CN104944968A - 不定形耐火材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种不定形耐火材料及制备方法，包含镁砂颗粒5%～30%重量份、轻烧镁粉5%～15%重量份、刚玉20%～45%重量份、碳化硅10%～20%重量份、焦炭10%～18%重量份、黏土6%～12%重量份、氮化硅铁2%～8%重量份、可石墨化煤沥青3%～10%重量份及常温下呈液态的可石墨化结合剂12%～14%重量份，首先将镁砂颗粒、轻烧镁粉、刚玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅铁及可石墨化煤沥青依比例进行混合，再将液态的可石墨化结合剂加入后进行碾混，即可得到不定形耐火材料。

Description

不定形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，特别是一种不定形耐火材料及其制备方法。 

【背景技术】

不定形耐火材料又可称为散状耐火材料，相较于耐火砖，具有工艺简单（省去烧成工序）、节约能源、成本低廉、便于机械化施工等特点，其中不定形耐火材料有一个很大的用途，即使用在高炉出铁口的炮泥，目前广泛应用的高炉出铁口炮泥属于Al2O3-SiO2-SiC-C系材料。其中，Al2O3和SiO2组分的合理搭配可以在高温下反应莫来石化，使得炮泥具有良好的抗侵蚀能力和适宜的荷重软化点，是影响炮泥使用寿命的关键因素；SiC是一种高温耐磨性的原材料，同时可以防止炭的氧化，作为炮泥的原材料可以改善其抗熔渣侵蚀和抗冲刷能力；C作为无水炮泥的主要原料之一，具有气孔率高、导热性及导电性好的特点，高的荷重变形温度和稳定的抗渣、抗热震性能，使出铁口保持还原气氛，对碳化硅、碳化网络、炭素材料起保护作用。一般的炮泥多采用焦油作为炮泥的结合剂，使炮泥具有可塑的操作性能外，还可以随温度升高而缩聚碳化，形成碳化网络，提高炮泥的高温强度和润湿角，然而，焦油只要一经受热便会释放出大量的苯并(a)芘，是一种极强的致癌物质，对环境和工作人员身体极为有害，同时焦油生产的炮泥在常温下容易变硬，且难以调整、可塑性差，不好进行打泥工作，影响泥在铁口的作业性。 

因此，有必要寻找出一种对环境危害少，且具有较佳性能的炮泥材料。 

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供一种不定形耐火材料，包含下列成份：镁砂颗粒占5%～30%重量份、轻烧镁粉占5%～15%重量份、刚玉占20%～45%重量份、碳化硅占10%～20%重量份、焦炭占10%～18%重量份、黏土占6%～12%重量份、氮化硅铁占2%～8%重量份、苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青占3%～10%重量份以及苯并(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12%～14%重量份。 

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，还可以包含分散剂及偶联剂，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。 

更进一步的，前述镁砂颗粒为烧结或电熔镁砂颗粒。 

本发明再提出一种不定形耐火材料的制备方法，不定形耐火材料具有前述的成份，制备方法包含下列步骤：(1)依比例称取镁砂颗粒、轻烧镁粉、刚玉、碳化硅、焦炭占、黏土、氮化硅铁及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青进行混合，形成混合原料；(2)将混合原料依比例加入苯并(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进行碾混即形成不定形耐火材料。 

因此本发明的主要目的在于提出一种不定形耐火材料及制备方法，由于结合剂采用低苯并(a)芘液态的可石墨化结合剂，并用低苯并(a)芘的可石墨化沥青，因此可有效降低耐火材料在高温环境中产生的有害物质，改善对人体及环境的危害。 

本发明的又一目的在于提出一种不定形耐火材料及制备方法，由于在成份中加入了分散剂及偶联剂，使得不定形耐火材料的耐热性及结构韧性得到提升。 

本发明的再一目的在于提出一种不定形耐火材料及制备方法，由于在 成份中加入镁砂，使得不定形耐火材料抗渣的能力较强，也具有较好的抗热震性。 

【具体实施方式】

本发明主要揭露一种不定形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，不再对不定形耐火材料成分作完整描述，在先说明。 

本发明提供一种不定形耐火材料，包含下列成份：镁砂颗粒占5%～30%重量份、轻烧镁粉占5%～15%重量份、刚玉占20%～45%重量份、碳化硅占10%～20%重量份、焦炭占10%～18%重量份、黏土占6%～12%重量份、氮化硅铁占2%～8%重量份、苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青占3%～10%重量份以及苯并(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12%～14%重量份。其中，镁砂颗粒为烧结或电熔镁砂颗粒，可石墨化煤沥青的焦化残留物可介于60%～79%的，但不以此为限。 

此外，在上述成份中还可以进一步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。若加入的分散剂为阴离子性表面活性剂，则份量约为镁砂颗粒的1%～10%左右，若加入的分散剂为高分子型表面活性剂，则份量约为焦炭的10%～30%左右；偶联剂的部分大约可占整体组份的0.5%～3%重量份。 

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焦炭中炭素组分的润湿性，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，可以提升整体材料的致密化，能抑制氧和氧化 物侵入，有助于抑制碳的氧化，提高使用寿命，从而提升材料整体性能。 

再者，本发明中以镁砂和刚玉作为主要组成原料，在高温下可以反应生成镁铝尖晶石，化学稳定性好，对酸碱都有一定的适应性，抗熔渣的能力强，也具有较好的抗热震性，可以使基质在高温使用状态下趋于致密化。其中，当镁砂的加入量过少时，形成尖晶石的几率微小，无法发挥尖晶石化的优势，反而会成为Al2O3-SiC-SiO2-C体系中的杂质降低体系的耐用性能；如果加入过多的镁砂，在高温下过度的尖晶石化也会劣化整体的组织结构，使整体使用性能大大降低，起不到改善性能的作用。因此，镁砂的加入量成为至关重要的因素，不足达不到预期的目的，过多又会影响使用效果。 

黏土是调整不定形耐火材料可塑性不可缺少的塑性剂。焦炭具有气孔率高，导热及导电性好，荷重变形温度高，抗渣、抗热震性稳定，使不定形耐火材料在使用过程中保持还原气氛，对碳化硅、碳化网络、炭素材料起保护作用。 

再更进一步的，本发明的成份中以苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青取代传统使用的沥青，同时以苯并(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取代传统使用的焦油，因此在使用过程中可以有效降地苯并(a)芘的释出，改善不定形耐火材料对人员及环境的危害。 

接着，本发明再提出一种不定形耐火材料的制备方法，不定形耐火材料具有前述的各项成份，制备方法包含下列步骤： 

(1)依前述比例称取镁砂颗粒、轻烧镁粉、刚玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅铁及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青进行混合，形成混合原料；可石墨化煤沥青的焦化残留物可介于60%～79%之间，但并不以此为限； 

(2)再将混合原料依比例加入苯并(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进行碾混即形成不定形耐火材料。 

本发明所提出的不定形耐火材料可以是一种无水炮泥。 

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 (6)

1.一种不定形耐火材料，其特征在于包含下列成份：

镁砂颗粒占5%～30%重量份；

轻烧镁粉占5%～15%重量份；

刚玉占20%～45%重量份；

碳化硅占10%～20%重量份；

焦炭占10%～18%重量份；

黏土占6%～12%重量份；

氮化硅铁占2%～8%重量份；

苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青占3%～10%重量份；

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12%～14%重量份。

2.根据权利要求1所述的不定形耐火材料，其特征在于：进一步包含分散剂及偶联剂，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。

3.根据权利要求1所述的不定形耐火材料，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。

4.根据权利要求1所述的不定形耐火材料，其特征在于：所述镁砂颗粒为烧结或电熔镁砂颗粒。

5.一种不定形耐火材料的制备方法，所述不定形耐火材料具有权利要求1-4任一项所述成份，其特征在于包含下列步骤：

(1)依比例称取镁砂颗粒、轻烧镁粉、刚玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅铁及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化残留物低于80%的可石墨化煤沥青进行混合，形成混合原料；

(2)将所述混合原料依比例加入苯并(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进行碾混即形成所述不定型耐火材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)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。