CN103755364A

CN103755364A - 石墨复合耐火材料

Info

Publication number: CN103755364A
Application number: CN201310743037.9A
Authority: CN
Inventors: 张雪松; 俞晓东
Original assignee: JIANGSU SUJIA GROUP NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU SUJIA GROUP NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明涉及一种石墨复合耐火材料，其配方按重量份数计为：表面涂覆石墨2-30份、耐火骨料65-95份、结合剂2.5-5份。耐火骨料为镁砂、氧化铝质刚玉、氧化锆、镁铝尖晶石和碳化硅中的一种或几种。结合剂为酚醛树脂或糠醛树脂。本发明的石墨复合耐火材料中抗氧化剂包覆在石墨的表面，抗氧化效果更显著，抗氧化剂和耐火骨料相隔离，不直接接触，高温下不易生成低熔点产物，有利于提高耐火材料的耐高温性能。

Description

石墨复合耐火材料

技术领域

本发明涉及一种石墨复合耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。

背景技术

碳复合耐火材料是由两种或是两种以上不同性质的耐火氧化物和碳素材料及非氧化物材料为原料，含碳有机物作为结合剂而制成的一种多相复合耐火材料。采用的氧化物主要有MgO、Al₂O₃、ZrO₂和MgAl₂O₄,碳主要是天然石墨，非氧化物主要为Al、Si、Mg等金属，AlSi、AlMg类的合金以及SiC、B₄C一类的化合物，然后通过添加树脂或沥青等结合剂加以成型，即可得到由氧化物、碳、非氧化合物以及结合剂组成的复合耐火材料。

石墨的熔点超过3500℃，热膨胀率系数比较低，石墨和MgO Al₂O₃ZrO₂MgAl₂O₄和SiC等物质在高温下不相容，因此有助于提高碳复合耐火材料的耐高温性能和抗热震性。石墨复合耐火材料在高温下易被氧化，这极大的限制了其使用寿命和用途，因此需要添加抗氧化剂来延缓碳被氧化。常用的抗氧化剂有金属铝、铝镁合金、铝硅合金、金属硅、碳化硅、碳化硼等。抗氧化剂通常分散在碳复合耐火材料的基质中，这极易造成耐火材料的耐高温性能降低，如MgO-C砖中添加Al、Si、B等元素都会不可避免的和MgO反应，生成低熔点物；部分抗氧化剂还会导致耐火制品的体积变化，降低高温稳定性，如在镁碳砖中添加铝，镁砂和铝高温接触反应生成镁铝尖晶石，产生显著的体积膨胀，降低了镁碳砖的抗热震性。

发明内容

本发明的目的在于克服石墨复合耐火材料中由于抗氧化剂的添加导致耐火材料的耐高温性及抗热震性能降低的缺点，提供一种抗氧化剂包覆在石墨表面的新型石墨复合耐火材料。

本发明采用的技术方案如下：一种石墨复合耐火材料，其配方按重量份数计为：表面涂覆石墨2-30份、耐火骨料65-95份、结合剂2.5-5份。

进一步的，所述耐火骨料为电熔镁砂、氧化铝质刚玉、氧化锆、镁铝尖晶石和碳化硅中的一种或几种。

进一步的，所述结合剂为酚醛树脂或糠醛树脂。

进一步的，所述表面涂覆石墨的制备方法如下：在液态涂覆结合剂中加入石墨和抗氧化剂，所述石墨和抗氧化剂按重量比为100:1-100:45，搅拌均匀后过滤，将过滤后的固体物质通过热风烘干机烘干并使涂覆结合剂硬化，得到表面涂覆石墨。

进一步的，所述液态涂覆结合剂包括结合剂和溶剂，溶剂为水或乙醇；所述液态涂覆结合剂中溶剂的含量为70-90%。

抗氧化剂和石墨相对于液态涂覆结合剂的加入量没有特别的要求，只要将石墨和抗氧化剂浸入液态涂覆结合剂后，能够搅拌均匀，并在石墨表面浸涂一层含有结合剂的涂层就行。

通过调节溶剂的种类和含量可以调节涂覆液的粘度，进而影响涂覆层的厚度。

进一步的，所述抗氧化剂为金属铝、金属硅、铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、碳化硼、碳化硅中的一种或几种。

进一步的，所述氧化铝质刚玉包括板状刚玉。

进一步的，所述镁砂包括电熔镁砂。

本发明的石墨复合耐火材料中抗氧化剂包覆在石墨的表面，抗氧化效果更显著，抗氧化剂和耐火骨料被隔离，不直接接触，高温下不易生成低熔点产物，有利于减少抗氧化剂带来的副作用。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步描述。（下述实施例中的含量均为重量份数计）

实施例一：

步骤一：表面涂覆石墨的制备方法：取1000升甲阶酚醛树脂的水溶液（其中含水80%，其余为甲阶酚醛树脂），加入-197石墨100kg、1000目的碳化硼1kg搅拌后过滤。将过滤得到的固体加入热风烘干机中烘干，使甲阶酚醛树脂硬化得到表面涂覆石墨。

步骤二：将72.5份电熔镁砂、15份镁铝尖晶石、10份涂覆石墨和2.5份酚醛树脂结合剂混合得到泥料，然后将泥料加入模具中加压成型得到砖坯后烘烤硬化即可制得镁碳砖。

该镁铝碳砖和传统产品相比，其中碳化硼含量低，碳化硼覆盖在石墨周围，更有效的防止石墨被氧化。碳化硼不直接和镁砂接触。高温下不容易产生低熔点的硼酸镁。有利于提高抗侵蚀性。

该砖的理化指标如下：

耐压强度	高温抗折强度	抗氧化脱碳层
			常温	1400℃×0.5h	1000℃×3h
65MP	10MP	4mm

实施例二：

步骤一：表面涂覆石墨的制备方法：取500升甲阶酚醛树脂的乙醇溶液（其中含乙醇80%，其余为甲阶酚醛树脂），加入-197石墨100kg、400目的铝粉15kg、325目的铝镁合金5kg、325目的铝锌合金5kg搅拌后过滤。将过滤得到的固体加入热风烘干机中烘干，使甲阶酚醛树脂硬化得到表面涂覆石墨。

步骤二：将65份电熔镁砂、30份涂覆石墨和5份糠醛树脂结合剂混合得到泥料，将泥料加入模具中加压成型得到砖坯后烘烤硬化即可制得镁碳砖。

该产品和传统镁碳砖相比，抗氧化剂覆盖在石墨周围，更有效的防止石墨被氧化。铝不直接和镁砂接触，镁砂的耐高温性受影响少，且高温下形成镁铝尖晶石的过程被阻碍，可以降低镁碳砖的热膨胀，有利于提高镁碳砖的抗热震性。

该砖的理化指标如下：

耐压强度	高温抗折强度	抗氧化脱碳层	高温线变化
				常温	1400℃×0.5h	1000℃×3h	1500℃×3h
40MPa	20MPa	3.5mm	0.6%

实施例三：

步骤一：表面涂覆石墨的制备方法：取1000升糠醛树脂的乙醇溶液（其中含乙醇70%，其余为糠醛树脂），加入100目的96%纯度的石墨100kg、800目的碳化硅15kg、1000目的铝硅合金30kg搅拌后过滤。将过滤得到的固体加入热风烘干机中烘干，使糠醛树脂硬化得到表面涂覆石墨。

步骤二：将90份板状刚玉（主要化学成分为Al₂O₃）、5份氧化锆、2份涂覆石墨和3份酚醛树脂结合剂混合得到泥料，然后将泥料加入模具中加压成型得到砖坯，烘烤硬化即可制得一种铝锆碳砖。

该铝锆碳砖和传统产品相比，石墨被抗氧化剂覆盖，有效的防止石墨被氧化。碳化硅和基质中的氧化锆和氧化铝不直接接触。有效抑制了在高温下低熔点物的生成。提高了铝锆碳砖的抗侵蚀性。

该砖的理化指标如下：

耐压强度	高温抗折强度	抗氧化脱碳层
			常温	1400℃×0.5h	1000℃×3h
80MPa	10MPa	4.5mm

实施例四：

步骤一：表面涂覆石墨的制备方法：取1000升甲阶酚醛树脂的水溶液（其中含水90%，其余为甲阶酚醛树脂），加入-197石墨100kg、1000目的金属硅20kg、1000目的碳化硼5kg搅拌后过滤。将过滤后得到的固体加入热风烘干机中烘干，使甲阶酚醛树脂硬化得到表面涂覆石墨。

步骤二：把80份电熔镁砂、10份碳化硅、7份涂覆石墨和3份酚醛树脂结合剂混合得到泥料，然后将泥料加入模具中加压成型得到砖坯，烘烤硬化即可制得一种镁碳化硅砖。

该镁碳化硅砖和传统产品相比，碳化硼含量低，碳化硼和碳化硅覆盖在石墨周围，更有效的防止石墨被氧化。金属硅和石墨及其含碳覆盖层在高温下反应生成碳化硅晶须，有助于提高石墨和结合剂的结合强度。

该砖的理化指标如下：

耐压强度	高温抗折强度	抗氧化脱碳层
			常温	1400℃×0.5h	1000℃×3h
60MPa	8MPa	2.5mm

Claims

1.一种石墨复合耐火材料，其特征在于：配方按重量份数计为：表面涂覆石墨2-30份、耐火骨料65-95份、结合剂2.5-5份。

2.如权利要求1所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述耐火骨料为镁砂、氧化铝质刚玉、氧化锆、镁铝尖晶石和碳化硅中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述结合剂为酚醛树脂或糠醛树脂。

4.如权利要求1所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：制备表面涂覆石墨时：在液态涂覆结合剂中加入石墨和抗氧化剂，所述石墨和抗氧化剂按重量比为100:1-100:45，搅拌均匀后过滤，将过滤后的固体物质通过热风烘干机烘干并使涂覆结合剂硬化，得到表面涂覆石墨。

5.如权利要求4所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述液态涂覆结合剂包括结合剂和溶剂，所述结合剂为酚醛树脂或糠醛树脂，溶剂为水或乙醇；所述液态涂覆结合剂中溶剂的含量为70-90%。

6.如权利要求4所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述抗氧化剂为金属铝、金属硅、铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、碳化硼、碳化硅中的一种或几种。

7.如权利要求2所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述氧化铝质刚玉包括板状刚玉。

8.如权利要求2所述的石墨复合耐火材料，其特征在于：所述镁砂包括电熔镁砂。