CN108276009A - 一种高温耐火材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温耐火材料及制备方法，所述材料包括如下组分：氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、钛合金、氧化石墨烯、炉渣、填充料、高粘凹凸棒石粘土。制备方法包括：首先将各组分粉碎，然后按照顺序混炼，再经过干燥、煅烧，即得所述高温耐火材料。本发明所述耐火材料不仅具有较好的热稳定性、机械强度和耐磨性，还具有较好的粘结性能和较好的抗震性，大大延长了耐火材料的使用寿命，具有较好的应用前景。

Description

一种高温耐火材料及制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料加工技术领域，具体地，涉及一种高温耐火材料及制备方法。
背景技术
耐火材料是指耐火度不低于1500℃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的情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料包括天然矿石以及按照一定的工业要求制造，具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性，并且是各种耐高温设备必需的材料。耐火材料品种繁多、用途各异，有必要对耐火材料进行科学分类，以便于科学研究、合理选用和管理。耐火材料的分类方法很多，其中主要有化学属性分类法、化学矿物组成分类法、生产工艺分类法、材料形态分类法等多种方法。耐火材料广泛应用于化工、石油、冶金、机械制造、动力等工业领域，尤其在冶金工业中用量最大，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。
现有的耐火材料由于机械强度、耐磨性、抗震稳定性不理想，其使用寿命较短，不仅浪费了资源，更增加了成本。因此，研究开发一种使用寿命长、各项性能指标的高强度高温耐火材料是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高温耐火材料及制备方法，所述耐火材料不仅具有较好的热稳定性、机械强度和耐磨性，还具有较好的粘结性能和较好的抗震性，大大延长了耐火材料的使用寿命，具有较好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明涉及一种高温耐火材料，包括如下重量份的各组分：氧化镁30~45份、氧化铝3~9份、石英石8~16份、氮化硅3~7份、钛合金5~10份、氧化石墨烯0.1~0.8份、炉渣10~19份、填充料12~20份、高粘凹凸棒石粘土6~15份。
优选地，所述氧化镁38份、氧化铝3份、石英石14份、氮化硅6份、钛合金8份、氧化石墨烯0.6份、炉渣15份、填充料17份、高粘凹凸棒石粘土12份。
优选地，所述氧化镁43份、氧化铝5份、石英石12份、氮化硅5份、钛合金7份、氧化石墨烯0.4份、炉渣18份、填充料15份、高粘凹凸棒石粘土9份。
优选地，所述填充料为氧化钙、氧化铁、滑石粉中的一种或者多种的混合。
优选地，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。
本发明还涉及一种制备高温耐火材料的方法，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼5~10min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼10~15min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼5~10min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
优选地，所述步骤（2）中混炼温度为200~230℃。
优选地，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理5~10min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至900℃~1000℃，然后恒温焙烧4~6h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
优选地，所述步骤（3）中干燥温度为120~150℃，干燥时间为1~2h。
优选地，所述各步骤（3）中煅烧温度为1600~1800℃，煅烧时间为2~4h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明所述的高温耐火材料，不仅具有较好的热稳定性、机械强度和耐磨性，还具有较好的粘结性能和较好的抗震性，大大延长了耐火材料的使用寿命，具有较好的应用前景。
（2）本发明所述的高温耐火材料中添加有氧化石墨烯，首先与钛合金进行混炼均匀，然后在与剩余组分混炼，能够使得氧化石墨烯更加均匀的分散在各组分中，由于石墨烯本身优异的力学性能及较好的环境稳定性，使得混合后的材料的力学性能及环境稳定性大幅度提高，同时提高了材料的耐腐蚀性能，从而延长了耐火材料的使用寿命。
（3）本发明所述的高温耐火材料中添加有高粘凹凸棒石粘土，一方面其高粘特性，使得混合材料的粘结性能大大提高，另一方面由于凹凸棒石粘土本身的特性，使得材料的具有耐高温、耐磨损的性能。
（4）本发明所述的高温耐火材料的制备方法简单、操作方便，工艺条件温和，适合工业化推广生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
本实施例涉及一种高温耐火材料及制备方法；
所述高温耐火材料由如下组分制备而成：
氧化镁38份、氧化铝3份、石英石14份、氮化硅6份、钛合金8份、氧化石墨烯0.6份、炉渣15份、填充料17份、高粘凹凸棒石粘土12份。
其中，所述填充料为氧化钙、氧化铁的混合。
其中，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。一方面其高粘特性，使得混合材料的粘结性能大大提高，另一方面由于凹凸棒石粘土本身的特性，使得材料的具有耐高温、耐磨损的性能。
本发明制备高温耐火材料的方法，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼10min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼10min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼10min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
其中，所述步骤（2）中混炼温度为220℃。
其中，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至1000℃，然后恒温焙烧5h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
其中，所述步骤（3）中干燥温度为140℃，干燥时间为2h。
其中，所述各步骤（3）中煅烧温度为1800℃，煅烧时间为3h。
实施例2：
本实施例涉及一种高温耐火材料及制备方法；
所述高温耐火材料由如下组分制备而成：
氧化镁43份、氧化铝5份、石英石12份、氮化硅5份、钛合金7份、氧化石墨烯0.4份、炉渣18份、填充料15份、高粘凹凸棒石粘土9份。
其中，所述填充料为氧化铁、滑石粉的混合。
其中，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。一方面其高粘特性，使得混合材料的粘结性能大大提高，另一方面由于凹凸棒石粘土本身的特性，使得材料的具有耐高温、耐磨损的性能。
本发明制备高温耐火材料的方法，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼10min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼10min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼10min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
其中，所述步骤（2）中混炼温度为220℃。
其中，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至1000℃，然后恒温焙烧4h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
其中，所述步骤（3）中干燥温度为130℃，干燥时间为2h。
其中，所述各步骤（3）中煅烧温度为1700℃，煅烧时间为4h。
实施例3：
本实施例涉及一种高温耐火材料及制备方法；
所述高温耐火材料由如下组分制备而成：
氧化镁30份、氧化铝3份、石英石8份、氮化硅3份、钛合金5份、氧化石墨烯0.1份、炉渣10份、填充料12份、高粘凹凸棒石粘土6份。
其中，所述填充料为氧化钙。
其中，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。一方面其高粘特性，使得混合材料的粘结性能大大提高，另一方面由于凹凸棒石粘土本身的特性，使得材料的具有耐高温、耐磨损的性能。
本发明制备高温耐火材料的方法，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼5min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼15min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼5min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
其中，所述步骤（2）中混炼温度为200℃。
其中，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理5min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至900℃℃，然后恒温焙烧6h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
其中，所述步骤（3）中干燥温度为120℃，干燥时间为2h。
其中，所述各步骤（3）中煅烧温度为1600℃，煅烧时间为4h。
实施例4：
本实施例涉及一种高温耐火材料及制备方法；
所述高温耐火材料由如下组分制备而成：
氧化镁45份、氧化铝9份、石英石16份、氮化硅7份、钛合金10份、氧化石墨烯0.8份、炉渣19份、填充料20份、高粘凹凸棒石粘土15份。
其中，所述填充料为氧化钙、氧化铁的混合。
其中，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。一方面其高粘特性，使得混合材料的粘结性能大大提高，另一方面由于凹凸棒石粘土本身的特性，使得材料的具有耐高温、耐磨损的性能。
本发明制备高温耐火材料的方法，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼10min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼15min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼10min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
其中，所述步骤（2）中混炼温度为230℃。
其中，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至1000℃，然后恒温焙烧4h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
其中，所述步骤（3）中干燥温度为150℃，干燥时间为1h。
其中，所述各步骤（3）中煅烧温度为1800℃，煅烧时间为2h。
综上所述，本发明所述的高温耐火材料，不仅具有较好的热稳定性、机械强度和耐磨性，还具有较好的粘结性能和较好的抗震性，大大延长了耐火材料的使用寿命，具有较好的应用前景。此外，所述的高温耐火材料的制备方法简单、操作方便，工艺条件温和，适合工业化推广生产。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高温耐火材料，其特征在于，包括如下重量份的各组分：氧化镁30~45份、氧化铝3~9份、石英石8~16份、氮化硅3~7份、钛合金5~10份、氧化石墨烯0.1~0.8份、炉渣10~19份、填充料12~20份、高粘凹凸棒石粘土6~15份。
2.根据权利要求1所述的高温耐火材料，其特征在于，所述氧化镁38份、氧化铝3份、石英石14份、氮化硅6份、钛合金8份、氧化石墨烯0.6份、炉渣15份、填充料17份、高粘凹凸棒石粘土12份。
3.根据权利要求1所述的高温耐火材料，其特征在于，所述氧化镁43份、氧化铝5份、石英石12份、氮化硅5份、钛合金7份、氧化石墨烯0.4份、炉渣18份、填充料15份、高粘凹凸棒石粘土9份。
4.根据权利要求1所述的高温耐火材料，其特征在于，所述填充料为氧化钙、氧化铁、滑石粉中的一种或者多种的混合。
5.根据权利要求1所述的高温耐火材料，其特征在于，所述高粘凹凸棒石粘土为天然凹凸棒石粘土经提纯、活化后的产物。
6.一种制备如权利要求1~5任一项所述的高温耐火材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照配比称取氧化镁、氧化铝、石英石、氮化硅、炉渣、填充料，分别粉碎，并过50~100目筛，混合均匀，备用；
（2）按照配比分别称取钛合金、氧化石墨烯加入到混炼机中，混炼5~10min，然后向混炼机中加入步骤（1）得到的混合物，继续混炼10~15min，然后再向混合物中加入配比量的高粘凹凸棒石粘土，混炼5~10min，得到混合物；
（3）将步骤（2）得到的混合物置于隧道窑中进行干燥，然后再将干燥后的混合物置于煅烧炉中煅烧，即得到所述高温耐火材料。
7.根据权利要求6所述的高温耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中混炼温度为200~230℃。
8.根据权利要求6所述的高温耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中加入的高粘凹凸棒石粘土的制备方法包括如下步骤：
取天然凹凸棒石粘土进行粉碎并过200目筛，加水，搅拌形成悬浮泥浆，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理5~10min，真空抽滤；将滤饼烘干，然后置于马弗炉中以20℃/min的速度程序升温至900℃~1000℃，然后恒温焙烧4~6h，自然冷却，即得所述高粘凹凸棒石粘土。
9.根据权利要求6所述的高温耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中干燥温度为120~150℃，干燥时间为1~2h。
10.根据权利要求6所述的高温耐火材料的制备方法，其特征在于，所述各步骤（3）中煅烧温度为1600~1800℃，煅烧时间为2~4h。
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