本發(fā)明涉及耐火材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種抗侵蝕性能優(yōu)異、抗熱震性能好、防結(jié)渣效果凸出的富鎂不定形耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：莫來(lái)石是一種高溫下形成的鋁硅酸鹽礦物，作為一種優(yōu)質(zhì)耐火材料，具有強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色、化工等各工業(yè)領(lǐng)域的窯爐、熱工設(shè)備和構(gòu)筑物中。但莫來(lái)石作為耐火材料使用時(shí)仍存在以下不足：1）莫來(lái)石是一種高鋁礦物，其主要成份3Al2O3·2SiO2，作為耐火材料在煉鋼爐等具有堿性氣氛的設(shè)備中使用時(shí)易受到侵蝕。2）莫來(lái)石在煉鋼爐等設(shè)備上使用時(shí)抵抗鐵渣、堿性泥渣的效果差。3）莫來(lái)石耐火材料制品的抗熱震穩(wěn)定性差。中國(guó)專利CN2007103045733，
專利名稱：高強(qiáng)低導(dǎo)熱節(jié)能材料，申請(qǐng)日期2016年3月31日，公開了一種以微孔莫來(lái)石為骨料，添加活性氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、高溫水泥與礬土細(xì)粉的耐火材料制品，具有導(dǎo)熱系數(shù)小，熱損失少的優(yōu)點(diǎn)，但是該耐火材料中氧化鋁的含量達(dá)到52%-81%，使該耐火材料抗結(jié)渣能力弱、抗侵蝕能力及抗熱震性差，因而對(duì)于煉鋼爐、冶金窯爐等設(shè)備的適用性差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)莫來(lái)石等高鋁礦物作為耐火材料的抗熱震性、抗堿性氣氛侵蝕能力以及防結(jié)渣能力差的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種以鎂橄欖巖等富鎂礦物為原料的、抗熱震性能好，抗侵蝕能力優(yōu)異，防結(jié)渣效果凸出的富鎂不定形耐火材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供該耐火材料的制備方法。本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：一種富鎂不定形耐火材料，所述富鎂不定形耐火材料的組成和相應(yīng)的質(zhì)量百分比為：鎂橄欖石40%-55%，蛇紋石細(xì)粉20%-30%，氧化釔5%-15%，碳化硅5%-10%，結(jié)合劑5%-9%，增塑劑1%-5%。鎂橄欖石的主要成份是2MgO·2SiO2，是一種富鎂礦物，具有耐高溫、抗侵蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，鎂橄欖石經(jīng)煅燒分解得到氧化鎂，氧化鎂是一種堿性氧化物，有很好的耐火絕緣性能，經(jīng)1000℃以上高溫?zé)瓶赊D(zhuǎn)變?yōu)榫w，升至1500℃以上則變成燒結(jié)氧化鎂，熱導(dǎo)系數(shù)低，抗侵蝕和化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)堿性渣和鐵渣具有很好的抵抗性。蛇紋石也是富鎂硅酸鹽礦物，其煅燒分解后的產(chǎn)物是氧化鎂，將蛇紋石與鎂橄欖石配合使用，可充分利用資源。氧化釔不溶于水和堿液，其熔點(diǎn)是2439℃，其沸點(diǎn)高達(dá)4300℃，氧化釔能夠與氧化鎂反應(yīng)，使耐火材料的機(jī)體致密化，同時(shí)氧化釔與熔爐爐渣反應(yīng)，使與耐火材料工作表面接觸的爐渣的粘度增大，防止?fàn)t渣對(duì)耐火材料層的浸透，抑制對(duì)耐火材料的腐蝕。燒結(jié)后的氧化鎂集中在氧化釔的晶界處，形成固溶體或者化合物，有助于氧化釔的致密化程度，促進(jìn)燒結(jié)。碳化硅的熱膨脹系數(shù)小，可以提高耐火材料的抗熱震性，同時(shí)碳化硅高溫下在耐火材料層生成二氧化硅層膜，可防止?fàn)t渣對(duì)耐火材料層的浸透，且碳化硅可與熔爐中的堿性氣氛發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物熔融后玻璃化，防止?fàn)t內(nèi)堿性氣氛侵蝕耐火材料內(nèi)部，增強(qiáng)耐火材料的抗侵蝕性能。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，以鎂橄欖石的質(zhì)量為100%計(jì)，所述鎂橄欖石的粒徑等級(jí)及相應(yīng)的質(zhì)量配比為：8-5mm20%-30%，5-3mm50%-65%，3-1mm10%-15%，小于1mm≤5%。鎂橄欖石的粒徑主要在3mm以上，這樣能夠有效利用粒徑較大的鎂橄欖石，相應(yīng)的降低原料的成本。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，以結(jié)合劑的質(zhì)量為100%計(jì)，所述結(jié)合劑的組成和相應(yīng)的質(zhì)量比例為：硅微粉30%-50%，黏土50%-70%。硅微粉耐溫性好，耐酸堿腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定，能夠填充在粉末間隙中，并與氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。黏土可以結(jié)合非塑性原料而形成良好的可塑泥團(tuán)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，以增塑劑的質(zhì)量為100%計(jì)，所述增塑劑的組成和相應(yīng)的質(zhì)量比例為：膨潤(rùn)土50%-70%，羥丙基甲基纖維素30-50%。膨潤(rùn)土的主要成份是蒙脫石，其晶體結(jié)構(gòu)為2:1型層狀結(jié)構(gòu)，加熱至200-700℃出現(xiàn)緩慢膨脹，在700-800℃脫水形成無(wú)水蒙脫石，然后收縮，并在950℃以上后開始膨脹，具有很好的可塑性，而且無(wú)水蒙脫石可以改變耐火材料表面的附著力，防止耐火材料表面附著熔渣等。羥丙基甲基纖維素可以避免耐火材料在涂覆后因干的太快發(fā)生龜裂，并增強(qiáng)涂覆后耐火材料的硬化強(qiáng)度。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述結(jié)合劑的制備過程如下按相應(yīng)的質(zhì)量比例分別取黏土和硅微粉，放入2倍黏土與硅微粉總質(zhì)量的乙二醇中，70℃下攪拌15分鐘，使黏土與硅微粉在乙二醇中分散均勻。結(jié)合劑采用乙二醇做溶劑，將硅微粉與黏土在乙二醇中分散均勻，所表現(xiàn)的結(jié)合性能勝過將硅微粉與黏土直接干混。70℃下進(jìn)行攪拌有助于黏土與硅微粉的均勻混合。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述增塑劑的制備過程如下：將膨潤(rùn)土研磨至能篩過200目以上的篩網(wǎng)，按相應(yīng)的質(zhì)量比例取研磨后的膨潤(rùn)土，加入3倍膨潤(rùn)土質(zhì)量的乙二醇，70℃下攪拌15分鐘，然后取對(duì)應(yīng)質(zhì)量比例的羥丙基甲基纖維素添加到膨潤(rùn)土的乙二醇懸浮液中，繼續(xù)70℃下攪拌30分鐘，使羥丙基甲基纖維素分散均勻。將膨潤(rùn)土研磨成粉末狀態(tài)后與羥丙基甲基纖維素的混合效果好，而且能更好的填充在耐火材料間隙。一種富鎂不定形耐火材料的制備方法，將鎂橄欖石進(jìn)行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網(wǎng)，按上述質(zhì)量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細(xì)粉、氧化釔及碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結(jié)合劑，50℃下混合15分鐘，繼續(xù)加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在220℃-290℃下干燥10-12小時(shí)，降溫至1000℃-1180℃保溫2.5-5小時(shí)，降溫至550℃-620℃保溫2.5-5小時(shí)，降溫至220℃-290℃保溫1.0-2.5小時(shí)，自然降溫至室溫，封裝。在將各原料混合前，將鎂橄欖石研磨至細(xì)粉狀態(tài)，有助于各原料的均勻混合，將攪拌溫度設(shè)置在50℃下則有助于結(jié)合劑與增塑劑的分散均勻，使耐火材料各部分的組份組成均勻，性能穩(wěn)定，干燥后進(jìn)行煅燒，以除去鎂橄欖巖石中的灼減成份，同時(shí)分解得到燒結(jié)的氧化鎂。通過階段降溫的方式，實(shí)現(xiàn)耐火材料降至常溫，避免溫度驟降使某些組份發(fā)生晶形轉(zhuǎn)化，影響耐火材料的使用效果。本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明的耐火材料具有抗熱震性能好，抗侵蝕能力優(yōu)異，防結(jié)渣效果凸出的優(yōu)點(diǎn)：1）富鎂礦物在高溫下煅燒并分解得到燒結(jié)的氧化鎂，具有較高的耐火度，對(duì)堿性渣和鐵渣具有很好的抵抗性。2）氧化釔能夠使耐火材料的機(jī)體致密化，防止?fàn)t渣對(duì)耐火材料層的浸透3）碳化硅的熱膨脹系數(shù)小，可以提高耐火材料的抗熱震性，同時(shí)碳化硅高溫下在耐火材料層生成二氧化硅層膜，防止?fàn)t渣對(duì)耐火材料層的浸透，抑制爐渣等對(duì)耐火材料的腐蝕。4）膨潤(rùn)土在煅燒后形成的無(wú)水蒙脫石，能夠改變耐火材料表面的附著力，防止耐火材料表面附著熔渣等。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制：本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料均可以從市場(chǎng)上購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的，下述實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。本發(fā)明所用的鎂橄欖石的粒徑等級(jí)及相應(yīng)的質(zhì)量配比為：以鎂橄欖石的質(zhì)量為100%計(jì)，8-5mm20%-30%，5-3mm50%-65%，3-1mm10%-15%，小于1mm≤5%。本發(fā)明所用的結(jié)合劑的組成和相應(yīng)的質(zhì)量比例為：以結(jié)合劑的質(zhì)量為100%計(jì)，結(jié)合劑的組成和相應(yīng)的質(zhì)量比例為：硅微粉30%-50%，黏土50%-70%。本發(fā)明所用的結(jié)合劑的制備過程如下：按相應(yīng)的質(zhì)量比例分別取黏土和硅微粉，放入2倍黏土與硅微粉總質(zhì)量的乙二醇中，70℃下攪拌15分鐘，使黏土與硅微粉在乙二醇中分散均勻。本發(fā)明所用增塑劑的組成和相應(yīng)的質(zhì)量比例為：以增塑劑的質(zhì)量為100%計(jì)，膨潤(rùn)土50%-70%，羥丙基甲基纖維素30-50%。本發(fā)明所用增塑劑的制備過程如下：將膨潤(rùn)土研磨至能篩過200目以上的篩網(wǎng)，按相應(yīng)的質(zhì)量比例取研磨后的膨潤(rùn)土，加入3倍膨潤(rùn)土質(zhì)量的乙二醇，70℃下攪拌15分鐘，然后取對(duì)應(yīng)質(zhì)量比例的羥丙基甲基纖維素添加到膨潤(rùn)土的乙二醇懸浮液中，繼續(xù)70℃下攪拌30分鐘，使羥丙基甲基纖維素分散均勻。實(shí)施例1：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應(yīng)的質(zhì)量百分比為：鎂橄欖石40%，蛇紋石細(xì)粉30%，氧化釔10%，碳化硅10%，結(jié)合劑7%，增塑劑3%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進(jìn)行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網(wǎng)，按上述質(zhì)量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細(xì)粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結(jié)合劑，50℃下混合15分鐘，繼續(xù)加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在220℃下干燥10小時(shí)，經(jīng)1500℃煅燒2小時(shí)，降溫至1000℃保溫2.5小時(shí)，降溫至550℃保溫2.5小時(shí)，降溫至220℃保溫1.0小時(shí)，自然降溫至室溫，檢驗(yàn)，封裝。實(shí)施例2：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應(yīng)的質(zhì)量百分比為：鎂橄欖石50%，蛇紋石細(xì)粉20%，氧化釔15%，碳化硅5%，結(jié)合劑9%，增塑劑1%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進(jìn)行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網(wǎng)，按上述質(zhì)量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細(xì)粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結(jié)合劑，50℃下混合15分鐘，繼續(xù)加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在250℃下干燥11小時(shí)，經(jīng)1600℃煅燒2小時(shí)，降溫至1100℃保溫4小時(shí)，降溫至580℃保溫4小時(shí)，降溫至250℃保溫2.0小時(shí)，自然降溫至室溫，檢驗(yàn)，封裝。實(shí)施例3：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應(yīng)的質(zhì)量百分比為：鎂橄欖石55%，蛇紋石細(xì)粉23%，氧化釔5%，碳化硅7%，結(jié)合劑5%，增塑劑5%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進(jìn)行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網(wǎng)，按上述質(zhì)量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細(xì)粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結(jié)合劑，50℃下混合15分鐘，繼續(xù)加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在290℃下干燥12小時(shí)，經(jīng)1730℃煅燒2小時(shí)，降溫至1180℃保溫5小時(shí)，降溫至620℃保溫5小時(shí)，降溫至290℃保溫2.5小時(shí)，自然降溫至室溫，檢驗(yàn)，封裝。實(shí)施例1-3制備的耐火材料與對(duì)比例1的耐火材料的測(cè)試性能見表1，其中對(duì)比例1為市售的莫來(lái)石高鋁耐火材料。測(cè)試前將各耐火材料加入水和乳膠攪拌，然后以常規(guī)方式涂抹在測(cè)試柱上，經(jīng)干燥后測(cè)試，測(cè)試柱為石墨碳纖維布材質(zhì)所制，最高可承受2500℃高溫?？篃嵴鹦砸阅軌虺惺芩渑c1400℃之間的交變次數(shù)表示。耐腐蝕性以煉鋼爐渣在1400℃時(shí)進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)后的侵蝕尺寸表示，其中對(duì)比例1的測(cè)試結(jié)果為100，測(cè)試結(jié)果越大表示耐腐蝕性能越低。抗結(jié)渣性則以侵蝕試驗(yàn)后，煉鋼爐渣的滲透尺寸表示，其中對(duì)比例1的測(cè)試結(jié)果為100，測(cè)試結(jié)果數(shù)值越大表示抗結(jié)渣性越弱。表1——對(duì)比例1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3軟化溫度℃≥1680≥1750≥1750≥1750抗熱震性次38524348耐腐蝕性100705681抗結(jié)渣性100716079當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3