CN105036767A - 一种镁锆质耐火材料及其制备方法 - Google Patents

一种镁锆质耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁锆质耐火材料及其制备方法，所述镁铝质耐火材料以不同粒径的镁铝尖晶石为主原料，加入辅助添加剂、纳米氧化镁、氧化锆、结合剂与纳米氧化铝而制成。本发明的制品具有更均匀的组织结构，提高制品的强度和抗热震性能，纳米氧化锌的粒度细小，可以填充微细气孔，降低制品的气孔率，提高体积密度；耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震性能好，烧结温度范围宽。

Description

一种镁锆质耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震性能好，烧结温度范围宽的镁锆质耐火材料及其制备方法。
背景技术
随着能源的日益紧张，各国对高温工业用节能材料的研制、生产和使用日益重视，高温窑炉需要大量使用具有优异性能或特殊性状的耐火材料。如为了延长使用寿命和提高热交换能力，玻璃窑蓄热室需要具有优异的抗侵蚀性、抗蠕变性以及具有特殊形状尺寸的格子体。还有，全氧燃烧玻璃熔窑的上部结构也需要使用具有良好抗侵蚀、抗蠕变性，中间填充隔热材料的凹形耐火材料。
中国专利公布号CN102557684A，公布日2012年7月11日，名称为焦炉用硅砖，所述硅砖包括原料和辅料，以重量配比表示，原料配方中硅石粗粉200-500份，硅石中粉330-380份，硅石细粉80-130份，作为熟料粉的残硅砖80-120份，辅料包括占原料总重量1.2%的矿化剂、8%的石灰乳和1%的纸浆，矿化剂由二氧化锰含量≥25%的锰粉；氧化亚铁含量≥65%的铁磷粉按1:1的比例混合而成；将硅石粗粉、硅石中粉、硅石细粉和作为熟料粉的残硅砖加入湿碾内，再加入矿化剂干混4-5分钟，然后加入石灰乳，碾压10-15分钟后，再加入纸浆，混炼至泥料均匀，碾压，成型制坯。其不足之处在于，使用寿命低、消耗高，品种少浪费大。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有耐火材料使用寿命低、消耗高，品种少浪费大的缺陷而提供一种耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震性能好，烧结温度范围宽的镁锆质耐火材料。
本发明的另一个目的是为了提供该耐火材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种镁锆质耐火材料，所述镁锆质耐火材料以不同粒径的镁铝尖晶石为主原料，加入辅助添加剂、纳米氧化镁、氧化锆、结合剂与纳米氧化铝而制成。在本技术方案中，铝矾土基烧结镁铝尖晶石采用Al203含量76%以上的优质矾土和MgO含量95%以上的优质轻烧镁粉，经过多级均化工艺，在超高温隧道窑中经1800°C以上高温烧结而成，体积密度大，矿物相含量高，晶粒发育良好，结构均匀，质量稳定。镁铝尖晶石具有良好的抗侵蚀，腐蚀、剥落能力强，抗渣性能好，抗磨蚀能力，热震稳定性好，耐高温等性能特点,是生产水泥回转窑高温带用镁铝尖晶石砖、钢包衬砖、钢包浇注料等耐火产品的理想原料。具有良好的抗侵蚀能力、抗磨蚀能力，热震稳定性好。其最主要的用途：一是代替镁铬砂制造镁铝尖晶石砖用于水泥回转窑，不但避免了铬公害，而且具有良好的抗剥落性；二是用于制作钢包浇注料，大大提高钢板衬的抗侵蚀能力。
作为优选，镁铝尖晶石的粒径分别为0.35-0.88mm、0.012-0.3mm、0.0125-1μm与1.75-10nm。
作为优选，所述镁锆质耐火材料各原料的质量份数含量分别为：0.35-0.88mm的镁铝尖晶石60-75份、0.012-0.3mm的镁铝尖晶石35-45份、0.0125-1μm的镁铝尖晶石30-35份、1.75-10nm的镁铝尖晶石10-15份、辅助添加剂5-9份、纳米氧化镁1-4份、氧化锆55-75份、结合剂3-7份与纳米氧化铝2-6份。
作为优选，辅助添加剂为硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的混合物，硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的质量比为5:3:4:7。在本技术方案中，玻璃微珠粒度合适，流动性好，分散度高，加入玻璃微珠，可以使耐火材料内部高度均匀分散，促进烧结，并具有更均匀的组织结构，提高制品的强度和抗热震性能，纳米氧化锌的粒度细小，可以填充微细气孔，降低制品的气孔率，提高体积密度。硅藻泥的加入可使得纳米氧化铝与与纳米氧化镁转变成活性的纳米氧化铝与与纳米氧化镁，使其性能更加突出。
作为优选，结合剂为麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的混合物，麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的质量比为3:1:2。在本技术方案中，镁铝尖晶石一般使用硅灰或纯铝酸钙水泥作为结合剂，但是水泥中的氧化钙或硅灰中的二氧化硅会严重影响材料的性能，而本发明采用麦芽糊精、磷酸氢二钠与碱木质素的混合物作为结合剂，可以让镁铝尖晶石更好的与纳米氧化铝、纳米氧化镁形成结合相，使得制品的抗侵蚀、抗蠕变性能更好。
作为优选，硅藻泥与氮化硼在乙醇中混合均匀后加入玻璃微珠与纳米氧化锌，在75℃水浴中超声震荡2h，干燥后冷热循环5-10次制得，冷热循环为在240℃下保温2小时，然后降温至-4℃下冷冻3小时。
作为优选，将麦芽糊精溶于去离子水，加热至60-75℃，加入磷酸氢二钠与碱木质素通入氮气，气流速度4m/s。
一种镁锆质耐火材料的制备方法，各原料按以上配比称量，经混合、成型、养护制得坯体，经234-256℃干燥12-16h，再经1700-1850℃烧成、检验工序制得镁锆质耐火材料。
作为优选，经1700-1850℃烧成后，将温度降至1200-1350℃保温2h，继续降温至600-850℃保温3.5h，然后降温至240-280℃保温6h再降温至室温检测。
本发明的有益效果，
1）本发明的制品具有更均匀的组织结构，提高制品的强度和抗热震性能，纳米氧化锌的粒度细小，可以填充微细气孔，降低制品的气孔率，提高体积密度；
2）本发明制品耐火度高、抗侵蚀性能优异、抗热震性能好，烧结温度范围宽。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释，并非对其保护范围的限制。
本发明所用方法，如非特指，均为常规手段。
镁铝尖晶石的粒径分别为0.35-0.88mm、0.012-0.3mm、0.0125-1μm与1.75-10nm。
辅助添加剂为硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的混合物，硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的质量比为5:3:4:7。硅藻泥与氮化硼在乙醇中混合均匀后加入玻璃微珠与纳米氧化锌，在75℃水浴中超声震荡2h，干燥后冷热循环5-10次制得，冷热循环为在240℃下保温2小时，然后降温至-4℃下冷冻3小时。
结合剂为麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的混合物，麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的质量比为3:1:2。将麦芽糊精溶于去离子水，加热至60-75℃，加入磷酸氢二钠与碱木质素通入氮气，气流速度4m/s。
本发明所用原料可从市场购得。
实施例1
镁锆质耐火材料各原料的质量份数含量分别为：0.35-0.88mm的镁铝尖晶石60份、0.012-0.3mm的镁铝尖晶石35份、0.0125-1μm的镁铝尖晶石30份、1.75-10nm的镁铝尖晶石10份、辅助添加剂5份、纳米氧化镁1份、氧化锆55份、结合剂3份与纳米氧化铝2份。
一种镁锆质耐火材料的制备方法，各原料按以上配比称量，经混合、成型、养护制得坯体，经234℃干燥12h，经1700℃烧成后，将温度降至1200℃保温2h，继续降温至600℃保温3.5h，然后降温至240℃保温6h再降温至室温检测制得镁锆质耐火材料。
实施例2
镁锆质耐火材料各原料的质量份数含量分别为：0.35-0.88mm的镁铝尖晶石70份、0.012-0.3mm的镁铝尖晶石40份、0.0125-1μm的镁铝尖晶石32份、1.75-10nm的镁铝尖晶石13份、辅助添加剂7份、纳米氧化镁3份、氧化锆65份、结合剂5份与纳米氧化铝4份。
一种镁锆质耐火材料的制备方法，各原料按以上配比称量，经混合、成型、养护制得坯体，经243℃干燥14h，经1800℃烧成后，将温度降至1250℃保温2h，继续降温至750℃保温3.5h，然后降温至255℃保温6h再降温至室温检测制得镁锆质耐火材料。
实施例3
镁锆质耐火材料各原料的质量份数含量分别为：0.35-0.88mm的镁铝尖晶石75份、0.012-0.3mm的镁铝尖晶石45份、0.0125-1μm的镁铝尖晶石35份、1.75-10nm的镁铝尖晶石15份、辅助添加剂9份、纳米氧化镁4份、氧化锆75份、结合剂7份与纳米氧化铝6份。
一种镁锆质耐火材料的制备方法，各原料按以上配比称量，经混合、成型、养护制得坯体，经256℃干燥16h，经1850℃烧成后，将温度降至1350℃保温2h，继续降温至850℃保温3.5h，然后降温至280℃保温6h再降温至室温检测制得镁锆质耐火材料。
对比例1，市售的耐火材料。
实施例1-3制备的耐火材料与对比例1的耐火材料的性能见表1。
表1、性能
气孔率，% 体积密度，g/ Cm3 耐压强度，Mpa 产品合格率%
实施例1 14.3 2.12 66.5 96
实施例2 14.7 2.08 68.1 95
实施例3 15.6 2.21 63.7 94
对比例1 22.3 1.9 45.6 80

Claims (9)

1.一种镁锆质耐火材料，其特征在于，所述镁锆质耐火材料以不同粒径的镁铝尖晶石为主原料，加入辅助添加剂、纳米氧化镁、氧化锆、结合剂与纳米氧化铝而制成。
2.根据权利要求1所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，镁铝尖晶石的粒径分别为0.35-0.88mm、0.012-0.3mm、0.0125-1μm与1.75-10nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，所述镁锆质耐火材料各原料的质量份数含量分别为：0.35-0.88mm的镁铝尖晶石60-75份、0.012-0.3mm的镁铝尖晶石35-45份、0.0125-1μm的镁铝尖晶石30-35份、1.75-10nm的镁铝尖晶石10-15份、辅助添加剂5-9份、纳米氧化镁1-4份、氧化锆55-75份、结合剂3-7份与纳米氧化铝2-6份。
4.根据权利要求1或2所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，辅助添加剂为硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的混合物，硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠与纳米氧化锌的质量比为5:3:4:7。
5.根据权利要求1或2所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，结合剂为麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的混合物，麦芽糊精、磷酸氢二钠、碱木质素的质量比为3:1:2。
6.根据权利要求4所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，硅藻泥与氮化硼在乙醇中混合均匀后加入玻璃微珠与纳米氧化锌，在75℃水浴中超声震荡2h，干燥后冷热循环5-10次制得，冷热循环为在240℃下保温2小时，然后降温至-4℃下冷冻3小时。
7.根据权利要求5所述的一种镁锆质耐火材料，其特征在于，将麦芽糊精溶于去离子水，加热至60-75℃，加入磷酸氢二钠与碱木质素通入氮气，气流速度4m/s。
8.一种如权利要求1所述的镁锆质耐火材料的制备方法，其特征在于，各原料按以上配比称量，经混合、成型、养护制得坯体，经234-256℃干燥12-16h，再经1700-1850℃烧成、检验工序制得镁锆质耐火材料。
9.根据权利要求8所述的一种镁锆质耐火材料的制备方法其特征在于，经1700-1850℃烧成后，将温度降至1200-1350℃保温2h，继续降温至600-850℃保温3.5h，然后降温至240-280℃保温6h再降温至室温检测。
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