CN107500789A - 一种莫来石浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火材料技术领域，具体而言涉及一种莫来石浇注料及其制备方法。一种莫来石浇注料，包括以下重量份的原料：莫来石粉60~70份、莫来石纤维15~20份、致密刚玉10~15份、结合剂5~10份、硅微粉5~10份、碳化硅10~15份、氧化铝5~10份、氧化钇1~5份、硅溶胶5~8份。同时本发明还提供了一种莫来石浇注料的制备方法：将原料预混均匀，加入5~6重量份的水，搅拌均匀然后安装模具，浇注，然后振动成型，进行保温后脱模后进行加热处理。本发明具有优异耐热性和抗热震性和较好的隔热能力，而且本发明提供的制备方法简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体而言涉及一种莫来石浇注料及其制备方法。
背景技术
与定性耐火制品相比，以耐火浇注料为代表的不定形耐火材料具有工艺流程短、生产能耗及成本低、使用方便、适用范围广、整体性及使用效果好等优势，因而在世界范围内得到了迅速发展，其在整个耐火材料中所占的比重越来越高。在一些耐火材料技术先进的国家中，不定形耐火材料的产量已经接近甚至超过了定形制品的产量。例如，目前日本不定形耐火材料产量占整个耐火材料的比例达到了60% 左右；美国的为 50% 左右；英、德、法等国为 40% ~50%。如今，耐火浇注料已经被广泛地应用于冶金、建材、电力、化工等工业领域的高温设备中，例如，在窑炉中，现已大量应用了各种材质的耐火浇注料。
但是目前存在的莫来石浇注料存在具有较高的导热率，当其应用于高温窑炉或容器的工作层时，会因整体炉衬导热系数高而导致大量热量损失的问题，该问题会增加能耗提高生产成本。
因此目前需要一种兼具有优异耐热性和抗热震性和较好的隔热能力的莫来石浇注料。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种兼具有优异耐热性和抗热震性和较好的隔热能力的莫来石浇注料，本发明采用以下技术方案。
一种莫来石浇注料，包括以下重量份的原料：
莫来石粉60~70份、莫来石纤维15~20份、致密刚玉10~15份、结合剂5~10份、硅微粉5~10份、碳化硅10~15份、氧化铝5~10份、氧化钇1~5份、硅溶胶5~8份。
本发明提高莫来石粉末和莫来石纤维共用的方案，可以使得莫来石晶体之间通过莫来石纤维进行连接，提高了本发明的机械性能，同时形成空间网状结构，再利用硅微粉和硅溶胶共用的方案，在碳化硅的共同作用下提高了材料的致密性，从而使得材料具有更好的抗热震能力。
另外本发明采用了致密刚玉和氧化铝共用的方案，可以形成刚玉- 莫来石颗粒，颗粒的表面有微孔，与基质相容性强，高温下进行原位反应在骨料与基质之间形成莫来石桥接，于莫来石纤维相互配合，可以提高材料强度和保温性能，也有很好的抗介质侵蚀能力。
作为优选，所述的莫来石纤维采用以下方法改性：
（1）在莫来石纤维表面涂抹硅酸盐胶粘剂，然后将其在加热灯下放置24~36h烘干固化；
（2）取7~9重量份的二硅化钼粉末和1~3重量份的氮化硼粉末，放于无水乙醇中，进行搅拌得到混合物；
（3）将步骤(2)中所述的混合物涂在步骤（1）处理过的莫来石纤维表面，以加热灯下干燥1~1.5h；
（4）将步骤3中干燥后的莫来石纤维进行加热烧结。
对莫来石进行上述改性处理可以提高材料的机械能力，同时降低材料的传热能力，提高本发明的机械强度和隔热耐火能力。
作为优选，所述的莫来石粉经过以下步骤制备：将20~30重量份煤矸石在300~400℃下进行煅烧，然后放入质量分数在4~5%之间的硫酸中，在70~80℃下保温1~1.5h，然后和50~60重量份高铝矾土混合，然后经过200目过筛，加入10~15重量份的玉米淀粉，然后在300~400rpm的转速下球磨1.5~2h，球磨后将球磨料进行烘干后加入8~10重量份的羧甲基纤维素钠，然后在100~120℃下干燥18~24h，再在1600~1700℃下烧结2~3h。
本发明采用了煤矸石作为原料制备莫来石，一方面可以降低成本，因为煤矸石为矿山的废料，另一反面，煤矸石杂质少，与高铝矾土等其他原料共同制备出的莫来石品质较高，结构均匀，有助于提高本发明的材料的机械性能和抗热震能力，另外本发明采用了玉米淀粉和羧甲基纤维素钠进行制备，有助于形成莫来石的多孔结构，从而增强了本发明的隔热能力，而且有助于提高了本发明的抗热震能力。
作为优选，所述的结合剂采用二氧化硅微粉和三聚磷酸铝的混合物。
采用二氧化硅和三聚磷酸铝作为结合剂可以提高材料的耐火隔热能力，有助于降低生产成本。
作为优选，所述的碳化硅采用以下步骤制备：将焦炭进行预处理后，将经过预处理的焦炭与石英砂混合，得到混合物，将所述的混合物放入微波烧结炉内，进行微波烧结。
作为优选，所述的微波烧结升温速率为40~45℃/min，烧结温度为1400~1600℃。
首先，因为生成碳化硅的反应是发生在石英砂和焦炭的界面上，由于石英砂包裹住焦炭发生反应，因此焦炭的粒度大小直接决定碳化硅的粒度大小，总体而言焦炭的粒度越小，生产的碳化硅粒度越小，碳化硅的粒度小，而且在这个反应温度下有碳化硅晶须产生，晶体细密和晶须都有助于碳化硅的晶须的连结，和莫来石纤维共同作用有助于提高本发明的强度和韧性，而且碳化硅导热能力较强，通过晶须连接可以降低导热的效率，降低使用碳化硅的不利影响。在本发明实施过程中，发现焦炭直径在50微米以下时，碳化硅发生了团聚的现象反而导致了碳化硅的强度下降，故此本发明采用了直径在50~100微米之间的焦炭粉末。
一种莫来石浇注料的制备方法，包括以下步骤：
a.将原料预混均匀，加入5~6重量份的水，搅拌均匀；
b.安装模具，浇注，然后振动成型，进行保温后脱模；
c.步骤b得到的物质进行加热处理。
作为优选，在步骤b中的保温过程为110~200℃条件下保温，保温时间为12~48小时。
作为优选，步骤c的所述的热处理过程中，加热温度为800~1200℃，加热时间为24~72小时。
本发明的有益效果在于：（1）本发明兼具有优异耐热性和抗热震性和较好的隔热能力（2）本发明的采用煤矸石作为原料降低了成本，且有助于废料的处理（3）本发明的制备方法简单易行。
具体实施方式
实施例1
一种莫来石浇注料，包括以下重量份的原料：
莫来石粉70份、莫来石纤维20份、致密刚玉15份、二氧化硅微粉和三聚磷酸铝的混合物10份、硅微粉10份、碳化硅15份、氧化铝10份、氧化钇5份、硅溶胶8份。
其中，所述的莫来石纤维采用以下方法改性：
（1）在莫来石纤维表面涂抹硅酸盐胶粘剂，然后将其在加热灯下放置36h烘干固化；
（2）取9重量份的二硅化钼粉末和3重量份的氮化硼粉末，放于无水乙醇中，进行搅拌得到混合物；
（3）将步骤(2)中所述的混合物涂在步骤（1）处理过的莫来石纤维表面，以加热灯下干燥1.5h；
（4）将步骤3中干燥后的莫来石纤维进行加热烧结。
其中，所述的莫来石粉经过以下步骤制备：将30重量份煤矸石在400℃下进行煅烧，然后放入质量分数5%的硫酸中，在80℃下保温1.5h，然后和60重量份高铝矾土混合，然后经过200目过筛，加入15重量份的玉米淀粉，然后在400rpm的转速下球磨2h，球磨后将球磨料进行烘干后加入10重量份的羧甲基纤维素钠，然后在120℃下干燥124h，再在1700℃下烧结3h。
其中，所述的碳化硅采用以下步骤制备：将焦炭进行预处理后，将经过预处理的焦炭与石英砂混合，得到混合物，将所述的混合物放入微波烧结炉内，进行微波烧结，微波烧结升温速率为45℃/min，烧结温度为1600℃。
一种莫来石浇注料的制备方法，包括以下步骤：
a.将原料预混均匀，加入6重量份的水，搅拌均匀；
b.安装模具，浇注，然后振动成型，在150℃条件下保温，保温时间为24小时，保温后脱模；
c.步骤b得到的物质进行加热处理，加热温度为1000℃，加热时间为48小时。
实施例2
一种莫来石浇注料，包括以下重量份的原料：
莫来石粉60份、莫来石纤维15份、致密刚玉10份、二氧化硅微粉和三聚磷酸铝的混合物5份、硅微粉5份、碳化硅10份、氧化铝5份、氧化钇1份、硅溶胶5份。
其中，所述的莫来石纤维采用以下方法改性：
（1）在莫来石纤维表面涂抹硅酸盐胶粘剂，然后将其在加热灯下放置36h烘干固化；
（2）取9重量份的二硅化钼粉末和3重量份的氮化硼粉末，放于无水乙醇中，进行搅拌得到混合物；
（3）将步骤(2)中所述的混合物涂在步骤（1）处理过的莫来石纤维表面，以加热灯下干燥1.5h；
（4）将步骤3中干燥后的莫来石纤维进行加热烧结。
其中，所述的莫来石粉经过以下步骤制备：将30重量份煤矸石在400℃下进行煅烧，然后放入质量分数5%的硫酸中，在80℃下保温1.5h，然后和60重量份高铝矾土混合，然后经过200目过筛，加入15重量份的玉米淀粉，然后在400rpm的转速下球磨2h，球磨后将球磨料进行烘干后加入10重量份的羧甲基纤维素钠，然后在120℃下干燥124h，再在1700℃下烧结3h。
其中，所述的碳化硅采用以下步骤制备：将焦炭进行预处理后，将经过预处理的焦炭与石英砂混合，得到混合物，将所述的混合物放入微波烧结炉内，进行微波烧结，微波烧结升温速率为45℃/min，烧结温度为1600℃。
一种莫来石浇注料的制备方法，包括以下步骤：
a.将原料预混均匀，加入6重量份的水，搅拌均匀；
b.安装模具，浇注，然后振动成型，在150℃条件下保温，保温时间为24小时，保温后脱模；
c.步骤b得到的物质进行加热处理，加热温度为1000℃，加热时间为48小时。
实施例3
一种莫来石浇注料，包括以下重量份的原料：
莫来石粉65份、莫来石纤维18份、致密刚玉13份、二氧化硅微粉和三聚磷酸铝的混合物8份、硅微粉8份、碳化硅12份、氧化铝8份、氧化钇3份、硅溶胶6份。
其中，所述的莫来石纤维采用以下方法改性：
（1）在莫来石纤维表面涂抹硅酸盐胶粘剂，然后将其在加热灯下放置36h烘干固化；
（2）取9重量份的二硅化钼粉末和3重量份的氮化硼粉末，放于无水乙醇中，进行搅拌得到混合物；
（3）将步骤(2)中所述的混合物涂在步骤（1）处理过的莫来石纤维表面，以加热灯下干燥1.5h；
（4）将步骤3中干燥后的莫来石纤维进行加热烧结。
其中，所述的莫来石粉经过以下步骤制备：将30重量份煤矸石在400℃下进行煅烧，然后放入质量分数5%的硫酸中，在80℃下保温1.5h，然后和60重量份高铝矾土混合，然后经过200目过筛，加入15重量份的玉米淀粉，然后在400rpm的转速下球磨2h，球磨后将球磨料进行烘干后加入10重量份的羧甲基纤维素钠，然后在120℃下干燥124h，再在1700℃下烧结3h。
其中，所述的碳化硅采用以下步骤制备：将焦炭进行预处理后，将经过预处理的焦炭与石英砂混合，得到混合物，将所述的混合物放入微波烧结炉内，进行微波烧结，微波烧结升温速率为45℃/min，烧结温度为1600℃。
一种莫来石浇注料的制备方法，包括以下步骤：
a.将原料预混均匀，加入6重量份的水，搅拌均匀；
b.安装模具，浇注，然后振动成型，在150℃条件下保温，保温时间为24小时，保温后脱模；
c.步骤b得到的物质进行加热处理，加热温度为1000℃，加热时间为48小时。
得到优选实施例3的性能数据如下：
显气孔率10%，荷重软化温度 1880℃，常温耐压强度43 MPa，在Taber磨耗试验机上，以磨轮旋转1000次得到磨耗量为55.4g加热永久线变化（1450℃×2h）／% 为0.1，本发明具有良好的耐磨性。
对于抗热震性的检测，本发明将优选实施例3的材料经过1450摄氏度3小时处理测其抗折强度，抗折强度为18.8MPa然后在1100摄氏度保温20min后再20摄氏度冷水中急冷，反复进行10次，抗折强度为8.6MPa。本发明也表现出良好的抗热震性。
经测量，本发明实施例3的材料的热导率为0.3，有优秀的保温能力。
Claims (9)
1.一种莫来石浇注料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
莫来石粉60~70份、莫来石纤维15~20份、致密刚玉10~15份、结合剂5~10份、硅微粉5~10份、碳化硅10~15份、氧化铝5~10份、氧化钇1~5份、硅溶胶5~8份。
2.根据权利要求1所述的一种莫来石浇注料，其特征在于，所述的莫来石纤维采用以下方法改性：
（1）在莫来石纤维表面涂抹硅酸盐胶粘剂，然后将其在加热灯下放置24~36h烘干固化；
（2）取7~9重量份的二硅化钼粉末和1~3重量份的氮化硼粉末，放于无水乙醇中，进行搅拌得到混合物；
（3）将步骤(2)中所述的混合物涂在步骤（1）处理过的莫来石纤维表面，以加热灯下干燥1~1.5h；
（4）将步骤3中干燥后的莫来石纤维进行加热烧结。
3.根据权利要求1所述的一种莫来石浇注料，其特征在于，所述的莫来石粉经过以下步骤制备：将20~30重量份煤矸石在300~400℃下进行煅烧，然后放入质量分数在4~5%之间的硫酸中，在70~80℃下保温1~1.5h，然后和50~60重量份高铝矾土混合，然后经过200目过筛，加入10~15重量份的玉米淀粉，然后在300~400rpm的转速下球磨1.5~2h，球磨后将球磨料进行烘干后加入8~10重量份的羧甲基纤维素钠，然后在100~120℃下干燥18~24h，再在1600~1700℃下烧结2~3h。
4.根据权利要求1所述的一种莫来石浇注料，其特征在于：所述的结合剂采用二氧化硅微粉和三聚磷酸铝的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种莫来石浇注料，其特征在于：所述的碳化硅采用以下步骤制备：将焦炭进行预处理后，将经过预处理的焦炭与石英砂混合，得到混合物，将所述的混合物放入微波烧结炉内，进行微波烧结。
6.根据权利要求5所述的一种莫来石浇注料，其特征在于：所述的微波烧结升温速率为40~45℃/min，烧结温度为1400~1600℃。
7.根据权利要求1所述的一种莫来石浇注料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将原料预混均匀，加入5~6重量份的水，搅拌均匀；
b.安装模具，浇注，然后振动成型，进行保温后脱模；
c.步骤b得到的物质进行加热处理。
8.根据权利要求7所述的一种莫来石浇注料的制备方法，其特征在于：在步骤b中的保温过程为110~200℃条件下保温，保温时间为12~48小时。
9.根据权利要求7所述的一种莫来石浇注料的制备方法，其特征在于：步骤c的所述的热处理过程中，加热温度为800~1200℃，加热时间为24~72小时。
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