耐火材料及其制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐火材料領(lǐng)域，特別是一種鎂碳材質(zhì)的耐火材料及其制備方法。【【背景技術(shù)】】
[0002]含有石墨、浙青、炭黑或酚醛樹脂等碳原料的耐火材料，耐熱性優(yōu)異，因此被廣泛地用于鋼鐵、有色金屬、水泥、焚燒爐、和廢棄物熔融爐等應(yīng)用，例如鎂碳磚，由于有效地利用了鎂砂的抗渣侵蝕能力及碳的高導(dǎo)熱性及低膨脹性，補(bǔ)償了鎂砂耐剝落性差的最大缺點(diǎn)，常被用來作為轉(zhuǎn)爐、鋼包爐、混鐵車或真空脫氣爐等內(nèi)襯材料的磚。在歐洲，鎂碳磚主要用加熱液化的浙青作結(jié)合劑，把物料加熱到150°c左右，在加熱狀態(tài)下完成混煉、成型的過程，一般被稱為熱成型鎂碳磚；熱成型鎂碳磚的抗氧化性及抗熱震性俱佳，但是制作過程中需要使用普通浙青作為結(jié)合劑，但普通浙青中含1%左右致癌的苯并(a)芘，在生產(chǎn)、烘烤、使用過程中浙青受熱會排出大量含有苯并(a)芘的有毒煙霧，對人的健康及環(huán)境有嚴(yán)重危害，同時，由于材質(zhì)因素，一般熱成型鎂碳磚在結(jié)構(gòu)韌性部分也有很大的缺點(diǎn)，因此，急需提供低苯并(a)芘且具有高結(jié)構(gòu)韌性的鎂碳成份耐火材料。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種耐火材料的制備方法，包含下列步驟:
[0004](I)制備碳質(zhì)結(jié)合劑,碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烴類溶劑，將固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑混合形成碳質(zhì)結(jié)合劑；
[0005](2)將鎂砂粗粒、石墨、鎂砂細(xì)粉與添加劑的混合粉按比例及順序加入碳質(zhì)結(jié)合劑中，并進(jìn)行碾混形成耐火原料；
[0006](3)將耐火原料高壓成型后進(jìn)行熱處理。
[0007]更進(jìn)一步的，上述鎂砂粗粒粒徑介于0.8mm?3.2mm之間，且鎂砂粗粒占整體55%?70%重量份，鎂砂細(xì)粉粒徑不大于0.08mm,且鎂砂細(xì)粉占整體20%?28%重量份。
[0008]更進(jìn)一步的，石墨占整體8%?20%重量份。
[0009]更進(jìn)一步的，固態(tài)結(jié)合劑占整體0.5%?4%重量份，液態(tài)結(jié)合劑占整體1.5%?4%
重量份。
[0010]更進(jìn)一步的，液態(tài)結(jié)合劑選自煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉。
[0011]更進(jìn)一步的，添加劑選自金屬鋁粉、硅粉、鋁鎂合金粉或SiC粉，且粒度小于100目。
[0012]更進(jìn)一步的，包含加入分散劑及偶聯(lián)劑，分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑；偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
[0013]本發(fā)明再提供一種耐火材料，包含:碳質(zhì)結(jié)合劑，碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)芘低于500mg/kg的芳香烴類溶劑；鎂砂粗粒55%?70%重量份，鎂砂粗粒粒徑介于0.8mm?3.2mm之間；鎂砂細(xì)粉20%?28%重量份，鎂砂細(xì)粉粒徑不大于0.08mm ;石墨8%?20%重量份；添加劑1%?5%重量份；分散劑及偶聯(lián)劑。
[0014]上述耐火材料中，芳香烴類溶劑可為煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉。
[0015]更進(jìn)一步的，分散劑可為陰離子性表面活性劑或高分子型表面活性劑，陰離子性表面活性劑為鎂砂粗粒及鎂砂細(xì)粉的1%?10%，高分子型表面活性劑為石墨的10%?30%，偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑，占整體0.5%?3%重量份。
[0016]因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種耐火材料及其制備方法，由于采用低苯并(a)芘低的碳質(zhì)結(jié)合劑，減少耐火材料在使用或制造過程中對人體及環(huán)境的危害。
[0017]本發(fā)明的再一目的在于提供一種耐火材料及其制備方法，由于在耐火材料及制備方法中加入分散劑及偶聯(lián)劑，使得耐火材料的耐熱性及結(jié)構(gòu)韌性得到提升。
【【具體實施方式】】
[0018]本發(fā)明主要揭露一種耐火材料及其制備方法，其中所用的基本材料及制備方法除特別說明外，應(yīng)已為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，故以下文中的說明，不再對耐火材料成分作完整描述，在先說明。
[0019]首先，本發(fā)明提供一種耐火材料的制備方法，包含下列步驟:
[0020](I)制備碳質(zhì)結(jié)合劑,碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烴類溶劑，芳香烴類溶劑可為煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉；將固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑混合形成碳質(zhì)結(jié)合劑，其中固態(tài)結(jié)合劑占整體0.5%?4%重量份，液態(tài)結(jié)合劑占整體1.5%?4%重量份。
[0021](2)將鎂砂粗粒加入前述的碳質(zhì)結(jié)合劑之后進(jìn)行碾混，鎂砂粗粒選擇純度在95?99%,占整體55%?70%重量份,且粒徑介于0.8mm?3.2mm之間；再加入石墨進(jìn)行碾混,石墨占整體8%?20%重量份；再將鎂砂細(xì)粉與添加劑的混合粉加入進(jìn)行混練，鎂砂細(xì)粉占整體20%?28%重量份，且粒徑不大于0.08mm,添加劑可選自金屬鋁粉、硅粉、鋁鎂合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；再將分散劑及偶聯(lián)劑加入混合，分散劑可以是陰離子性表面活性劑或高分子型表面活性劑，如為陰離子性表面活性劑，則占鎂砂組分的I?10%，更優(yōu)選的為2-5%，若為高分子型表面活性劑，則占石墨的10-30%，更為優(yōu)選10-20% ;偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑占整體組份0.5%?3%。
[0022]在步驟中添加陰離子性表面活性劑，可增加材料中液體部分對鎂砂的潤濕性，添加高分子型表面活性劑，可增加體系中液體部分對石墨、炭黑等炭素組分的潤濕性，而鈦酸酯類偶聯(lián)劑可改善體系中有機(jī)組分和無機(jī)組分的相容性，提高整個物料體系的勻質(zhì)性，可以提升磚坯的致密化，能抑制氧和氧化物向磚內(nèi)侵入，有助于抑制碳的氧化，提高鎂碳磚的使用壽命，從而提升材料整體性能。
[0023](3)將耐火原料高壓成型后進(jìn)行熱處理，熱處理溫度控制在攝氏150?250度，熱處理時間為24?32小時。
[0024]接著，本發(fā)明再提出一種耐火材料，包含有碳質(zhì)結(jié)合劑、鎂砂粗粒、鎂砂細(xì)粉、石墨、添加劑、分散劑及偶聯(lián)劑。其中，碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烴類溶劑，芳香烴類溶劑可為煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉；鎂砂粗粒占55%?70%重量份，鎂砂粗粒粒徑介于0.8mm?3.2mm之間；鎂砂細(xì)粉占20%?28%重量份，且粒徑不大于0.08mm ;石墨占8%?20%重量份；添加劑占1%?5%重量份，可為金屬鋁粉、硅粉、鋁鎂合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；分散劑為陰離子性表面活性劑或高分子型表面活性劑，若為陰離子性表面活性劑，為鎂砂粗粒及鎂砂細(xì)粉的1%?10%，若為高分子型表面活性劑，為石墨的10%?30% ;偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑，占0.5%?3%。
[0025]本發(fā)明耐火材料中的碳質(zhì)結(jié)合劑，加入了芳香烴類溶劑，使原本固態(tài)結(jié)合劑可石墨化煤浙青的熱混料及熱成型可以變?yōu)槌鼗炝霞俺爻尚?，并可控制結(jié)合劑的結(jié)焦值含量范圍較大；此外，本發(fā)明采用低苯并(a)芘的固態(tài)結(jié)合劑，進(jìn)一步可將苯并(a)芘控制在50ppm以內(nèi)，達(dá)到德國和歐洲的要求標(biāo)準(zhǔn)，并減少耐火材料在使用或制造過程中對人體及環(huán)境的危害，將耐火材料應(yīng)用在高溫爐時可改善爐前的環(huán)境、降低大氣中有機(jī)污染物的濃度；再者，由于在耐火材料中加入分散劑及偶聯(lián)劑，使得耐火材料的耐熱性及結(jié)構(gòu)韌性得到提升，加熱時，結(jié)合劑軟化轉(zhuǎn)移到氣孔中，提高結(jié)合強(qiáng)度；炭化前，結(jié)合劑軟化，有利于耐火材料壓力吸收，提高加熱過程中的抗剝落性；所采用的固態(tài)和液態(tài)結(jié)合劑均為可石墨化的結(jié)合劑，石墨化炭化程度高，有利于提高耐火材料的抗氧化性及結(jié)構(gòu)韌性，作為鎂碳磚材料上具有相當(dāng)好的材料性能。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；同時以上的描述，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｉT人士應(yīng)可明了及實施，因此其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求中。
【主權(quán)項】
1.一種耐火材料的制備方法，其特征在于包含下列步驟: (1)制備碳質(zhì)結(jié)合劑，所述碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，所述固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,所述液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烴類溶劑，將所述固態(tài)結(jié)合劑及所述液態(tài)結(jié)合劑混合形成所述碳質(zhì)結(jié)合劑； (2)將鎂砂粗粒、石墨、鎂砂細(xì)粉與添加劑的混合粉按比例及順序加入所述碳質(zhì)結(jié)合齊U，并進(jìn)行碾混形成耐火原料； (3)將耐火原料高壓成型后進(jìn)行熱處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述液態(tài)結(jié)合劑選自煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯及喹啉所構(gòu)成的群組。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述鎂砂粗粒粒徑介于0.8mm?3.2mm之間，且所述鎂砂粗粒占整體55%?70%重量份，所述鎂砂細(xì)粉粒徑不大于0.08mm,且所述鎂砂細(xì)粉占整體20%?28%重量份。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述石墨占整體8%?20%重量份。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述固態(tài)結(jié)合劑占整體0.5%?4%重量份，所述液態(tài)結(jié)合劑占整體1.5%?4%重量份。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述添加劑選自金屬鋁粉、硅粉、鋁鎂合金粉及SiC粉，且粒度小于100目。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:進(jìn)一步包含加入分散劑及偶聯(lián)劑，所述分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。8.—種耐火材料，其特征在于:所述耐火材料包含: 碳質(zhì)結(jié)合劑，所述碳質(zhì)結(jié)合劑包括固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑，所述固態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,所述液態(tài)結(jié)合劑為苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烴類溶劑； 鎂砂粗粒55%?70%重量份，所述鎂砂粗粒粒徑介于0.8mm?3.2mm之間； 鎂砂細(xì)粉20%?28%重量份，所述鎂砂細(xì)粉粒徑不大于0.08mm ； 石墨8%?20%重量份； 添加劑1%?5%重量份； 分散劑及偶聯(lián)劑，所述分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耐火材料，其特征在于:所述液態(tài)結(jié)合劑選自煤焦油、蒽油、洗油、輕油、萘油、糠醛、甲苯及喹啉所構(gòu)成的群組。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耐火材料，其特征在于:所述陰離子性表面活性劑為所述鎂砂粗粒及所述鎂砂細(xì)粉的1%?10%，所述高分子型表面活性劑為所述石墨的10%?30%，所述鈦酸酯類偶聯(lián)劑，占整體0.5%?3%重量份。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐火材料及其制備方法，包含苯并(a)芘低于500mg/kg的固態(tài)結(jié)合劑、苯并(a)芘低于500mg/kg的液態(tài)結(jié)合劑、鎂砂組份、石墨、添加劑、分散劑及偶聯(lián)劑，先將固態(tài)結(jié)合劑及液態(tài)結(jié)合劑制備成碳質(zhì)結(jié)合劑后，再依比例順序加入上述各種組份，最后將原料成型后進(jìn)行熱處理即可得到耐火材料，具有低苯并(a)芘、抗氧化性高及結(jié)構(gòu)韌性佳等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C04B35/66
【公開號】CN104944969
【申請?zhí)枴緾N201410126436
【發(fā)明人】趙希娟, 鄭旗, 范詠蓮, 錢雷
【申請人】中冶建筑研究總院有限公司, 中國京冶工程技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月31日