CN101148366A - 耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液 - Google Patents
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Abstract
一种耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，解决现有技术中存在的干燥烘烤时间长，材料气孔率大，使用寿命较低等不足；溶液组成为(重量百分比)：SiO23～50％；Al2O32～50％；B2O30.01～50％；H2O25～70％。它是一种无机材料的溶胶，干燥后粒度是纳米级别；溶胶流动性好；一定时间后自动凝固，干燥和烧结过程中不爆不裂。高耐火相的溶胶浸渍后，浸渍后的制品常温干燥后即可使用，高温下可形成稳定的无机材料结合与填充相，因此浸渍后的耐火材料制品强度增加，结构致密；碳素制品抗氧化性、耐磨损性能得到改善。本发明易于操作，浸渍溶胶可堵塞气孔，提高材料的致密度、强度，改善材料的抗氧化性能与抗热破坏性能，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料或碳素材料的浸渍溶液，特别涉及一种耐火材料、碳素材料的浸渍处理技术。
背景技术
功能耐火材料及某些碳素制品在冶金工业中是制约现场生产的关键因素，如RH用耐火材料、水口、塞棒、耐火材料辊、棒、特种部位的砖、异型管件、碳辊、电极，这些材料的性能、结构决定其使用寿命的长短，通过配比和成型工艺很难达到理想的效果。使用浸渍方法，可以通过抽真空，将耐火材料或碳素制品内的气体抽出，将溶胶渗透入内，可以堵塞气孔，致密结构，提高强度，改善某些性能指标与使用性能。
国内外对功能耐火材料及某些碳素制品浸渍处理的方法报道不多，主要集中在用磷酸盐浸渍镁铬砖、碳辊和树脂处理滑板上。张蔚等[1]介绍SiC耐火材料浸渍AlPO4饱和溶液有利于材料性能的优化。梁训裕等[2]介绍以酚醛树脂取代沥青作为浸渍剂的情况，可进行冷态浸渍，减少环境污染，节省能耗。文献[3][4]介绍了国内外沥青浸渍的设备情况。文献[5]介绍用Cr(OH)3溶胶和Mg(OH)2-Cr(OH)3混合溶胶分别对炼铜炉用镁铬砖进行真空浸渍，耐压强度和体积密度略有升高，显气孔率显著下降，浸渍后试样抗侵蚀性提高。文献[6]公开了一种耐火材料或金属铸件的浸渍处理工艺，将耐火材料或金属铸件成品放入浸渍容器内抽真空浸渍，浸渍溶液为磷酸二氢铝液体或路塔芬F型树脂液体，采用上述浸渍工艺处理的耐火材料或金属铸件使用寿命提高2-5倍。文献[7]公开了一种炉底辊石墨碳套及其浸渍处理方法和专用设备。炉底辊石墨碳套由煅烧焦粉、结合剂、附加焦料所组成的原料，经过配料、混捏、压型、焙烧、高压浸渍、石墨化、机加工成型、化学处理、高温处理工序而成；化学处理阶段所选浸渍剂为金属磷酸盐，如磷酸二氢铝、磷酸二氢镁等；它们在堵塞石墨碳套基体气孔的同时还能在基体气孔内壁形成一层粘性保护膜，将O2-H2O等反应气体与基体石墨隔开，从而达到提高抗氧化性能的目的，使石墨碳套的使用温度提高到1050℃。经磷酸盐处理的石墨碳套的硬度比用铬酸处理的高，因而耐磨性能大大提高，可部分满足硅钢片热处理炉好温度区段的需要。
目前在耐火材料及碳素材料中所用较多的浸渍物质，几乎全部是稀酚醛树脂，以往用的是沥青，一般是用于滑板耐火材料、电极、碳辊等碳素材料，污染大，需要真空浸渍，浸渍的难度大，设备投资大，工作环境难以清理，工人劳动强度大，操作复杂；浸渍物质干燥后主要是碳堵塞气孔，对强度有一定提高，气孔率降低，但对于高温耐火材料，碳结合强度较低，耐磨损性能差。用磷酸浸渍粘土砖，酸性比较大，容易腐蚀浸渍设备用后的废磷酸处理容易污染环境；此类浸渍剂对于硅酸铝质的耐火材料效果较好，因为氧化铝可以与磷酸反应生产磷酸铝的胶体结合剂，干燥后强度有较大提高，耐火材料浸渍带入的P可能进入高炉铁水中影响不大；但对于RH真空用的镁铬砖，采用此类浸渍剂带入的P进入钢水或钢材中，对于炼钢产品质量有影响，同时单一的浸渍组成，很难与被浸渍形成致密的结合，在使用要求较严格的部位受到限制。用铬酸盐浸渍因六价铬有毒，多已禁止使用。因此，目前采用的压砖技术或等静压技术制造的碳素制品或耐火材料制品，在使用条件苛刻的条件下，仅仅依靠组成的变化，不能够改变物料内的多空隙存在，浸渍是一个使得结构致密性能改善的有效方法，但因为冶金行业现场比较复杂，浸渍后的产品需要干燥处理，浸渍是辅助手段不受重视，而简单的浸渍溶液效果有限，适应性不强，使其推广比较困难。目前使用浸渍比较多的还是用树脂或沥青处理滑板、电极。
发明内容
本发明的目的提供一种耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，解决现有技术中存在的有机树脂浸渍液较多，单一组分浸渍溶液较多，对于高温使用材料效果不理想，材料气孔率大，使用寿命较低等不足的问题，通过无机复合的浸渍溶液，可以使得被浸渍物内高温下形成可以致密烧结的材料，提高材料的耐磨损性能，使得材料内气孔率降低，结构致密。
本发明的技术方案是：耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于所述的溶胶组成重量百分比为：SiO23～50％；Al2O32～50％；B2O30.01～50％；H2O25～70％；
所述的SiO2、Al2O3的量是硅溶胶、铝溶胶中的有效成分量，B2O3的量是硼砂或硼酸的中的有效成分量；
当溶液为酸性时加入小于30％的P2O5；所述P2O5的量是磷酸二氢铝或磷酸中的有效成分量；
当溶液为碱性时加入小于5％的Na2O+K2O；所述的Na2O的量是三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠或硼砂中的有效成分量；K2O的量是硅酸钾中的有效成分量；
上述组分总合等于100％。
如上所述的耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于：
SiO2 10～45％；Al2O3 2～35％；B2O3 0.01～30％；H2O 25～70％。
如上所述的耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于：溶胶干燥后粒度是纳米级别。
本发明的原理如下：对于碳素材料，提供的是复合的无机溶胶浸渍溶液，它的渗透能力比树脂和沥青强，干燥后形成的无机物质的薄膜而非碳质的结合堵孔材料，因此在高温下使用时，无机物质的薄膜可以烧结成为致密的陶瓷结合材料，因此浸渍后的耐火材料制品强度增加，结构致密；浸渍后的碳素制品抗氧化性、耐磨损性能得到改善；这就可以提高某些精炼用耐火材料制品、高温电极、碳素辊棒的使用寿命，改善钢铁工业中某些关键处理设备的使用条件与效果。而对于耐火材料的浸渍溶液，回避了单一的磷酸或磷酸盐的浸渍带入P的弊端，增强结合的效果，引入抗侵蚀抗热破坏的新组成进入砖的孔隙中，弥补压砖技术的不足。这类浸渍溶液对于精炼用耐火材料(比如RH处理用镁铬砖、耐磨损的冲击砖)非常有效，对于普通的粘土砖、高铝砖、刚玉砖，效果也较好，但需要综合考虑成本。同时由于本浸渍液可以采用甲、乙、丙不同组成的包装，因此使用时可以根据不同的浸渍材料进行不同比例的混配，适用范围较以往的技术更有推广价值。
本发明的特点在于耐火材料及碳素材料采用浸渍处理的溶液组成为(重量百分比)：SiO2 3～50％；Al2O3 2～50％；B2O3 0.01～50％；H2O 25～70％。进行浸渍处理的是一种无机材料的溶胶，干燥后粒度是纳米级别；溶胶流动性好；一定时间后自动凝固，干燥和烧结过程中不爆不裂。高耐火相的溶胶浸渍后，浸渍后的制品常温干燥后即可使用，高温下可形成稳定的无机材料结合与填充相，因此浸渍后的制品强度大幅增加，抗爆裂性好、寿命长，溶胶形成的薄膜可减缓或防止碳素氧化，改善了材料的抗氧化性能与抗热破坏性能，使用寿命提高。
具体实施方式
通过以下实施例说明本发明的构思及科学原理，但不应认为本发明仅限于下述实施例中所涉及的材料及组成。
实施例1：浸渍用溶液组成为(重量百分比)：SiO2 25％；Al2O3 12％；P2O5 13％；B2O3 3％；H2O 57％。配方中采用硅溶胶与磷酸二氢铝、磷酸铝溶液加入硼酸复合配制，配比量为上述物料中的有效成分量。
按照组成配比，配置好溶液，将需要浸渍的碳辊制品放入特制的容器，抽真空，加入浸渍溶液，经过一定时间后，取出，烘烤干燥，即可投入使用。某些制品需要再烧成处理的，按照烧成温度制度进行。
从已经进行的实验看，本发明的耐火材料与碳素制品浸渍溶液通过处理可以降低碳辊材料的气孔率，提高其密度。测其性能结果见附表。
实施例2：浸渍用溶液组成为(重量百分比)：SiO2 36％；Al2O3 10％；P2O5 6％；B2O3 1％；H2O 57％。配方中采用硅溶胶与铝溶胶、磷酸铝溶液加入硼酸复合配制。
按照组成配比，配置好溶液，将需要浸渍的碳素电极制品放入特制的容器，抽真空，加入浸渍溶液，经过一定时间后，取出，烘烤干燥，即可投入使用。某些制品需要再烧成处理的，按照烧成温度制度进行。处理后可以改善材料的抗氧化性能，测其结果见附表。
实施例3：浸渍用溶液组成为(重量百分比)：SiO2 28％；Al2O3 5％；B2O3 1.5％；Na2O+K2O 0.5％；H2O 75％。配方中采用硅溶胶与铝溶液加入硼酸钠、硅酸钠钾复合配制。
按照组成配比，配置好溶液，将需要浸渍的高铝砖放入特制的容器，抽真空，加入浸渍溶液，经过一定时间后，取出，烘烤干燥，即可投入使用。某些制品需要再烧成处理的，按照烧成温度制度进行。
从进行的实验看，本发明可以降低材料的气孔率，提高其密度、强度，改善抗氧化性。测其性能结果见附表。
附表
| 性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 耐压强度(MPa)1500℃×3h处理 | 浸渍前 | - | - | 66.92 |
| 浸渍后 | - | - | 83.63 | |
| 气孔率(％) | 浸渍前 | 27.31 | - | 22.64 |
| 浸渍后 | 25.23 | - | 19.84 | |
| 体积密度(g/cm3) | 浸渍前 | 1.69 | - | 2.67 |
| 浸渍后 | 1.71 | - | 2.69 | |
| 氧化失重率(1300℃，％) | - | -23.56％(与空白样对比) | - | |
| 氧化失重率(1500℃，％) | - | -20％(与空白样对比) | - | |
Claims (3)
1.耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于所述的溶胶组成重量百分比为：SiO2 3～50％；Al2O3 2～50％；B2O3 0.01～50％； H2O 25～70％；
所述的SiO2、Al2O3的量是硅溶胶、铝溶胶中的有效成分量，B2O3的量是硼砂或硼酸的中的有效成分量；
当溶液为酸性时加入小于30％的P2O5；所述P2O5的量是磷酸二氢铝或磷酸中的有效成分量；
当溶液为碱性时加入小于5％的Na2O+K2O；
所述的Na2O的量是三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠或硼砂中的有效成分量；K2O的量是硅酸钾中的有效成分量；
上述组分总合等于100％。
2.如权利要求1所述的耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于所述的溶胶组成重量百分比也可以为：
SiO2 10～45％；Al2O3 5～35％；B2O3 0.01～30％； H2O 25～70％。
3.如权利要求1或2所述的耐火材料及碳素材料的浸渍处理溶液，其特征在于：溶胶干燥后粒度是纳米级别。
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