CN101607826A - 一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁橄榄石－C合成MgO－SiC－C质耐火材料及方法。所采用的技术方案是：先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(1～5)混合，再外加上述混合料4～10wt％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，压制成型后干燥；然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1530～1800℃，保温2～8小时，即得镁橄榄石－C合成MgO－SiC－C质耐火材料。本发明具有生产工艺相对简单、生产成本低、生产效率高、能降低高温合成反应的能耗、原料来源广泛的特点。所制备的MgO－SiC－C质耐火材料还具有优良的高温性能、抗侵蚀、耐用性好的优点。

Description

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料及方法

技术领域

本发明属于MgO-SiC-C质耐火材料技术领域。具体涉及一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料及方法。

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，但镁砂资源日益紧张，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。申请人申请的“镁橄榄石-炭合成的MgO-SiC-C质复合材料及其制备方法”(CN101306952A)专利技术，该技术是在还原气氛条件下进行高温反应而合成复合材料，由于需要提供还原气氛条件，一般就要采用碳粒保护，因此先要将反应原料或坯料装入耐高温匣钵内，四周填充碳粒将反应原料或坯料加以覆盖，使之在高温条件下产生还原气氛条件，以利于材料合成反应的进行并保护反应产物，这样就随之产生影响窑炉装载量的问题，也就是耐高温匣钵和填充碳粒占据了大量的窑炉内部空间，减少了反应原料或坯料的装窑量，因而影响生产效率；另外，生产过程中造成的耐高温匣钵的破损和填充碳粒的氧化烧蚀与撒落必然会增加生产成本；而且耐高温匣钵和填充碳粒每次在窑内被同时加热到1530～1800℃的高温也需要消耗大量热量，造成能源浪费，并且装拆耐高温匣钵和填充碳粒也同时增大了操作工人的劳动强度。

发明内容

本发明的任务是提供一种生产成本低、生产效率高、生产工艺相对简单、可降低高温合成反应的能耗的用镁橄榄石矿粉-炭合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法；用该方法所合成的MgO-SiC-C质耐火材料可保持材料优良的性能。

为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(1～5)混合，再外加上述混合料4～10wt％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，压制成型后干燥；然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1530～1800℃，保温2～8小时。其中：

干燥是：或在60～110℃条件下烘干12～24小时、或在室内自然干燥24～48小时；

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；

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、聚乙烯醇中的一种以上的混合料与水调制成的溶液。

由于采用上述技术方案，本发明采用惰性气体保护，不需要提供还原气氛条件，不需采用碳粒保护，直接将坯料装入高温窑炉中进行烧结，不需要耐高温匣钵和填充碳粒保护，由于取消了耐高温匣钵和保护碳粒，耐高温匣钵和填充碳粒占据的大量窑炉内部空间全部用于直接装坯料，极大地扩大了窑炉装载量，可大幅度提高生产效率。另外，同样因为再不需要耐高温匣钵和保护碳粒，也不存在生产过程中造成的耐高温匣钵破损和填充碳粒的氧化烧蚀与撒落等增加生产成本因素，可有效地降低生产成本；同样是因为再不需要耐高温匣钵和保护碳粒，也不存在生产过程中耐高温匣钵和填充碳粒每次在窑内被同时加热到1530～1800℃的高温而需要消耗大量热量的问题，可有效降低能源消耗。本发明为“镁橄榄石-炭合成的MgO-SiC-C质复合材料及其制备方法”(CN101306952A)专利技术的改进发明，简化了生产工艺、方便操作，加上取消了耐高温匣钵和保护碳粒，不需要每次装拆耐高温匣钵和填充碳粒，从而装窑简单方便，可减轻操作工人的劳动强度，故有利于简化生产工艺，方便生产。

同时，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质复合材料中，SiC是在该材料内部由镁橄榄石和C反应生成，与MgO结合良好，有利于提高材料性能。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。

因此，本发明生具有产成本低、生产效率高、生产工艺相对简单、可降低高温合成反应能耗的特点。所制备的MgO-SiC-C质耐火材料还保持材料优良的高温性能、耐侵蚀、耐用性。

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。

本具体实施方式以镁橄榄石矿粉和工业炭粉为主要原料，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。为简单和清晰起见，以下实施例将不赘述。

实施例1

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(1～1.5)混合，再外加上述混合料6～8wt％的木质素磺酸钠和木质磺酸钙的混合料与水调制成的溶液，搅拌10～30分钟，压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1550～1600℃，保温时间为5～6小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例2

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(1.5～2)混合，再外加上述混合料7～9wt％的亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉的混合料与水调制成的溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在60～90℃条件下烘干18～24小时后干燥。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1600～1650℃，保温时间为4～5小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例3

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2～2.5)混合，再加上述混合料7～8.5wt％的聚乙烯醇与水调制成的溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在室内自然干燥24～36小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1650～1700℃，保温时间为3～4小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例4

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2.5～3)混合，再加上述混合料4～5wt％的酚醛树脂，搅拌10～30分钟，压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1700～1750℃，保温时间为3～4小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例5

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质材料及方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(3～3.5)混合，再加上述混合料9～10wt％的木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和亚硫酸纸浆废液的混合料与水调制成的溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1750～1800℃，保温时间为2～3小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例6

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(3.5～4)混合，再加上述混合料4.5～5.5wt％的酚醛树脂，混碾10～30分钟，压制成型后在80～100℃条件下烘干16～24小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1530～1580℃，保温时间为7～8小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例7

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(4～4-5)混合，再加上述混合料8.5～10wt％的木质素磺酸钙与水调制成的溶液，搅拌10～30分钟，压制成型后在室内自然干燥36～48小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1550～1610℃，保温时间为6～8小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例8

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2～2.5)混合，再加上述混合料7～9wt％的亚硫酸纸浆废液与水调制成的溶液，搅拌10～30分钟，压制成型后在60～110℃条件下烘干12～24小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1600～1700℃，保温时间为6～7小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例9

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(3～3.3)混合，再加上述混合料8～9wt％的木质素磺酸钠与水调制成的溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1720～1780℃，保温时间为2～3小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例10

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2.5～3)混合，再加上述混合料7.5～8.5wt％的工业糊精粉与水调制成的溶液，混碾10～30分钟，压制成型后在室内自然干燥24～36小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1650～1700℃，保温时间为3～4小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例11

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2.5～3)混合，再加上述混合料7.5～9wt％的聚乙烯醇和工业糊精粉的混合料与水调制成的溶液，搅拌10～30分钟，压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1700～1750℃，保温时间为3～4小时，得镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料。

实施例12

一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法。先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(2.5～3)混合，再外加上述混合料8.5～10wt％的亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉和聚乙烯醇的混合料与水调制成的溶液，搅拌10～30分钟，压制成型后在90～110℃条件下烘干12～18小时。然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1550～1610℃，保温2～5小时。

本实施例1～8采用惰性气体保护，不需要提供还原气氛条件，不要采用碳粒保护，直接将坯料装入高温窑炉中进行烧结，不需要耐高温匣钵和填充碳粒保护。由于取消了耐高温匣钵和保护碳粒，耐高温匣钵和填充碳粒占据的大量窑炉内部空间全部用于直接装坯料，极大地扩大了窑炉装载量，可大幅度提高生产效率，由于不存在生产过程中造成的耐高温匣钵破损和填充碳粒的氧化烧蚀与撒落等增加生产成本因素，可有效地降低生产成本；也不存在生产过程中耐高温匣钵和填充碳粒每次在窑内被同时加热到1530～1800℃的高温而需要消耗大量热量的问题，可有效降低能源消耗。本具体实施方式为“镁橄榄石-炭合成的MgO-SiC-C质复合材料及其制备方法”(CN101306952A)专利技术的改进发明，有利于简化生产工艺、方便操作，加上取消了耐高温匣钵和保护碳粒，不需要每次装拆耐高温匣钵和填充碳粒，从而装窑简单方便，既可减轻操作工人的劳动强度。

同时，本具体实施方式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。

因此，本具体实施方式生具有产成本低、生产效率高、生产工艺相对简单、可降低高温合成反应能耗的特点。所制备的MgO-SiC-C质耐火材料还保持材料优良的高温性能、耐侵蚀、耐用性。

Claims (6)

1、一种镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法，其特征在于先将镁橄榄石矿粉和工业炭粉按摩尔比为1∶(1～5)混合，再外加上述混合料4～10wt％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，压制成型后干燥；然后在Ar气条件下烧结，烧结温度为1530～1800℃，保温2～8小时。

2、根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法，其特征在于所述的干燥是：或在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MgO-SiC-C质耐火材料的方法，其特征在于所述的镁橄榄石矿粉的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MgO-SiC-C质耐火材料的方法，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MgO-SiC-C质耐火材料的方法，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、聚乙烯醇中的一种以上的混合料与水调制成的溶液。

6、根据权利要求1～5项中任一项所述的镁橄榄石-C合成MgO-SiC-C质耐火材料的方法所合成的MgO-SiC-C质耐火材料。