CN108610072A - 一种新型复合耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型复合耐火材料及其制备方法，由以下成分制备而成：耐火基材、碳化硅、废旧尾矿渣、部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒、丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、有机溶剂、结合剂和天然增塑剂。本发明制备的耐火材料，与传统的耐火材料相比，气孔更低、体密更高，拥有更小的膨胀率和重烧线变化，稳定性更好，热震性能更优越，耐磨性更好。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种新型复合耐火材料及其制备方法。
背景技术
在传统意义上，耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料，它是为高温技术服务的基础材料，是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业高温容器和部件的材料，并且能够承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石）为原料制造的，采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的种类很多。耐火材料按照矿物组成可以分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分为天然矿石和人造制品；按其方式可分为块状制品和不定形耐火材料；按照热处理方式可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品；按照耐火度可分为普通、高级和特级耐火制品；按照化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料；按照其密度可分为轻质及重质耐火材料；按照其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿；还可以按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。
无机非金属材料的机械韧性较差是无机非金属和材料中普遍存在的一个问题，作为同属无机非金属材料的耐火材料，其机械韧性也较差，虽然在使用过程中耐火材料几乎不需要进行移动，但是其较差的机械韧性也影响到了其高温时候的抗热震性能，在急冷急热和使用的间隙由于较大的温差耐火材料极易在热胀冷缩作用下发生开裂、剥落等影响耐火材料完整性的情况，降低了耐火材料的使用寿命；同时对于那些需要经常进行移动的耐火材料制品，其较差的机械韧性则会大大增加耐火制品的损坏率，影响其日常使用。
申请号为CN201610172527.1，公开了一种方镁石-尖晶石轻量耐火材料及其制备方法，采用氧化镁碳热还原输运氧化法制得了不同密度梯度的轻量方镁石-尖晶石耐火材料，制备过程需严格的气氛条件，制备的材料表面致密、内部疏松，一旦表面致密层损毁而内部疏松的多孔结构与侵蚀介质接触，材料将会受到严重侵蚀，难以用于使用替代燃料的水泥回转窑中。申请号为CN201410059476.2，公开了一种水泥回转窑用轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法，以多孔方镁石-尖晶石骨料替代致密镁砂骨料，制得的轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料尽管热震稳定性较好和强度较高，但气孔孔径较大、透气度高、抗盐碱及重金属氧化物侵蚀能力差，难以用于使用替代燃料的水泥回转窑。
综上所述，因此需要一种更好的耐火材料，来改善现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型复合耐火材料及其制备方法，本发明制备的耐火材料，与传统的耐火材料相比，气孔更低、体密更高，拥有更小的膨胀率和重烧线变化，稳定性更好，热震性能更优越，耐磨性更好。
本发明提供了如下的技术方案：
一种新型复合耐火材料，包括以下重量份的原料：耐火基材23-27份、碳化硅8-12份、废旧尾矿渣14-18份、部分稳定氧化锆15-18份、碳化锆颗粒10-14份、丙烯酸胺8-11份、亚甲基双丙烯酰胺6-10份、过硫酸铵7-11份、有机溶剂5-9份、结合剂4-7份和天然增塑剂6-9份。
优选的，所述耐火材料包括以下重量份的原料：耐火基材23-25份、碳化硅8-10份、废旧尾矿渣14-16份、部分稳定氧化锆15-17份、碳化锆颗粒10-13份、丙烯酸胺8-10份、亚甲基双丙烯酰胺6-9份、过硫酸铵7-10份、有机溶剂5-8份、结合剂4-6份和天然增塑剂6-8份。
优选的，所述耐火材料包括以下重量份的原料：耐火基材24份、碳化硅9份、废旧尾矿渣15份、部分稳定氧化锆16份、碳化锆颗粒12份、丙烯酸胺9份、亚甲基双丙烯酰胺8份、过硫酸铵9份、有机溶剂7份、结合剂5份和天然增塑剂7份。
一种新型复合耐火材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒用清水冲洗除杂、磁选去铁，再与丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，导入高混机中，在65-68℃下，以400-450r/min的转速下搅拌反应0.7-0.9h，得到材料一；
b、将耐火基材、碳化硅和废旧尾矿渣混合均匀，采用球磨机球磨2.5-2.8h，再加入有机溶剂进行湿磨1-1.2h，过滤掉有机溶剂，得到材料二；
c、将材料一、材料二导入反应釜中，加入结合剂和天然增塑剂，在80-83℃下搅拌反应10-15min，得到材料三；
d、将材料三导入烧结炉中进行煅烧，再自然冷却至常温，即可得到成品。
优选的，所述步骤a的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆按质量比2:2:1混合而成。
优选的，所述步骤b的耐火基材的制备方法为：将镁砂、镁铝尖晶石、氧化铝粉、二氧化锰粉、金属锰粉和乙二醇混合，加入到球磨机内球磨2-2.5h，再加入黏土，搅拌均匀，在850℃下烧结3.5h，即可得到耐火基材。
优选的，所述步骤b的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷按质量比1:2:1混合而成。
优选的，所述步骤c的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素按质量比3:5:2:7混合而成。
优选的，所述步骤c的天然增塑剂的制备方法为：将硅藻土研磨至过500目筛，加入聚乙二醇，高速搅拌制成悬浮液，再加入羟丙基甲基纤维素，在75℃下搅拌分散0.5h，即可得到天然增塑剂。
优选的，所述步骤d的煅烧方法为：先预热至200℃，再升温至1200℃煅烧0.8h，降温至800℃煅烧1.2h，再降温至560℃煅烧1.5h，之后自然降温至室温，即可。
本发明的有益效果是：
本发明制备的耐火材料，与传统的耐火材料相比，气孔更低、体密更高，拥有更小的膨胀率和重烧线变化，稳定性更好，热震性能更优越，耐磨性更好。
本发明中的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆的配比，在该比例下，形成的部分稳定氧化锆，能够较好的包覆在本发明中的碳化锆原料表面，因为引入的部分稳定氧化锆的料度较碳化锆的粒度细，表面积大，通过控制两者之间的比例，保证了部分稳定氧化锆均匀分散并包裹碳化锆颗粒，使得制备的耐火材料在高温下能够自身烧结，形成氧化锆结合网络，抗冲刷能力强，同时其氧化后体积有一定的膨胀，避免了烧结引起了较大的体积收缩。
本发明中的耐火基材中的镁砂、镁铝尖晶石，具有非常高的抗拉强度、较高的热导率和较低的热膨胀系数。高的拉伸强度可以提高成品的破坏极限应力；高的热导率可在环境温度激变时快速传导热量，降低成品内部温度梯度；低的热膨胀率不至于在成品内部存在温度梯度时形成较大的内应力，这三种性能的综合作用可提高成品的耐热震性能。
本发明中的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷的配比，可以有效的进行除杂，提高成品的质量。
本发明中的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素的配比，在该比例下制成的结合剂，具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、化学性能稳定的特性。
本发明中的天然增塑剂中的硅藻土具有很好的可塑性，而且可以改变成品表面的附着力，防止成品表面附着熔渣等；其中的羟丙基甲基纤维素可以避免成品在涂覆后因干的太快发生龟裂，并增强涂覆后成品的硬化强度。
具体实施方式
实施例1
一种新型复合耐火材料，包括以下重量份的原料：耐火基材27份、碳化硅8份、废旧尾矿渣18份、部分稳定氧化锆15份、碳化锆颗粒14份、丙烯酸胺8份、亚甲基双丙烯酰胺6份、过硫酸铵11份、有机溶剂9份、结合剂7份和天然增塑剂9份。
一种新型复合耐火材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒用清水冲洗除杂、磁选去铁，再与丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，导入高混机中，在68℃下，以450r/min的转速下搅拌反应0.9h，得到材料一；
b、将耐火基材、碳化硅和废旧尾矿渣混合均匀，采用球磨机球磨2.8h，再加入有机溶剂进行湿磨1.2h，过滤掉有机溶剂，得到材料二；
c、将材料一、材料二导入反应釜中，加入结合剂和天然增塑剂，在83℃下搅拌反应15min，得到材料三；
d、将材料三导入烧结炉中进行煅烧，再自然冷却至常温，即可得到成品。
步骤a的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆按质量比2:2:1混合而成。
步骤b的耐火基材的制备方法为：将镁砂、镁铝尖晶石、氧化铝粉、二氧化锰粉、金属锰粉和乙二醇混合，加入到球磨机内球磨2.5h，再加入黏土，搅拌均匀，在850℃下烧结3.5h，即可得到耐火基材。
步骤b的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷按质量比1:2:1混合而成。
步骤c的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素按质量比3:5:2:7混合而成。
步骤c的天然增塑剂的制备方法为：将硅藻土研磨至过500目筛，加入聚乙二醇，高速搅拌制成悬浮液，再加入羟丙基甲基纤维素，在75℃下搅拌分散0.5h，即可得到天然增塑剂。
步骤d的煅烧方法为：先预热至200℃，再升温至1200℃煅烧0.8h，降温至800℃煅烧1.2h，再降温至560℃煅烧1.5h，之后自然降温至室温，即可。
实施例2
一种新型复合耐火材料，包括以下重量份的原料：耐火基材25份、碳化硅8份、废旧尾矿渣14份、部分稳定氧化锆15份、碳化锆颗粒10份、丙烯酸胺10份、亚甲基双丙烯酰胺9份、过硫酸铵10份、有机溶剂8份、结合剂4份和天然增塑剂8份。
一种新型复合耐火材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒用清水冲洗除杂、磁选去铁，再与丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，导入高混机中，在65℃下，以400r/min的转速下搅拌反应0.7h，得到材料一；
b、将耐火基材、碳化硅和废旧尾矿渣混合均匀，采用球磨机球磨2.5h，再加入有机溶剂进行湿磨1h，过滤掉有机溶剂，得到材料二；
c、将材料一、材料二导入反应釜中，加入结合剂和天然增塑剂，在80℃下搅拌反应15min，得到材料三；
d、将材料三导入烧结炉中进行煅烧，再自然冷却至常温，即可得到成品。
步骤a的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆按质量比2:2:1混合而成。
步骤b的耐火基材的制备方法为：将镁砂、镁铝尖晶石、氧化铝粉、二氧化锰粉、金属锰粉和乙二醇混合，加入到球磨机内球磨2h，再加入黏土，搅拌均匀，在850℃下烧结3.5h，即可得到耐火基材。
步骤b的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷按质量比1:2:1混合而成。
步骤c的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素按质量比3:5:2:7混合而成。
步骤c的天然增塑剂的制备方法为：将硅藻土研磨至过500目筛，加入聚乙二醇，高速搅拌制成悬浮液，再加入羟丙基甲基纤维素，在75℃下搅拌分散0.5h，即可得到天然增塑剂。
步骤d的煅烧方法为：先预热至200℃，再升温至1200℃煅烧0.8h，降温至800℃煅烧1.2h，再降温至560℃煅烧1.5h，之后自然降温至室温，即可。
实施例3
一种新型复合耐火材料，包括以下重量份的原料：耐火基材24份、碳化硅9份、废旧尾矿渣15份、部分稳定氧化锆16份、碳化锆颗粒12份、丙烯酸胺9份、亚甲基双丙烯酰胺8份、过硫酸铵9份、有机溶剂7份、结合剂5份和天然增塑剂7份。
一种新型复合耐火材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒用清水冲洗除杂、磁选去铁，再与丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，导入高混机中，在68℃下，以400r/min的转速下搅拌反应0.7h，得到材料一；
b、将耐火基材、碳化硅和废旧尾矿渣混合均匀，采用球磨机球磨2.8h，再加入有机溶剂进行湿磨1h，过滤掉有机溶剂，得到材料二；
c、将材料一、材料二导入反应釜中，加入结合剂和天然增塑剂，在80℃下搅拌反应15min，得到材料三；
d、将材料三导入烧结炉中进行煅烧，再自然冷却至常温，即可得到成品。
步骤a的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆按质量比2:2:1混合而成。
步骤b的耐火基材的制备方法为：将镁砂、镁铝尖晶石、氧化铝粉、二氧化锰粉、金属锰粉和乙二醇混合，加入到球磨机内球磨2.5h，再加入黏土，搅拌均匀，在850℃下烧结3.5h，即可得到耐火基材。
步骤b的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷按质量比1:2:1混合而成。
步骤c的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素按质量比3:5:2:7混合而成。
步骤c的天然增塑剂的制备方法为：将硅藻土研磨至过500目筛，加入聚乙二醇，高速搅拌制成悬浮液，再加入羟丙基甲基纤维素，在75℃下搅拌分散0.5h，即可得到天然增塑剂。
步骤d的煅烧方法为：先预热至200℃，再升温至1200℃煅烧0.8h，降温至800℃煅烧1.2h，再降温至560℃煅烧1.5h，之后自然降温至室温，即可。
对比例1
采用现有技术中的普通耐火材料进行检测对比。
检测以上实施例和对比例制备的成品，得到以下检测数据：
表一：
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 耐压强度（1200℃） | 88MPa | 91MPa | 92MPa | 81MPa |
| 抗折强度（1200℃） | 36MPa | 37MPa | 38MPa | 33MPa |
| 热震性（1200℃/10次） | 强度损失5.3% | 强度损失5.2% | 强度损失4.6% | 断裂 |
| 耐磨性（1200℃/5h） | 体积损失2.1% | 体积损失1.9% | 体积损失1.8% | 体积损失3.9% |
由表一所得的实验数据，可以得出，本发明的制备方法制备的成品的各项性能显著优异于现有技术中的普通产品，并且在本发明的实施例3中优选的制备方案，其得到的成品性能最为优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型复合耐火材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：耐火基材23-27份、碳化硅8-12份、废旧尾矿渣14-18份、部分稳定氧化锆15-18份、碳化锆颗粒10-14份、丙烯酸胺8-11份、亚甲基双丙烯酰胺6-10份、过硫酸铵7-11份、有机溶剂5-9份、结合剂4-7份和天然增塑剂6-9份。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合耐火材料，其特征在于，所述耐火材料包括以下重量份的原料：耐火基材23-25份、碳化硅8-10份、废旧尾矿渣14-16份、部分稳定氧化锆15-17份、碳化锆颗粒10-13份、丙烯酸胺8-10份、亚甲基双丙烯酰胺6-9份、过硫酸铵7-10份、有机溶剂5-8份、结合剂4-6份和天然增塑剂6-8份。
3.根据权利要求1所述的一种新型复合耐火材料，其特征在于，所述耐火材料包括以下重量份的原料：耐火基材24份、碳化硅9份、废旧尾矿渣15份、部分稳定氧化锆16份、碳化锆颗粒12份、丙烯酸胺9份、亚甲基双丙烯酰胺8份、过硫酸铵9份、有机溶剂7份、结合剂5份和天然增塑剂7份。
4.权利要求1-3任一项所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将部分稳定氧化锆、碳化锆颗粒用清水冲洗除杂、磁选去铁，再与丙烯酸胺、亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵混合，导入高混机中，在65-68℃下，以400-450r/min的转速下搅拌反应0.7-0.9h，得到材料一；
b、将耐火基材、碳化硅和废旧尾矿渣混合均匀，采用球磨机球磨2.5-2.8h，再加入有机溶剂进行湿磨1-1.2h，过滤掉有机溶剂，得到材料二；
c、将材料一、材料二导入反应釜中，加入结合剂和天然增塑剂，在80-83℃下搅拌反应10-15min，得到材料三；
d、将材料三导入烧结炉中进行煅烧，再自然冷却至常温，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的部分稳定氧化锆为氧化钙稳定氧化锆、氧化镁稳定氧化锆和氧化钇稳定氧化锆按质量比2:2:1混合而成。
6.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的耐火基材的制备方法为：将镁砂、镁铝尖晶石、氧化铝粉、二氧化锰粉、金属锰粉和乙二醇混合，加入到球磨机内球磨2-2.5h，再加入黏土，搅拌均匀，在850℃下烧结3.5h，即可得到耐火基材。
7.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃和正己烷按质量比1:2:1混合而成。
8.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的结合剂为糊精、纸浆废液、木质素磺酸钙和甲基纤维素按质量比3:5:2:7混合而成。
9.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的天然增塑剂的制备方法为：将硅藻土研磨至过500目筛，加入聚乙二醇，高速搅拌制成悬浮液，再加入羟丙基甲基纤维素，在75℃下搅拌分散0.5h，即可得到天然增塑剂。
10.根据权利要求4所述的一种新型复合耐火材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d的煅烧方法为：先预热至200℃，再升温至1200℃煅烧0.8h，降温至800℃煅烧1.2h，再降温至560℃煅烧1.5h，之后自然降温至室温，即可。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114773040A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-07-22 | 唐山鑫亚耐火材料有限公司 | 一种滑板砖及其生产方法 |
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