CN108033796A - 一种高强度力学性能的耐火材料 - Google Patents

一种高强度力学性能的耐火材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐火材料的研发技术领域，公开了一种高强度力学性能的耐火材料，利用了硫铁矿中含有的大量非粘土类硅酸盐成分，以氧化锆和二氧化硅为骨架结构为原料，以氧化铝、氧化铁等为助烧剂，利用稀土元素对氧化锆材料的增韧机理，在还原气氛下稀土元素的液相烧结机制使复相材料烧结致密，使得耐火材料的力学性能有了质的提高，并且研究出最佳的原料配比、粒度和烧成温度对材料的致密化程度和物理性能进行提高，制备得到具有高强度力学性能的耐火材料，并且回收利用率高。

Description

一种高强度力学性能的耐火材料
技术领域
本发明属于耐火材料的研发技术领域，具体涉及一种高强度力学性能的耐火材料。
背景技术
耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。但仅以耐火度来定义已不能全面描述耐火材料了，1580℃并不是绝对的。现定义为凡物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50%~60%。耐火材料应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。
随着“十二五”期间，中国加快淘汰落后及高能耗产能，行业将重点开发和推广新型节能炉窑，开发综合节能技术，开展能源管理，“三废”的排放控制和“三废”资源化回收利用等。致力于用后耐火材料资源化和再利用，减少固废排放，提高资源的综合利用率，全面推进节能减排。铝矾土、菱镁矿和石墨是三大耐火原料，其加工后耐火性能良好，但力学性能一般，并且回收利用难度大，不利于循环使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种高强度力学性能的耐火材料，制备得到具有高强度力学性能的耐火材料，并且回收利用率高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高强度力学性能的耐火材料，按照质量百分比计由以下成分制成：氧化锆占23-25%、二氧化硅占18-20%、氧化铝占2.0-2.5%、氧化铁占1.0-1.2%、二氧化钛占0.6-0.8%、稀土成分占0.3-0.5%、剩余为硫铁矿矿渣，其制备方法包括以下步骤：
（1）将硫铁矿矿渣在100-110℃温度下烘干至恒重，然后用球磨机研磨至过80-100目筛得到硫铁矿矿渣细粉，将硫铁矿矿渣细粉在1150-1250℃下煅烧2-3小时，制备出矿渣熟料；
（2）将氧化锆和二氧化硅混合，加入浓度为80-95%的硫酸浸泡30-40分钟，捞出冲洗至中性后在680-720℃下煅烧3-4小时，然后与矿渣熟料、氧化铝、氧化铁、二氧化钛和稀土成分混合，加入质量百分比为8-10%的水，搅拌均匀陈腐15-18小时；
（3）将步骤（2）中陈腐后的物料加入模具中，用液压机压力成型，第一次加压到45-55MPa后降压至15-20MPa，第二次再加压到50-60MPa，在降压至25-30MPa，第三次加压到60-70MPa 后，进行保压，保压时间为10-15分钟，降压后得到压制混合料；
（4）将步骤（3）中压制混合料在120-130℃下干燥至含水率为0.6-0.8%，然后置于高温炉中缓慢升温至1400-1450℃，在氧化气氛下保温1-2小时后烧制20-35分钟，缓慢冷却至常温，得到所述耐火材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述氧化铝、氧化铁和二氧化钛粒径大小在10-30微米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀土成分是由氧化镧、氧化铈按照质量比为4-5:1-2的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢升温速度为20-22℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢冷却速度为16-18℃/分钟。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有的耐火材料力学性能不足且回收利用率低的问题，本发明提供了一种高强度力学性能的耐火材料，利用了硫铁矿中含有的大量非粘土类硅酸盐成分，以氧化锆和二氧化硅为骨架结构为原料，以氧化铝、氧化铁等为助烧剂，利用稀土元素对氧化锆材料的增韧机理，在还原气氛下稀土元素的液相烧结机制使复相材料烧结致密，使得耐火材料的力学性能有了质的提高，并且研究出最佳的原料配比、粒度和烧成温度对材料的致密化程度和物理性能进行提高，制备得到具有高强度力学性能的耐火材料，并且回收利用率高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高强度力学性能的耐火材料，按照质量百分比计由以下成分制成：氧化锆占23%、二氧化硅占18%、氧化铝占2.0%、氧化铁占1.0%、二氧化钛占0.6%、稀土成分占0.3%、剩余为硫铁矿矿渣，其制备方法包括以下步骤：
（1）将硫铁矿矿渣在100℃温度下烘干至恒重，然后用球磨机研磨至过80目筛得到硫铁矿矿渣细粉，将硫铁矿矿渣细粉在1150℃下煅烧2小时，制备出矿渣熟料；
（2）将氧化锆和二氧化硅混合，加入浓度为80%的硫酸浸泡30分钟，捞出冲洗至中性后在680℃下煅烧3小时，然后与矿渣熟料、氧化铝、氧化铁、二氧化钛和稀土成分混合，加入质量百分比为8%的水，搅拌均匀陈腐15小时；
（3）将步骤（2）中陈腐后的物料加入模具中，用液压机压力成型，第一次加压到45MPa后降压至15MPa，第二次再加压到50MPa，在降压至25MPa，第三次加压到60MPa 后，进行保压，保压时间为10分钟，降压后得到压制混合料；
（4）将步骤（3）中压制混合料在120℃下干燥至含水率为0.6%，然后置于高温炉中缓慢升温至1400℃，在氧化气氛下保温1小时后烧制20分钟，缓慢冷却至常温，得到所述耐火材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述氧化铝、氧化铁和二氧化钛粒径大小在10-30微米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀土成分是由氧化镧、氧化铈按照质量比为4:1的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢升温速度为20℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢冷却速度为16℃/分钟。
实施例2
一种高强度力学性能的耐火材料，按照质量百分比计由以下成分制成：氧化锆占24%、二氧化硅占19%、氧化铝占2.2%、氧化铁占1.1%、二氧化钛占0.7%、稀土成分占0.4%、剩余为硫铁矿矿渣，其制备方法包括以下步骤：
（1）将硫铁矿矿渣在105℃温度下烘干至恒重，然后用球磨机研磨至过90目筛得到硫铁矿矿渣细粉，将硫铁矿矿渣细粉在1200℃下煅烧2.5小时，制备出矿渣熟料；
（2）将氧化锆和二氧化硅混合，加入浓度为90%的硫酸浸泡35分钟，捞出冲洗至中性后在700℃下煅烧3.5小时，然后与矿渣熟料、氧化铝、氧化铁、二氧化钛和稀土成分混合，加入质量百分比为9%的水，搅拌均匀陈腐16小时；
（3）将步骤（2）中陈腐后的物料加入模具中，用液压机压力成型，第一次加压到50MPa后降压至18MPa，第二次再加压到55MPa，在降压至28MPa，第三次加压到65MPa 后，进行保压，保压时间为12分钟，降压后得到压制混合料；
（4）将步骤（3）中压制混合料在125℃下干燥至含水率为0.7%，然后置于高温炉中缓慢升温至1420℃，在氧化气氛下保温1.5小时后烧制30分钟，缓慢冷却至常温，得到所述耐火材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述氧化铝、氧化铁和二氧化钛粒径大小在10-30微米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀土成分是由氧化镧、氧化铈按照质量比为4.5:1.5的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢升温速度为21℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢冷却速度为17℃/分钟。
实施例3
一种高强度力学性能的耐火材料，按照质量百分比计由以下成分制成：氧化锆占25%、二氧化硅占20%、氧化铝占2.5%、氧化铁占1.2%、二氧化钛占0.8%、稀土成分占0.5%、剩余为硫铁矿矿渣，其制备方法包括以下步骤：
（1）将硫铁矿矿渣在110℃温度下烘干至恒重，然后用球磨机研磨至过80-100目筛得到硫铁矿矿渣细粉，将硫铁矿矿渣细粉在1250℃下煅烧3小时，制备出矿渣熟料；
（2）将氧化锆和二氧化硅混合，加入浓度为95%的硫酸浸泡40分钟，捞出冲洗至中性后在720℃下煅烧4小时，然后与矿渣熟料、氧化铝、氧化铁、二氧化钛和稀土成分混合，加入质量百分比为10%的水，搅拌均匀陈腐18小时；
（3）将步骤（2）中陈腐后的物料加入模具中，用液压机压力成型，第一次加压到55MPa后降压至20MPa，第二次再加压到60MPa，在降压至30MPa，第三次加压到70MPa 后，进行保压，保压时间为15分钟，降压后得到压制混合料；
（4）将步骤（3）中压制混合料在130℃下干燥至含水率为0.8%，然后置于高温炉中缓慢升温至1450℃，在氧化气氛下保温2小时后烧制35分钟，缓慢冷却至常温，得到所述耐火材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述氧化铝、氧化铁和二氧化钛粒径大小在10-30微米之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述稀土成分是由氧化镧、氧化铈按照质量比为5:2的比例混合得到的。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢升温速度为22℃/分钟。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（4）所述缓慢冷却速度为18℃/分钟。

Claims (5)

1.一种高强度力学性能的耐火材料，其特征在于，按照质量百分比计由以下成分制成：氧化锆占23-25%、二氧化硅占18-20%、氧化铝占2.0-2.5%、氧化铁占1.0-1.2%、二氧化钛占0.6-0.8%、稀土成分占0.3-0.5%、剩余为硫铁矿矿渣，其制备方法包括以下步骤：
（1）将硫铁矿矿渣在100-110℃温度下烘干至恒重，然后用球磨机研磨至过80-100目筛得到硫铁矿矿渣细粉，将硫铁矿矿渣细粉在1150-1250℃下煅烧2-3小时，制备出矿渣熟料；
（2）将氧化锆和二氧化硅混合，加入浓度为80-95%的硫酸浸泡30-40分钟，捞出冲洗至中性后在680-720℃下煅烧3-4小时，然后与矿渣熟料、氧化铝、氧化铁、二氧化钛和稀土成分混合，加入质量百分比为8-10%的水，搅拌均匀陈腐15-18小时；
（3）将步骤（2）中陈腐后的物料加入模具中，用液压机压力成型，第一次加压到45-55MPa后降压至15-20MPa，第二次再加压到50-60MPa，在降压至25-30MPa，第三次加压到60-70MPa 后，进行保压，保压时间为10-15分钟，降压后得到压制混合料；
（4）将步骤（3）中压制混合料在120-130℃下干燥至含水率为0.6-0.8%，然后置于高温炉中缓慢升温至1400-1450℃，在氧化气氛下保温1-2小时后烧制20-35分钟，缓慢冷却至常温，得到所述耐火材料。
2.如权利要求1所述一种高强度力学性能的耐火材料，其特征在于，所述氧化铝、氧化铁和二氧化钛粒径大小在10-30微米之间。
3.如权利要求1所述一种高强度力学性能的耐火材料，其特征在于，所述稀土成分是由氧化镧、氧化铈按照质量比为4-5:1-2的比例混合得到的。
4.如权利要求1所述一种高强度力学性能的耐火材料，其特征在于，步骤（4）所述缓慢升温速度为20-22℃/分钟。
5.如权利要求1所述一种高强度力学性能的耐火材料，其特征在于，步骤（4）所述缓慢冷却速度为16-18℃/分钟。
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