CN104944966A - 耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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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
【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 (10)
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。
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