CN108249938A - 一种熔模铸造内衬用耐火复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔模铸造内衬用耐火复合材料及其制备方法，包括以下重量份的原料：复配金属粉料10‑20份、硅粉粘结剂8‑14份、无机粘结剂5‑9份、矿石粉料15‑25份、改性复合填土9‑13份、改性石英粉8‑16份、鳞片石墨3‑5份。本发明具有体积稳定性好、抗剥落、耐侵蚀、不挂渣、保温好的特点，用于内衬材料能够经受住钢水和炉渣的侵蚀和冲刷而不损害；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及铸造耐火材料技术领域，具体涉及一种熔模铸造内衬用耐火复合材料及其制备方法。
背景技术
不定形耐火材料主要应用在钢铁、有色、机械、石油、化工等部门各个领域的窑炉、
热工设备和构筑物等。例如炼钢系统中转炉、电炉、炉外精炼炉、钢包和中间包等设备；轧钢系统中种类繁多、数量巨大的工业炉内衬等。应用十分广泛。目前我国生产的不定形耐火材料还存在多采用简单的矿石破碎、人工定量、上料、简单的搅拌方法产生，工
作环境污染严重，产品质量难以保证，造成不定形耐火材料产品成分不均匀、不稳定、不定形耐火材料现场使用寿命短。同时简单的耐火骨料、微粉、结合剂和外加剂机械混拌，产品使用强度、冲击性及脱落性较差。
耐火材料是组成熔模铸造型壳的基本材料，型壳的主要性能如高温强度、热化学稳定性、热膨胀性、透气性、脱壳性等，均受耐火材料特性的影响，因此选用质量优良、性能稳定、资源丰富的耐火材料对熔模铸造有着极其重要的意义。
现国内硅溶胶熔模铸造面层涂料用的锆石主要从澳大利亚进口，不仅需消耗大量外汇，而且价格较高，为降低铸件成本，提高经济效益，许多熔模铸造厂家和一些科研机构都在积极尝试使用新的低价耐火材料替代锆石，包括一些原用作加固层的耐火材料，如莫来粉等，但由于这类材料所含杂质较多，在配制硅溶胶涂料时，浸出的离子会影响硅溶胶涂料的稳定性，进而影响铸件质量。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，该材料具有体积稳定性好、抗剥落、耐侵蚀、不挂渣、保温好的特点，用于内衬材料能够经受住钢水和炉渣的侵蚀和冲刷而不损害；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，包括以下重量份的原料：
复配金属粉料10-20份、硅粉粘结剂8-14份、无机粘结剂5-9份、矿石粉料15-25份、改性复合填土9-13份、改性石英粉8-16份、鳞片石墨3-5份。
优选地，所述熔模铸造内衬用耐火复合材料包括以下重量份的原料：
复配金属粉料15份、硅粉粘结剂11份、无机粘结剂7份、矿石粉料20份、改性复合填土11份、改性石英粉12份、鳞片石墨4份。
优选地，所述复配金属粉料为氧化铝微粉、氧化锆微粉、氧化钛微粉按照重量比4:1:2组成的混合物，粒度为3-6μm。
优选地，所述硅粉粘结剂为：取黏土和硅微粉，放入3-5倍黏土与硅微粉总质量的乙二醇中，在80-100℃下搅拌25-30min，使黏土与硅微粉在乙二醇中分散均匀即可。
优选地，所述无机粘结剂为纳米碳化硅和粉状水玻璃按照重量比2:1组成的混合物。
优选地，所述矿石粉料为莫来石粉、滑石粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
优选地，所述改性复合填土的制备方法为：将凹凸棒土、高铝矾土、膨润土按照重量比2:7:1加入到体积浓度为8-12%氢氧化钠溶液浸泡2-3h，再调节PH至中性；之后取出烘干至含水量3-5%，最后加入占改性复合填土总重量4%-8%的松香粉以及6%-10%的羧甲基纤维素钠混合研磨过200-300目筛即得。
优选地，所述改性石英粉制备方法为：将石英石在温度为420-460℃的条件下煅烧40-50min，然后粉碎至粒径≤1mm，再放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1-3h后，取出干燥，加入相当于石英石粉重量2-4%的月桂醇硫酸钠和相当于石英石粉重量3-5%的碳化铌于400-600r/min转速条件下搅拌15-25min后研磨，过150-250目筛即得。
本发明还提供一种熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌25-35分钟，搅拌转速250-350r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨2-4小时，在温度为55-65℃下恒温搅拌35-45分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为400-500r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，35-45℃搅拌15-25分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
优选地，所述熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备步骤为：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌30分钟，搅拌转速300r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨3小时，在温度为60℃下恒温搅拌40分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为450r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，40℃搅拌20分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料添加的复配金属粉料具有较好的导热性能，其耐受温度高，能够有效增强材料的耐热震性，使得制备的材料具有比普通材料突出的耐火、耐高温和抗冲击性能。
（2）本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料添加的鳞片石墨，能够提高材料的抗热震性，添加的改性石英粉具有阻燃阻热的性能，迅速膨胀后结成一很厚硬壳保护层阻止火焰侵蚀。
（3）本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料添加的改性复合填土主要为凹凸棒土、高铝矾土、膨润土，这些填土经过改性后，使得在高温下可提高组分间的结合牢度和紧密度，减少材料内的孔隙率，使得高温下材料的体积稳定。
（4）本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料添加的硅粉粘结剂，能够有效增强材料在高温下的抗开裂性能，配合无机粘结剂使得材料在高温钢水和炉渣中的侵蚀和冲刷下不容易剥落，能承受炉体倾动和装入炉料的冲击作用而不损坏。
（5）本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料具有体积稳定性好、抗剥落、耐侵蚀、不挂渣、保温好的特点，用于内衬材料能够经受住钢水和炉渣的侵蚀和冲刷而不损害；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，包括以下重量份的原料：
复配金属粉料10份、硅粉粘结剂8份、无机粘结剂5份、矿石粉料15份、改性复合填土9份、改性石英粉8份、鳞片石墨3份。
本实施例中的复配金属粉料为氧化铝微粉、氧化锆微粉、氧化钛微粉按照重量比4:1:2组成的混合物，粒度为3-6μm。
本实施例中的硅粉粘结剂为：取黏土和硅微粉，放入3倍黏土与硅微粉总质量的乙二醇中，在80℃下搅拌25min，使黏土与硅微粉在乙二醇中分散均匀即可。
本实施例中的无机粘结剂为纳米碳化硅和粉状水玻璃按照重量比2:1组成的混合物。
本实施例中的矿石粉料为莫来石粉、滑石粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的改性复合填土的制备方法为：将凹凸棒土、高铝矾土、膨润土按照重量比2:7:1加入到体积浓度为8%氢氧化钠溶液浸泡2h，再调节PH至中性；之后取出烘干至含水量3%，最后加入占改性复合填土总重量4%的松香粉以及6%的羧甲基纤维素钠混合研磨过200-300目筛即得。
本实施例中的改性石英粉制备方法为：将石英石在温度为420℃的条件下煅烧40min，然后粉碎至粒径≤1mm，再放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1h后，取出干燥，加入相当于石英石粉重量2%的月桂醇硫酸钠和相当于石英石粉重量3%的碳化铌于400r/min转速条件下搅拌15min后研磨，过150目筛即得。
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌25分钟，搅拌转速250r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨2小时，在温度为55℃下恒温搅拌35分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为400r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，35℃搅拌15分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
实施例2.
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，包括以下重量份的原料：
复配金属粉料20份、硅粉粘结剂14份、无机粘结剂9份、矿石粉料25份、改性复合填土13份、改性石英粉16份、鳞片石墨5份。
本实施例中的复配金属粉料为氧化铝微粉、氧化锆微粉、氧化钛微粉按照重量比4:1:2组成的混合物，粒度为6μm。
本实施例中的硅粉粘结剂为：取黏土和硅微粉，放入5倍黏土与硅微粉总质量的乙二醇中，在100℃下搅拌30min，使黏土与硅微粉在乙二醇中分散均匀即可。
本实施例中的无机粘结剂为纳米碳化硅和粉状水玻璃按照重量比2:1组成的混合物。
本实施例中的矿石粉料为莫来石粉、滑石粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的改性复合填土的制备方法为：将凹凸棒土、高铝矾土、膨润土按照重量比2:7:1加入到体积浓度为12%氢氧化钠溶液浸泡3h，再调节PH至中性；之后取出烘干至含水量5%，最后加入占改性复合填土总重量8%的松香粉以及10%的羧甲基纤维素钠混合研磨过200-300目筛即得。
本实施例中的改性石英粉制备方法为：将石英石在温度为460℃的条件下煅烧40-50min，然后粉碎至粒径≤1mm，再放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡3h后，取出干燥，加入相当于石英石粉重量4%的月桂醇硫酸钠和相当于石英石粉重量5%的碳化铌于600r/min转速条件下搅拌25min后研磨，过250目筛即得。
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌35分钟，搅拌转速350r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨4小时，在温度为65℃下恒温搅拌45分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为500r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，45℃搅拌25分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
实施例3.
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，包括以下重量份的原料：
复配金属粉料15份、硅粉粘结剂11份、无机粘结剂7份、矿石粉料20份、改性复合填土11份、改性石英粉12份、鳞片石墨4份。
本实施例中的复配金属粉料为氧化铝微粉、氧化锆微粉、氧化钛微粉按照重量比4:1:2组成的混合物，粒度为3-6μm。
本实施例中的硅粉粘结剂为：取黏土和硅微粉，放入4倍黏土与硅微粉总质量的乙二醇中，在90℃下搅拌28min，使黏土与硅微粉在乙二醇中分散均匀即可。
本实施例中的无机粘结剂为纳米碳化硅和粉状水玻璃按照重量比2:1组成的混合物。
本实施例中的矿石粉料为莫来石粉、滑石粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
本实施例中的改性复合填土的制备方法为：将凹凸棒土、高铝矾土、膨润土按照重量比2:7:1加入到体积浓度为10%氢氧化钠溶液浸泡2.5h，再调节PH至中性；之后取出烘干至含水量4%，最后加入占改性复合填土总重量6%的松香粉以及8%的羧甲基纤维素钠混合研磨过200-300目筛即得。
本实施例中的改性石英粉制备方法为：将石英石在温度为440℃的条件下煅烧45min，然后粉碎至粒径≤1mm，再放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡2h后，取出干燥，加入相当于石英石粉重量3%的月桂醇硫酸钠和相当于石英石粉重量4%的碳化铌于500r/min转速条件下搅拌20min后研磨，过200目筛即得。
本实施例的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌30分钟，搅拌转速300r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨3小时，在温度为60℃下恒温搅拌40分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为450r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，40℃搅拌20分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
本发明的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料具备较好的粘度、良好的高温抗裂性和高温强度，能减少铝合金铸件气孔和微裂纹的倾向，涂料的涂层易于从铸件表面剥离，后续处理简单，节省大量的人工；同时本发明的原料组分安全可靠且原料易得，成本较低，工艺简明，易于操作和实现工业化生产，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
复配金属粉料10-20份、硅粉粘结剂8-14份、无机粘结剂5-9份、矿石粉料15-25份、改性复合填土9-13份、改性石英粉8-16份、鳞片石墨3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述熔模铸造内衬用耐火复合材料包括以下重量份的原料：
复配金属粉料15份、硅粉粘结剂11份、无机粘结剂7份、矿石粉料20份、改性复合填土11份、改性石英粉12份、鳞片石墨4份。
3.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述复配金属粉料为氧化铝微粉、氧化锆微粉、氧化钛微粉按照重量比4:1:2组成的混合物，粒度为3-6μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述硅粉粘结剂制备方法为：按重量比2:1取黏土和硅微粉，放入3-5倍黏土与硅微粉总质量的乙二醇中，在80-100℃下搅拌25-30min，使黏土与硅微粉在乙二醇中分散均匀即可。
5.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述无机粘结剂为纳米碳化硅和粉状水玻璃按照重量比2:1组成的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述矿石粉料为莫来石粉、滑石粉、海泡石粉，按照重量比2:1:2:3:1组成的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述改性复合填土的制备方法为：将凹凸棒土、高铝矾土、膨润土按照重量比2:7:1加入到体积浓度为8-12%氢氧化钠溶液浸泡2-3h，再调节PH至中性；之后取出烘干至含水量3-5%，最后加入占改性复合填土总重量4%-8%的松香粉以及6%-10%的羧甲基纤维素钠混合研磨过200-300目筛即得。
8.根据权利要求1或2所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料，其特征在于，所述改性石英粉制备方法为：将石英石在温度为420-460℃的条件下煅烧40-50min，然后粉碎至粒径小于1mm，再放入碳酸钠与高锰酸钾混合溶液中浸泡1-3h后，取出干燥，加入相当于石英石粉重量2-4%的月桂醇硫酸钠和相当于石英石粉重量3-5%的碳化铌于400-600r/min转速条件下搅拌15-25min后研磨，过150-250目筛即得。
9.一种制备如权利要求1或2所述的熔模铸造内衬用耐火复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌25-35分钟，搅拌转速250-350r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨2-4小时，在温度为55-65℃下恒温搅拌35-45分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为400-500r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，35-45℃搅拌15-25分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种熔模铸造内衬用耐火复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤为：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将复配金属粉料、硅粉粘结剂混合加入搅拌机中，搅拌30分钟，搅拌转速300r/min，得到混合物A；
步骤三，将鳞片石墨、矿石粉料加入湿式球磨机中球磨3小时，在温度为60℃下恒温搅拌40分钟，制得混合物B；
步骤四，将步骤二制得的混合物A、改性复合填土、改性石英粉与步骤三制得的混合物B、无机粘结剂加入高速搅拌机中，转速为450r/min，喷洒适量的硫酸钡溶液，40℃搅拌20分钟，烘干制得发明的熔模铸造内衬用耐火复合材料。
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