CN104944966A

CN104944966A - 耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104944966A
Application number: CN201410125830.7A
Authority: CN
Inventors: 郑旗; 赵希娟; 范咏莲; 钱雷
Original assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN104944966B

Abstract

本发明提供一种耐火材料及其制备方法，包含苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的固态结合剂、苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%的液态结合剂、镁砂组份、石墨、添加剂、分散剂及偶联剂，先将固态结合剂及液态结合剂制备成碳质结合剂后，再依比例顺序加入上述各种组份，最后将原料成型后进行热处理即可得到耐火材料，具有低苯并(a)芘、抗氧化性高及结构韧性佳等优点。

Description

耐火材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种耐火材料领域，特别是一种镁碳材质的耐火材料及其制备方法。

【背景技术】

含有石墨、沥青、炭黑或酚醛树脂等碳原料的耐火材料，耐热性优异，因此被广泛地用于钢铁、有色金属、水泥、焚烧炉、和废弃物熔融炉等应用，例如镁碳砖，由于有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力及碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砂耐剥落性差的最大缺点，常被用来作为转炉、钢包炉、混铁车或真空脱气炉等内衬材料的砖。在欧洲，镁碳砖主要用加热液化的沥青作结合剂，把物料加热到150℃左右，在加热状态下完成混炼、成型的过程，一般被称为热成型镁碳砖；热成型镁碳砖的抗氧化性及抗热震性俱佳，但是制作过程中需要使用普通沥青作为结合剂，但普通沥青中含1%左右致癌的苯并(a)芘，在生产、烘烤、使用过程中沥青受热会排出大量含有苯并(a)芘的有毒烟雾，对人的健康及环境有严重危害，同时，由于材质因素，一般热成型镁碳砖在结构韧性部分也有很大的缺点，因此，急需提供低苯并(a)芘且具有高结构韧性的镁碳成份耐火材料。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供一种耐火材料的制备方法，包含下列步骤：

(1)制备碳质结合剂，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂，将固态结合剂及液态结合剂混合形成碳质结合剂；

(2)将镁砂粗粒、石墨、镁砂细粉与添加剂的混合粉按比例及顺序加入碳质结合剂中，并进行碾混形成耐火原料；

(3)将耐火原料高压成型后进行热处理。

更进一步的，固态结合剂为焦化残留物介于60%～79%的可石墨化煤沥青。

更进一步的，上述镁砂粗粒粒径介于0.8mm～3.2mm之间，且镁砂粗粒占整体55%～70%重量份，镁砂细粉粒径不大于0.08mm，且镁砂细粉占整体20%～28%重量份，添加剂选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉及SiC粉，且粒度小于100目。

更进一步的，石墨占整体8%～20%重量份。

更进一步的，固态结合剂占整体0.5%～4%重量份，液态结合剂占整体1.5%～4%重量份。

更进一步的，包含加入分散剂及偶联剂，分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂；偶联剂为钛酸酯类偶联剂。

本发明再提供一种耐火材料，包含：碳质结合剂，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂；镁砂粗粒55%～70%重量份，镁砂粗粒粒径介于0.8mm～3.2mm之间；镁砂细粉20%～28%重量份，镁砂细粉粒径不大于0.08mm；石墨8%～20%重量份；添加剂1%～5%重量份；分散剂及偶联剂。

更进一步的，分散剂可为阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，阴离子性表面活性剂为镁砂粗粒及镁砂细粉的1%～10%，高分子型表面活性剂为石墨的10%～30%，偶联剂为钛酸酯类偶联剂，占整体0.5%～3% 重量份。

因此，本发明的主要目的在于提供一种耐火材料及其制备方法，由于采用低苯并(a)芘低的碳质结合剂，减少耐火材料在使用或制造过程中对人体及环境的危害。

本发明的再一目的在于提供一种耐火材料及其制备方法，由于在耐火材料及制备方法中加入分散剂及偶联剂，使得耐火材料的耐热性及结构韧性得到提升。

【具体实施方式】

本发明主要揭露一种耐火材料及其制备方法，其中所用的基本材料及制备方法除特别说明外，应已为相关技术领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再对耐火材料成分作完整描述，在先说明。

首先，本发明提供一种耐火材料的制备方法，包含下列步骤：

(1)制备碳质结合剂，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，进一步可为焦化残留物介于60%～79%的可石墨化煤沥青，但并不以此为限，液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂，将固态结合剂及液态结合剂混合形成碳质结合剂，其中固态结合剂占整体0.5%～4%重量份，液态结合剂占整体1.5%～4%重量份。

(2)将镁砂粗粒加入前述的碳质结合剂之后进行碾混，镁砂粗粒选择纯度在95～99%，占整体55%～70%重量份，且粒径介于0.8mm～3.2mm之间；再加入石墨进行碾混，石墨占整体8%～20%重量份；再将镁砂细粉与添加剂的混合粉加入进行混练，镁砂细粉占整体20%～28%重量份，且粒径不大于0.08mm，添加剂可选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；再将分散剂及偶联剂加入混合，分散剂可以是阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，如为阴离子性表面活性剂，则占镁砂组分的1～10%，更优选的为2-5%，若为高分子型表面活性剂，则占石墨的10-30%，更为优选10-20%；偶联剂为钛酸酯类偶联剂占整体组份0.5%～3%。

在步骤中添加阴离子性表面活性剂，可增加材料中液体部分对镁砂的润湿性，添加高分子型表面活性剂，可增加体系中液体部分对石墨、炭黑等炭素组分的润湿性，而钛酸酯类偶联剂可改善体系中有机组分和无机组分的相容性，提高整个物料体系的匀质性，可以提升砖坯的致密化，能抑制氧和氧化物向砖内侵入，有助于抑制碳的氧化，提高镁碳砖的使用寿命，从而提升材料整体性能。

(3)将耐火原料高压成型后进行热处理，热处理温度控制在摄氏150～250度，热处理时间为24～32小时。

本发明再提出一种耐火材料，包含有碳质结合剂、镁砂粗粒、镁砂细粉、石墨、添加剂、分散剂及偶联剂。其中，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，进一步可为焦化残留物介于60%～79%的可石墨化煤沥青，但并不以此为限，液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂；镁砂粗粒占55%～70%重量份，镁砂粗粒粒径介于0.8mm～3.2mm之间；镁砂细粉占20%～28%重量份，且粒径不大于0.08mm；石墨占8%～20%重量份；添加剂占1%～5%重量份，可为金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；分散剂为阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，若为阴离子性表面活性剂，为镁砂粗粒及镁砂细粉的1%～10%，若为高分子型表面活性剂，为石墨的10%～30%；偶联剂为钛酸酯类偶联剂，占0.5%～3%。

本发明的耐火材料及其制备方法，由于采用低苯并(a)芘的碳质结合剂，进一步可将苯并(a)芘控制在50ppm以内，达到德国和欧洲的要求标准，并减少耐火材料在使用或制造过程中对人体及环境的危害，应用在高温炉时可改善炉前的环境、降低大气中有机污染物的浓度；同时，由于在耐火材料中加入分散剂及偶联剂，使得耐火材料的耐热性及结构韧性得到提升，加热时，结合剂软化转移到气孔中，提高结合强度；炭化前，结合剂软化，有利于耐火材料压力吸收，提高加热过程中的抗剥落性；所采用的固态和液态结合剂均为可石墨化的结合剂，石墨化炭化程度高，有利于提高耐火材料的抗氧化性及结构韧性，作为镁碳砖材料上具有相当好的材料性能。更进一步的，一般固态的耐火材料若采用可石墨化煤沥青做为结合剂，通常选用焦化残留物越高越好的煤沥青以加强产品的强度，然而，在本发明提出的耐火材料中，即便选用低焦化残留物的结合剂，仍旧可以有非常良好的产品性能，因此对于固态结合剂的选用上有更大的选择空间。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。

Claims

1.一种耐火材料的制备方法，其特征在于包含下列步骤：

(1)制备碳质结合剂，所述碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，所述固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，将所述固态结合剂及所述液态结合剂混合形成所述碳质结合剂；

(2)将镁砂粗粒、石墨、镁砂细粉与添加剂的混合粉按比例及顺序加入所述碳质结合剂，并进行碾混形成耐火原料；

(3)将耐火原料高压成型后进行热处理。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述液态结合剂苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述固态结合剂为焦化残留物介于60%～79%的可石墨化煤沥青。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述镁砂粗粒粒径介于0.8mm～3.2mm之间，且所述镁砂粗粒占整体55%～70%重量份，所述镁砂细粉粒径不大于0.08mm，且所述镁砂细粉占整体20%～28%重量份，所述添加剂选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉及SiC粉，且粒度小于100目。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述石墨占整体8%～20%重量份。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述固态结合剂占整体0.5%～4%重量份，所述液态结合剂占整体1.5%～4%重量份。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：进一步包含加入分散剂及偶联剂，所述分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。

8.一种耐火材料，其特征在于：所述耐火材料包含：

碳质结合剂，所述碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，所述固态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青，所述液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物高于15%常温下呈液态的可石墨化结合剂；

镁砂粗粒55%～70%重量份，所述镁砂粗粒粒径介于0.8mm～3.2mm之间；

镁砂细粉20%～28%重量份，所述镁砂细粉粒径不大于0.08mm；

石墨8%～20%重量份；

添加剂1%～5%重量份；

分散剂及偶联剂，所述分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。

9.根据权利要求8所述的耐火材料，其特征在于：所述阴离子性表面活性剂为所述镁砂粗粒及所述镁砂细粉的1%～10%，所述高分子型表面活性剂为所述石墨的10%～30%，所述钛酸酯类偶联剂，占整体0.5%～3%重量份。

10.根据权利要求8所述的耐火材料，其特征在于：所述固态结合剂为焦化残留物介于60%～79%的可石墨化煤沥青。