調(diào)控劑為乙二胺四乙酸二鈉。

16、優(yōu)選地，氧化鎂與氧化鋁的摩爾比為1.5~2.5:1；

17、有機(jī)羧酸類絡(luò)合劑中羧酸與mg2+的摩爾比為1:1~3；

18、鋁酸鹽水泥與絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑的質(zhì)量比為1.8~2.7:1。

19、優(yōu)選地，聚羧酸減水劑的分子量為5000~10000；

20、硼酸鋰的粒徑<10μm；

21、玄武巖纖維的長度為3~6?mm，直徑為10~15μm。

22、本發(fā)明的第二方面提供一種上述的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑的制備方法，包括以下步驟：

23、s1.將氧化鎂、氧化鋁、水、有機(jī)羧酸類絡(luò)合劑、配位調(diào)控劑混合，于70~80℃下反應(yīng)1~2h，得到絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑；

24、s2.將所述絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑、鋁酸鹽水泥、促凝劑、分散劑、燒結(jié)助劑、增強(qiáng)纖維混合，得到混合漿料；

25、s3.將所述混合漿料干燥、煅燒，得到所述水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑。

26、本發(fā)明的第三方面提供一種無碳機(jī)壓包壁磚，其制備原料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

27、板狀剛玉36~46份、白剛玉38~42份、鎂砂2~4份、氧化鋁微粉5~6份、硅微粉0.3份、電熔鎂鋁尖晶石5~7份、葡萄糖0.8份、上述的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑3.5~4.5份。

28、優(yōu)選地，板狀剛玉包括粒度為6~3mm的板狀剛玉、粒度為3~1mm的板狀剛玉，粒度為6~3mm的板狀剛玉、粒度為3~1mm的板狀剛玉的質(zhì)量比為1:1~3；板狀剛玉中氧化鋁含量≥99wt%；

29、白剛玉包括粒度為1~0.074mm的白剛玉、粒度為325目的白剛玉，粒度為1~0.074mm的白剛玉、粒度為325目的白剛玉的質(zhì)量比為1~3：1；白剛玉中氧化鋁含量≥99wt%；

30、鎂砂為大結(jié)晶鎂砂；鎂砂包括粒度為1~0.074mm的鎂砂、粒度為200目的鎂砂，粒度為1~0.074mm的鎂砂、粒度為200目的鎂砂的質(zhì)量比為1：1~3；鎂砂中氧化鎂含量≥96.5wt%；

31、氧化鋁微粉的粒度≤1μm，氧化鋁微粉中氧化鋁含量≥99wt%；

32、硅微粉中二氧化硅含量≥95wt%；

33、電熔鎂鋁尖晶石的粒度為325目，電熔鎂鋁尖晶石中氧化鋁含量≥75wt%；

34、葡萄糖中殘?zhí)肌?，ph值為4.0~6.5。

35、本發(fā)明的第四方面提供一種上述的無碳機(jī)壓包壁磚的制備方法，包括以下步驟：

36、將所述無碳機(jī)壓包壁磚的制備原料混合，然后放入模具，進(jìn)行熱處理，得到所述無碳機(jī)壓包壁磚。

37、優(yōu)選地，所述熱處理的溫度為160℃~200℃，時(shí)間為16h~20h。

38、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

39、本發(fā)明的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑，將鋁酸鹽水泥與絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑復(fù)合，作為結(jié)合劑?；诮j(luò)合-分解釋放-膠凝重構(gòu)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)路徑：1.絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑在鋁酸鹽水泥的堿性環(huán)境中可定向釋放mg2+/al3+，與鋁酸鹽水泥中的ca(oh)2反應(yīng)生成層狀雙氫氧化物（ldh，如mg6al2(oh)16）；2.ldh與鋁酸鹽水泥中的硅酸鈣水化產(chǎn)物（c-s-h凝膠）通過ca2+橋接交織形成“l(fā)dh鑲嵌于c-s-h基體”的“剛性-韌性”雙網(wǎng)絡(luò)膠凝結(jié)構(gòu)，c-s-h凝膠形成納米片層骨架，ldh嵌入基體，界面無裂隙，用作鋼包包壁磚耐火材料的結(jié)合劑，可使鋼包包壁磚的常溫抗壓強(qiáng)度≥50?mpa，高溫（1200℃）強(qiáng)度≥30?mpa。3.ldh通過離子交換（co32-/cl-）和高溫相變轉(zhuǎn)化為鎂鋁尖晶石（mgal2o4，晶粒尺寸0.5~2μm）與莫來石（3al2o3·2sio2）共晶結(jié)構(gòu)，可使耐火材料實(shí)現(xiàn)抗熔渣滲透性提升40%及微裂紋自修復(fù)，使熱震循環(huán)后強(qiáng)度保持率＞85%。

40、本發(fā)明的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑，可實(shí)現(xiàn)梯度膠凝：低溫階段（25~80℃）絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑緩慢分解釋放mg2+，與結(jié)合劑原料中硅微粉反應(yīng)生成納米mgsio3過渡相（比表面積＞150?m2/g），可填充包壁磚耐火材料基質(zhì)的微米級(jí)孔隙，并提升坯體初始密實(shí)度；高溫?zé)Y(jié)階段（＞1000℃）al3+主導(dǎo)生成鎂鋁尖晶石（mgal2o4）與莫來石（3al2o3·2sio2）共晶體系，其熱膨脹系數(shù)（7.5×10-6/℃）與包壁磚耐火材料基體高度匹配，顯著降低熱應(yīng)力集中，使磚體在急冷急熱工況下（升溫速率50℃/min）仍保持結(jié)構(gòu)完整性。

41、本發(fā)明的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑中，鋁酸鹽水泥作為基體材料，提供ca2+、sio44-等水化活性組分，生成c-s-h凝膠骨架；絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑用于提供mg2+/al3+及絡(luò)合穩(wěn)定機(jī)制；硅微粉作為納米級(jí)填料，可填充孔隙，促進(jìn)高溫莫來石化反應(yīng)，并與絡(luò)合鎂鋁膠結(jié)劑釋放的mg2+反應(yīng)生成納米mgsio3過渡相（比表面積＞150?m2/g），填充包壁磚耐火材料基質(zhì)的微米級(jí)孔隙；硼酸鋰作為高溫助熔劑，在高溫下形成低共熔液相，促進(jìn)顆粒界面擴(kuò)散燒結(jié)，可降低燒結(jié)溫度，促進(jìn)液相擴(kuò)散致密化，使磚體顯氣孔率降至12%以下，抗渣滲透層厚度由傳統(tǒng)制品的2~3?mm減少至0.5?mm以內(nèi)；分散劑用于優(yōu)化漿料流變性；增強(qiáng)纖維用于增強(qiáng)增韌，抑制裂紋擴(kuò)展。

42、本發(fā)明的水泥-絡(luò)合鎂鋁復(fù)合結(jié)合劑，摒棄含碳組分，避免co/vocs排放，且mgo在co2氣氛中生成致密mgco3保護(hù)層，配合工業(yè)固廢兼容性，最終使鋼包壽命延長，綜合成本降低15%~20%，兼具零碳環(huán)保、工藝適配性（脫模強(qiáng)度提高30%~50%）與長效耐久性優(yōu)勢(shì)。