CN109133876A - 耐火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐火材料，由以下重量份组分制成：菱镁矿粉150～250重量份、轻烧氧化镁粉120～230重量份、氧化铝细粉50～90份、高铝矾土粉20～40重量份、石英砂粉末15～25重量份、白刚玉粉末20～40重量份，锆英石粉末50～100重量份、电熔陶粒100～200重量份、六方氮化硼50～85重量份、陶瓷纤维65～100重量份、减水剂10～30重量份、发泡剂5～8重量份、稳泡剂10～20重量份，本发明中采用的六方氮化硼和电熔陶粒代替传统材料中的石英砂，六方氮化硼的隔热性能较好，有良好的润滑性，电熔陶粒代替传统材料中的石英砂，电熔陶粒的热膨胀系数较石英砂更小，能够使得耐火材料的热膨胀更小，使得耐火材料的稳定性更好。

Description

耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种耐火材料及其制备方法。
背景技术
耐火材料是指耐火度较高的隔热材料，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，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，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。
现有的耐火材料及其制备方法，传统耐火材料中使用大量石英砂，石英砂热膨胀系数较大，隔热性能差，热膨胀系数较大，使得耐火材料的稳定性较差，同时大量骨料与基料混合时，难以实现均匀加热，骨料加热不均易影响耐火材料的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐火材料及其制备方法，以解决现有的传统耐火材料，传统耐火材料热膨胀系数较大，隔热性能差，热膨胀系数较大，使得耐火材料的稳定性较差，同时大量骨料与基料混合时，难以实现均匀加热，骨料加热不均易影响耐火材料的稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐火材料，由以下重量份组分制成：菱镁矿粉150～250重量份、轻烧氧化镁粉120～230重量份、氧化铝细粉50～90份、高铝矾土粉20～40重量份、石英砂粉末15～25重量份、白刚玉粉末20～40重量份，锆英石粉末50～100重量份、电熔陶粒100～200重量份、六方氮化硼50～85重量份、陶瓷纤维 65～100重量份、减水剂10～30重量份、发泡剂5～8重量份、稳泡剂10～20重量份。
优选的，所述减水剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和超聚磷酸钠按照3：3：1：1比例混合。
优选的，所述菱镁矿粉粒度为40～88μm，氧化铝细粉粒度为20～40μm、高铝矾土粉粒度为60～80μm，白刚玉粉末粒度为20～30μm。
优选的，由以下重量份组分制成：菱镁矿粉200重量份、轻烧氧化镁粉180重量份、氧化铝细粉70份、高铝矾土粉30重量份、石英砂粉末20重量份、白刚玉粉末30重量份，锆英石粉末75重量份、电熔陶粒150重量份、六方氮化硼68重量份、陶瓷纤维83重量份、减水剂20重量份、发泡剂7份、稳泡剂15份。
优选的，包括以下步骤：
1)混料，将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合作为基料；
2)在基料中加入硅凝胶，将硅凝胶在反应釜中加热至230℃～280℃软化，保温30min～45min，边在反应釜中搅拌硅凝胶，边加入菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉、高铝矾土粉、炭化硅、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在搅拌釜中混合的基料；
3)将石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在混合罐中混合，并加热至 400℃～450℃；
4)将反应釜内基料加热至360℃～450℃，保温20min～30min，在反应釜中加入混合后的石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维后，搅拌均匀，并加热至450℃～580℃，保温30min～40min；
5)在反应釜中的混合料倒入搅拌机中搅拌，混合料在搅拌集中充分搅拌2～5h；
5)在搅拌机的混合料中加入发泡液，并搅拌1～2h后，再加入减水剂，搅拌5～7h；
6)将搅拌机中的混合料加入到模具中压制成型，并置于风干机中风干35～45h，得到胚料；
7)将胚料送至炉膛中，在温度为300℃℃～360℃下，烧结2-4h即可。
优选的，所述发泡剂为碳化硅；
优选的，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素按照2：3：2比例混合。
优选的，所述发泡液包括发泡剂和稳泡剂。
优选的，所述发泡液按照以下的方法制作，
1)发泡剂与水按照1：15充分混合；
2)发泡剂中加入稳泡剂在搅拌机中搅拌30min，搅拌速度大于1200r/min后，制得发泡液。
优选的，所述减水剂可每隔30min加入一次，分2～3次加入到搅拌机的混合料中。
本发明提供了一种耐火材料及其制备方法。具备以下有益效果：
(1)本发明中采用的六方氮化硼和电熔陶粒代替传统材料中的石英砂，六方氮化硼的隔热性能较好，有良好的润滑性，电绝缘性导热性和耐化学腐蚀性，化学性质稳定对所有熔融金属化学呈惰性，成型制品便于机械加工，电熔陶粒代替传统材料中的石英砂，电熔陶粒的热膨胀系数较石英砂更小，能够使得耐火材料的热膨胀更小，使得耐火材料的稳定性更好。
(2)本发明中采用石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末作为骨料在基料加热混合完成后，再将高温骨料加入到基料中混合，先将作为基料的菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合后再加入高温骨料，避免了同时将大量骨料与基料混合时，难以实现均匀加热，骨料加热不均易影响耐火材料的稳定性。
具体实施方式
下面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。
实施案例一：
本发明提供如下技术方案：一种耐火材料，由以下重量份组分制成：菱镁矿粉150重量份、轻烧氧化镁粉120重量份、氧化铝细粉50份、高铝矾土粉20重量份、石英砂粉末15重量份、白刚玉粉末20重量份，锆英石粉末50重量份、电熔陶粒100重量份、六方氮化硼50 重量份、陶瓷纤维65重量份、减水剂10重量份、发泡剂5份、稳泡剂10份。
减水剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和超聚磷酸钠按照3：3：1：1比例混合。
菱镁矿粉粒度为40～88μm，氧化铝细粉粒度为20～40μm、高铝矾土粉粒度为 60～80μm，白刚玉粉末粒度为20～30μm。
一种耐火材料的制备方法包括以下步骤：
1)混料，将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合作为基料；
2)在基料中加入硅凝胶，将硅凝胶在反应釜中加热至230℃～280℃软化，保温30min～45min，边在反应釜中搅拌硅凝胶，边加入菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉、高铝矾土粉、炭化硅、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在搅拌釜中混合的基料；
3)将石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在混合罐中混合，并加热至 400℃～450℃；
4)将反应釜内基料加热至360℃～450℃，保温20min～30min，在反应釜中加入混合后的石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维后，搅拌均匀，并加热至450℃～580℃，保温30min～40min；
5)在反应釜中的混合料倒入搅拌机中搅拌，混合料在搅拌集中充分搅拌2～5h；
5)在搅拌机的混合料中加入发泡液，并搅拌1～2h后，再加入减水剂，搅拌5～7h；
6)将搅拌机中的混合料加入到模具中压制成型，并置于风干机中风干35～45h，得到胚料；
7)将胚料送至炉膛中，在温度为300℃℃～360℃下，烧结2-4h即可。
6.根据权利要求5的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：发泡剂为碳化硅；
稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素按照2：3：2比例混合。
发泡液包括发泡剂和稳泡剂。
发泡液按照以下的方法制作：
1)发泡剂与水按照1：15充分混合；
2)发泡剂中加入稳泡剂在搅拌机中搅拌30min，搅拌速度大于1200r/min后，制得发泡液。
减水剂可每隔30min加入一次，分2～3次加入到搅拌机的混合料中。
实施例二：
一种耐火材料由以下重量份组分制成：菱镁矿粉200重量份、轻烧氧化镁粉180重量份、氧化铝细粉70份、高铝矾土粉30重量份、石英砂粉末20重量份、白刚玉粉末30重量份，锆英石粉末75重量份、电熔陶粒150重量份、六方氮化硼68重量份、陶瓷纤维83重量份、减水剂20重量份、发泡剂7份、稳泡剂15份。
减水剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和超聚磷酸钠按照3：3：1：1比例混合。
菱镁矿粉粒度为40～88μm，氧化铝细粉粒度为20～40μm、高铝矾土粉粒度为 60～80μm，白刚玉粉末粒度为20～30μm。
一种耐火材料的制备方法包括以下步骤：
1)混料，将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合作为基料；
2)在基料中加入硅凝胶，将硅凝胶在反应釜中加热至230℃～280℃软化，保温30min～45min，边在反应釜中搅拌硅凝胶，边加入菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉、高铝矾土粉、炭化硅、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在搅拌釜中混合的基料；
3)将石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在混合罐中混合，并加热至 400℃～450℃；
4)将反应釜内基料加热至360℃～450℃，保温20min～30min，在反应釜中加入混合后的石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维后，搅拌均匀，并加热至450℃～580℃，保温30min～40min；
5)在反应釜中的混合料倒入搅拌机中搅拌，混合料在搅拌集中充分搅拌2～5h；
5)在搅拌机的混合料中加入发泡液，并搅拌1～2h后，再加入减水剂，搅拌5～7h；
6)将搅拌机中的混合料加入到模具中压制成型，并置于风干机中风干35～45h，得到胚料；
7)将胚料送至炉膛中，在温度为300℃℃～360℃下，烧结2-4h即可。
6.根据权利要求5的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：发泡剂为碳化硅；
稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素按照2：3：2比例混合。
发泡液包括发泡剂和稳泡剂。
发泡液按照以下的方法制作：
1)发泡剂与水按照1：15充分混合；
2)发泡剂中加入稳泡剂在搅拌机中搅拌30min，搅拌速度大于1200r/min后，制得发泡液。
减水剂可每隔30min加入一次，分2～3次加入到搅拌机的混合料中。
实施案例三：
本发明提供如下技术方案：一种耐火材料，由以下重量份组分制成：菱镁矿粉250重量份、轻烧氧化镁粉230重量份、氧化铝细粉90份、高铝矾土粉40重量份、石英砂粉末25重量份、白刚玉粉末40重量份，锆英石粉末100重量份、电熔陶粒200重量份、六方氮化硼85 重量份、陶瓷纤维100重量份、减水剂30重量份、发泡剂8份、稳泡剂120份。
减水剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和超聚磷酸钠按照3：3：1：1比例混合。
菱镁矿粉粒度为40～88μm，氧化铝细粉粒度为20～40μm、高铝矾土粉粒度为 60～80μm，白刚玉粉末粒度为20～30μm。
一种耐火材料的制备方法包括以下步骤：
1)混料，将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合作为基料；
2)在基料中加入硅凝胶，将硅凝胶在反应釜中加热至230℃～280℃软化，保温30min～45min，边在反应釜中搅拌硅凝胶，边加入菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉、高铝矾土粉、炭化硅、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在搅拌釜中混合的基料；
3)将石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在混合罐中混合，并加热至 400℃～450℃；
4)将反应釜内基料加热至360℃～450℃，保温20min～30min，在反应釜中加入混合后的石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维后，搅拌均匀，并加热至450℃～580℃，保温30min～40min；
5)在反应釜中的混合料倒入搅拌机中搅拌，混合料在搅拌集中充分搅拌2～5h；
5)在搅拌机的混合料中加入发泡液，并搅拌1～2h后，再加入减水剂，搅拌5～7h；
6)将搅拌机中的混合料加入到模具中压制成型，并置于风干机中风干35～45h，得到胚料；
7)将胚料送至炉膛中，在温度为300℃℃～360℃下，烧结2-4h即可。
6.根据权利要求5的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：发泡剂为碳化硅；
稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素按照2∶3∶2比例混合。
发泡液包括发泡剂和稳泡剂。
发泡液按照以下的方法制作：
1)发泡剂与水按照1∶15充分混合；
2)发泡剂中加入稳泡剂在搅拌机中搅拌30min，搅拌速度大于1200r/min后，制得发泡液。
减水剂可每隔30min加入一次，分2～3次加入到搅拌机的混合料中。
本发明实施例与普通耐火材料在同等实验条件下导热系数对照表：
试验温度 导热系数
普通耐火材料 0.68～0.85w/m·k
实施例一 0.45～0.25w/m·k
实施例二 0.35～0.2w/m·k
实施例三 0.42～0.30w/m·k
本发明实施例与普通耐火材料在同等实验条件下膨胀系数对照表：
试验温度 膨胀系数
普通耐火材料 0.65～0.75·10<sup>-5</sup>/℃
实施例一 0.35～0.45·10<sup>-5</sup>/℃
实施例二 0.2～0.35·10<sup>-5</sup>/℃
实施例三 0.25～0.4·10<sup>-5</sup>/℃
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种耐火材料，其特征在于：由以下重量份组分制成：菱镁矿粉150～250重量份、轻烧氧化镁粉120～230重量份、氧化铝细粉50～90份、高铝矾土粉20～40重量份、石英砂粉末15～25重量份、白刚玉粉末20～40重量份，锆英石粉末50～100重量份、电熔陶粒100～200重量份、六方氮化硼50～85重量份、陶瓷纤维65～100重量份、减水剂10～30重量份、发泡剂5～8重量份、稳泡剂10～20重量份。
2.根据权利要求1所述的一种耐火材料，其特征在于：所述减水剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和超聚磷酸钠按照3：3：1：1比例混合。
3.根据权利要求1所述的一种耐火材料，其特征在于：所述菱镁矿粉粒度为40～88μm，氧化铝细粉粒度为20～40μm、高铝矾土粉粒度为60～80μm，白刚玉粉末粒度为20～30μm。
4.根据权利要求1所述的一种耐火材料，其特征在于：由以下重量份组分制成：菱镁矿粉200重量份、轻烧氧化镁粉180重量份、氧化铝细粉70份、高铝矾土粉30重量份、石英砂粉末20重量份、白刚玉粉末30重量份，锆英石粉末75重量份、电熔陶粒150重量份、六方氮化硼68重量份、陶瓷纤维83重量份、减水剂20重量份、发泡剂7份、稳泡剂15份。
5.根据权利要求1所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）混料，将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉和高铝矾土粉在搅拌釜中充分混合作为基料；
2）在基料中加入硅凝胶，将硅凝胶在反应釜中加热至230℃～280℃软化，保温30min～45min，边在反应釜中搅拌硅凝胶，边加入菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、氧化铝细粉、高铝矾土粉、炭化硅、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在搅拌釜中混合的基料；
3）将石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维在混合罐中混合，并加热至400℃～450℃；
4）将反应釜内基料加热至360℃～450℃，保温20min～30min，在反应釜中加入混合后的石英砂粉末、白刚玉粉末，锆英石粉末、陶瓷纤维后，搅拌均匀，并加热至450℃～580℃，保温30min～40min；
6）在反应釜中的混合料倒入搅拌机中搅拌，混合料在搅拌集中充分搅拌2～5h；
7）在搅拌机的混合料中加入发泡液，并搅拌1～2h后，再加入减水剂，搅拌5～7h；
8）将搅拌机中的混合料加入到模具中压制成型，并置于风干机中风干35～45 h，得到胚料；
9）将胚料送至炉膛中，在温度为300℃℃～360℃下，烧结2-4h即可。
6.根据权利要求5所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：所述发泡剂为碳化硅。
7.根据权利要求5所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素按照2：3：2比例混合。
8.根据权利要求7所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：所述发泡液包括发泡剂和稳泡剂。
9.根据权利要求6所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：所述发泡液按照以下的方法制作，
1）发泡剂与水按照1：15充分混合；
2）发泡剂中加入稳泡剂在搅拌机中搅拌30min，搅拌速度大于1200r/min后，制得发泡液。
10.根据权利要求5所述的一种耐火材料及其制备方法，其特征在于：所述减水剂可每隔30min加入一次，分2～3次加入到搅拌机的混合料中。
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