CN101306952A - 镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法 - Google Patents

镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以镁橄榄石和C合成的MgO－SiC－C质材料及其制备方法。所采用的技术方案是：按摩尔比先将1～4mol的镁橄榄石矿粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4～10％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，经压制成型后干燥。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时，得MgO－SiC－C质复合材料。本发明所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰富，不仅可有效解决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。所制备的MgO－SiC－C质复合材料，可保持材料优良的性能，能减缓材料的蚀损，使用寿命延长。

Description

镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法
技术领域
本发明属于以镁橄榄石(2MgO·SiO2)、工业炭粉(C)为基料的复合材料领域，尤其涉及一种以镁橄榄石和C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法。
背景技术
MgO-SiC-C质复合材料具有优良的耐高温性能和热稳定性能，可用于有色金属和钢铁冶炼设备，也可以制备成优质的耐高温隔热保温材料和高温窑炉的墙体材料，尤其适用于生产低碳钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，取代MgO-C质材料，有利于钢的质量，具有良好的使用效果。
MgO-SiC-C质复合材料现有的生产制备方法是用镁砂和工业SiC为主要原料，以酚醛树脂为结合剂，采用机械混合后再经压力机械压制成型而生产的(如ZL200610019553.7)，这类方法的优点是以工业SiC代替石墨(C)，以保证材料的抗侵蚀性和抗热震性能，问题是镁砂资源日益紧张，镁砂和工业SiC的市场价格越来越高，MgO-SiC-C质复合材料的生产成本也随之不断提高；另外，MgO和SiC是通过酚醛树脂结合的，酚醛树脂在高温下的结合作用较差，影响材料的高温强度和抗冲刷性。
发明内容
本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低、工艺简单的用镁橄榄石矿粉和工业C粉制备MgO-SiC-C质复合材料的方法；用该方法所制备的MgO-SiC-C质复合材料可降低成本、保持材料优良的性能。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：按摩尔比先将1～4mol的镁橄榄石矿粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4～10％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，经压制成型后干燥。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其中：
所述的干燥是在60～110℃条件下烘干12～24小时，或在室内自然干燥24～48小时；
所述的镁橄榄石矿粉的MgO含量≥38％，粒度为0.2～0mm；
所述的工业炭粉的C含量≥80％，粒度为0.1～0mm；
所述的结合剂或为酚醛树脂，或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种结合剂或一种以上的混合剂；除酚醛树脂外，结合剂使用时先调制为水溶液。
由于采用上述技术方案，本发明所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰富，不仅可有效解决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。
本发明所制备的MgO-SiC-C质复合材料中，SiC是在该材料内部由镁橄榄石和C反应生成的，与MgO结合良好，有利于提高材料的性能。SiC不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温使用条件下部分SiC氧化变成气态SiO迁移到砖的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO2，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料表层致密化，阻止渣的渗透，能减缓材料的蚀损，使用寿命延长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.3mol的镁橄榄石矿粉和3～3.5mol的C粉混合，外加上述混合料7～8wt％的木质素磺酸钠与磺酸钙并调制为水溶液，搅拌10～30分钟，经压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1680～1700℃，保温时间为3～4小时，得MgO-SiC-C质复合材料。
其中：镁橄榄石矿粉的MgO含量≥38％，粒度为0.2～0mm；工业炭粉的C含量≥80％，粒度为0.1～0mm。
实施例2
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.5mol的镁橄榄石矿粉和3.5～4mol的C粉混合，外加上述混合料7～7.8wt％的木质素磺酸钠与磺酸钙并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时后干燥。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1650～1700℃，保温时间为2～3小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例3
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.5mol的镁橄榄石矿粉和4～4.5mol的C粉混合，外加上述混合料8～9wt％的亚硫酸纸浆废液并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在室内自然干燥24～36小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1500～1550℃，保温时间为6～7小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例4
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.6mol的镁橄榄石矿粉和4.5～4.8mol的C粉混合，外加上述混合料5.5～6.5wt％的酚醛树脂，搅拌10～30分钟，经压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1580～1620℃，保温时间为4～5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例5
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.6mol的镁橄榄石矿粉和4.8～5mol的C粉混合，外加上述混合料9～10wt％的亚硫酸纸浆废液并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1600℃，保温时间为5～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例6
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1～1.8mol的镁橄榄石矿粉和5～6mol的C粉混合，外加上述混合料6～6.5wt％的酚醛树脂，混碾10～30分钟，经压制成型后80～100℃条件下烘干16～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1550℃，保温时间为6～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例7
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1.8～2mol的镁橄榄石矿粉和3～4mol的C粉混合，外加上述混合料5.5～6.5wt％的木质素磺酸钠并调制为水溶液，搅拌10～30分钟，经压制成型后在室内自然干燥36～48小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1500～1550℃，保温时间为6～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例8
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1.8～2.2mol的镁橄榄石矿粉和4～5mol的C粉混合，外加上述混合料4～10wt％的酚醛树脂，搅拌10～30分钟，经压制成型后在60～110℃条件下烘干12～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1600～1700℃，保温时间为4～6小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1.
实施例9
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2～2.5mol的镁橄榄石矿粉和5～5.5mol的C粉混合，外加上述混合料4～10wt％的木质素磺酸钙并调制为水溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1630～1680℃，保温时间为4～5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例10
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2.5～2.8mol的镁橄榄石矿粉和5.5～6mol的C粉混合，外加上述混合料6～7wt％的亚硫酸纸浆废液并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在90～110℃条件下烘干12～20小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1650～1780℃，保温时间为3～4小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例11
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2.8～3mol的镁橄榄石矿粉和4～4.8mol的C粉混合，外加上述混合料7～7.5wt％的木质素磺酸钠并调制为水溶液后混碾10～30分钟，经压制成型后在70～100℃条件下烘干16～22小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例12
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3～3.5mol的镁橄榄石矿粉和5～6mol的C粉混合，外加上述混合料5～6wt％的亚硫酸纸浆废液并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在60～110℃条件下烘干12～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1550～1600℃，保温时间为5～6小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例13
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.3～3.8mol的镁橄榄石矿粉和4～5mol的C粉混合，外加上述混合料4～5wt％的工业糊精粉并调制为水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1530～1580℃，保温时间为7～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例14
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.8～4mol的镁橄榄石矿粉和3～4mol的C粉混合，外加上述混合料4～10wt％的木质素磺酸钠并调制为水溶液后混碾10～30分钟，经压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例15
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.5～4mol的镁橄榄石矿粉和5～5.5mol的C粉混合，外加上述混合料5.5～6.5wt％的聚乙烯醇并调制为水溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在室内自然干燥30～40小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1600～1650℃，保温时间为4～5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
实施例16
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.6～4mol的镁橄榄石矿粉和5.5～6mol的C粉混合，外加上述混合料5.5～6.3wt％的工业糊精粉并调制成的水溶液，混碾10～30分钟，经压制成型后在60～110℃条件下烘干12～24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1650～1700℃，保温时间为3～4小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。
本实施例1～16所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰富，不仅可有效解决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。
本实施例1～16所制备的MgO-SiC-C质复合材料中，SiC是在该材料内部由镁橄榄石和C反应生成的，与MgO结合良好，有利于提高材料的性能。SiC不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温使用条件下部分SiC氧化变成气态SiO迁移到砖的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO2，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料表层致密化，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。

Claims (6)

1、一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于按摩尔比先将1～4mol的镁橄榄石矿粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4～10％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，经压制成型后干燥，然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时。
2、根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于所述的干燥是在60～110℃条件下烘干12～24小时，或在室内自然干燥24～48小时。
3、根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于所述的镁橄榄石的MgO含量≥38％，粒度为0.2～0mm。
4、根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于所述的工业炭粉的C含量≥80％，粒度为0.1～0mm。
5、根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂或为酚醛树脂，或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种结合剂或一种以上的混合剂：除酚醛树脂外，其他结合剂使用时先调制为水溶液。
6、根据权利要求1～5项中任一项所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法所制备的MgO-SiC-C质复合材料。
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Assignee: Yichang Kebo Refractory Material Co.,Ltd.

Assignor: Wuhan University of Science and Technology

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