CN109650920A - 一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，其包括集料50～70份、增塑剂5～15份、液体结合剂4～12份和强度保持剂2～8份，在500kg铁水包上使用寿命超过300次，大大超过传统可塑料的40～50次；重烧线变化率可小于0.15％，1000℃烧3h后耐压强度大于80MPa，综合性能卓越。

Description

一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料。
背景技术
耐火可塑料是耐火材料的一个重要品种，通常是由粒状物料、粉状物料、可塑性粘土及适量增塑剂配制而成的，呈硬泥膏状，并能在较长时间内保持较高的可塑性，能够耐受较高的温度。
但是，黏土和增塑剂会造成耐火可塑料的结构疏松，膨胀严重使衬体受损，使用寿命较低，且容易被铁水浸润而导致损毁，一般只用于不与铁水接触的部位，如烧嘴、电炉炉顶等；在使用过程中，抗冲刷性弱，所以导致衬体容易剥落，使用周期缩短，影响生产，经济效益不高。由于生粘土是可塑料可塑性的重要来源，它的加入使耐火材料在常温下强度较低、线变化性能较差。市场上现有的耐火可塑料，由于结合剂耐高温强度不够，一般工作温度高于1000℃时，强度就急剧下降，没有很好的高温稳定性。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，在高温下处于膨胀状态，可以弥补黏土和增塑剂造成的材料疏松，并且利用了碳化硅不易被铁水浸润的性质，大幅度增强了可塑料铁水包衬的使用寿命。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，包括集料50～70份、增塑剂5～15份、液体结合剂4～12份和强度保持剂2～8份。
优选的方案，所述集料包括硅石、叶蜡石和石墨。
优选的方案，以重量份计，所述集料包括如下成分：
优选的方案，所述增塑剂包括耐火黏土、广西白泥和钠基膨润土中的一种或几种。
优选的方案，所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水中的一种或几种。有机硅油在高温条件下会得到裂解产物，碳粉和这些裂解产物的存在与集料中的硅成分发生化学反应，生成原位碳化硅晶须，原位碳化硅晶须的生长能够自动填充集料中各物质之间的缝隙，经过高温使用的原位碳化硅晶须表面发生腐蚀生成二氧化硅，由于二氧化硅通过反应生成的，其具有很强的结合力，从而进一步提高了集料各物质之间的结合强度，使得综合使用强度变高。
优选的方案，所述强度保持剂包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。
优选的方案，所述集料中还包括玻璃粉，所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 0～50％、B2O3 10～30％、P2O5 10～30％、TiO2 5～20％、Al2O3 5～15％、Fe2O3 0～5％。玻璃粉中含有多种无机物，可匹配集料的中各物质的膨胀系数，在使用过程中，熔融的B2O3将金属氧化物溶解后自动填充到集料的中各物质之间的缝隙，并生成耐火强度较高的物质，碳化硅晶须生成的二氧化硅进一步包覆于细小的缝隙中。
优选的方案，所述集料中还包括补强剂，按重量份计，所述补强剂包括氯化钇0.1～0.5份、正硅酸乙酯0.9～0.94份、三甲基氯硅氧烷0.05份。补强剂中的正硅酸乙酯在高温条件下会分解为原生的纳米二氧化硅，并在合适的条件下形成纳米二氧化硅纤维，一方面可填充于集料中各物质的缝隙中，提高了原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的抗高温性能和强度；另一方面，在高温使用条件下，一部分氯化钇生成氧化钇，包覆于纳米二氧化硅纤维中，提高了强度，另一部分会转移到玻璃粉熔融后形成的耐火相中，与集料、碳化硅晶须、玻璃粉等各物质形成紧密连接的整体，综合性能得到有效提高。
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的制备方法，包括如下步骤：
S1，将集料、增塑剂和强度保持剂按照比例混合均匀后，在搅拌状态下加入液体结合剂制得可塑料；
S2，将可塑料通过捣打成型的方式使其附着在铁水包壳内，室温下固化18～30h；
S3，放入热处理炉中在800～1200℃条件下进行热处理后，利用铁水包中的高温铁水进行烧结。
本发明的有益效果是：
1、本发明的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，使用得到极大延长，经测试，在500kg铁水包上使用寿命超过300次，大大超过传统可塑料的40～50次；重烧线变化率可小于0.15％，1000℃烧3h后耐压强度大于80MPa，综合性能卓越。
2、本发明的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，使用时只需捣打成型，固化烘烤后即可使用，价格低廉，施工方便，施工时，各原料依靠液体结合剂固定在一起，捣打成型后，经过高温烘烤，首先玻璃粉会转变成熔融状态，其内含多种无机物，可匹配原料中各物质的膨胀系数，自动填充到物质之间的缝隙中，并生成耐火强度较高的物质，减少了孔隙的含量，有效降低了提高了产品密度；进一步的，有机硅油在高温条件下得到裂解产物，碳粉和裂解产物的存在与原料的硅成分发生化学反应，生成原位碳化硅晶须，原位碳化硅晶须的生长能够自动填充原料中各物质之间的缝隙，经过高温使用的原位碳化硅晶须表面发生腐蚀生成二氧化硅，由于这些二氧化硅通过反应生成的，其具有很强的结合力，提高了集料各物质之间的结合强度，使得原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的综合使用强度变高。
3、本发明的补强剂中的正硅酸乙酯在高温条件下会分解为原生的纳米二氧化硅，并在合适的条件下形成纳米二氧化硅纤维，一方面可填充于集料中各物质的缝隙中，提高了原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的抗高温性能和强度；另一方面，在高温使用条件下，一部分氯化钇生成氧化钇，包覆于纳米二氧化硅纤维中，提高了强度，另一部分会转移到玻璃粉熔融后形成的耐火相中，与集料、碳化硅晶须、玻璃粉等各物质形成紧密连接的整体，综合性能得到有效提高。
具体实施方式
下面将对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下述实施例1～9采用如下方法进行制备，该方法包括如下步骤：
S1，将集料、增塑剂、强度保持剂和玻璃粉按照比例混合均匀后，在搅拌状态下加入液体结合剂制得可塑料；
S2，将可塑料通过捣打成型的方式使其附着在铁水包壳内，室温下固化时间分别为：
实施例1、26h；实施例2、20h；实施例3、30h；实施例4、18h；实施例5、28h；实施例6、24h；实施例7、26h；实施例8、28h；实施例9、20h；
S3，放入热处理炉中在温度为下列条件下进行热处理后，利用铁水包中的高温铁水进行烧结：
实施例1、1000℃；实施例2、800℃；实施例3、1200℃；实施例4、1100℃；实施例5、900℃；实施例6、1200℃；实施例7、800℃；实施例8、1000h；实施例9、1200h。
为了方便测试效果，捣打成型的厚度为2cm。
实施例1
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料10份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料60份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料1～10份；0～88um的碳粉20份；
所述增塑剂包括耐火黏土；所述液体结合剂包括硅酸钠溶液；所述强度保持剂包括木质素磺酸钠。
实施例2
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：200目硅石粉料70份；200目叶蜡石粉料10份；碳粉60份；
所述增塑剂包括广西白泥；所述液体结合剂包括有机硅油；所述强度保持剂包括木质素磺酸钙。
实施例3
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料5～10份；300目的叶蜡石粉料1～10份，0～88um的碳粉100份；
所述增塑剂包括钠基膨润土；所述液体结合剂包括水；
所述强度保持剂包括聚丙烯酸钠。
实施例4
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料5份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料80份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料1份；0～88um的碳粉60份；
所述增塑剂包括耐火黏土和广西白泥，重量比为1：1；
所述液体结合剂包括硅酸钠溶液和有机硅油，重量比为1：1；
所述强度保持剂包括三聚磷酸钠；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：B2O3 30％、P2O5 30％、TiO2 20％、Al2O3 15％、Fe2O35％。
实施例5
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料7份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料70份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料3份；0～88um的碳粉60份；
所述增塑剂包括耐火黏土、广西白泥和钠基膨润土，重量比为1：1：1；
所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水，重量比为1：1：1；
所述强度保持剂包括木质素磺酸钠和木质素磺酸钙，重量比为1：1；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 35％、B2O3 10％、P2O5 30％、TiO25％、Al2O3 15％、Fe2O3 5％。
实施例6
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料8份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料65份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料8份；0～88um的碳粉80份；
所述增塑剂包括耐火黏土和钠基膨润土，重量比为0.5：1；
所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水，重量比为1：2：0.5；
所述强度保持剂包括聚丙烯酸钠和三聚磷酸钠，重量比为1：1；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 50％、B2O3 10％、P2O5 10％、TiO220％、Al2O3 5％、Fe2O3 5％。
实施例7
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料9份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料75份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料5份；0～88um的碳粉50份；
所述增塑剂包括广西白泥；
所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水中，重量比为0.8：0.2：0.2；
所述强度保持剂包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠和三聚磷酸钠，重量比为1：1：1：1；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 40％、B2O3 20％、P2O5 20％、TiO210％、Al2O3 10％；
所述补强剂包括氯化钇0.1份、正硅酸乙酯0.9份、三甲基氯硅氧烷0.05份。
实施例8
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料7份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料80份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料3份；0～88um的碳粉70份；
所述增塑剂包括耐火黏土、广西白泥和钠基膨润土，重量比为3：1：0.5；
所述液体结合剂包括有机硅油；
所述强度保持剂包括聚丙烯酸钠；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 30％、B2O3 25％、P2O5 25％、TiO215％、Al2O3 15％；
所述补强剂包括氯化钇0.3份、正硅酸乙酯0.92份、三甲基氯硅氧烷0.05份。
实施例9
一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，按重量份计，各原料份数如表1所示，其中，以重量份计，所述集料包括如下成分：270目的硅石粉料5～10份；粒径为0.5～1mm的硅石骨料60～80份；粒径为1～3mm的硅石骨料50份；300目的叶蜡石粉料1～10份；0～88um的碳粉20～100份；
所述增塑剂包括耐火黏土、广西白泥和钠基膨润土，重量比为0.5：2：2；
所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水，重量比为1：1：1；
所述强度保持剂包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠，重量比为1：1：0.2：0.1；
所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 15％、B2O3 30％、P2O5 20％、TiO220％、Al2O3 15％；
所述补强剂包括氯化钇0.5份、正硅酸乙酯0.9份、三甲基氯硅氧烷0.05份。
表1原料添加比例
实施例 集料 增塑剂 液体结合剂 强度保持剂 玻璃粉 补强剂
实施例1 50份 5份 12份 8份 0 0
实施例2 70份 15份 4份 2份 0 0
实施例3 55份 10份 8份 4份 0 0
实施例4 60份 12份 6份 6份 10 0
实施例5 70份 6份 10份 7份 12 0
实施例6 50份 12份 4份 5份 8 0
实施例7 55份 10份 8份 6份 10 1.05
实施例8 65份 7份 4份 2份 6 1.27
实施例9 60份 5份 4份 4份 8 1.45
测试实施例1-9的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的性能，得出的性能结果如表2所示。
表2实施例性能测试结果
实施例 1000℃烧3h后耐压强度/MPa 重烧线变化率/％ 500kg铁水包使用次数/次
实施例1 82.8 ＜0.5 ＞300
实施例2 85.4 ＜0.5 ＞300
实施例3 84.3 ＜0.5 ＞300
实施例4 95.7 ＜0.2 ＞450
实施例5 98.6 ＜0.2 ＞450
实施例6 94.2 ＜0.2 ＞450
实施例7 104.3 ＜0.15 ＞500
实施例8 103.6 ＜0.15 ＞500
实施例9 104.8 ＜0.15 ＞500
由上述结果可知，本发明的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，使用得到极大延长，经测试，在500kg铁水包上使用寿命超过300次，大大超过传统可塑料的40～50次。

Claims (9)

1.一种原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于，按重量份计，包括集料50～70份、增塑剂5～15份、液体结合剂4～12份和强度保持剂2～8份。
2.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述集料包括硅石、叶蜡石和石墨。
3.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于，以重量份计，所述集料包括如下成分：
4.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述增塑剂包括耐火黏土、广西白泥和钠基膨润土中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述液体结合剂包括硅酸钠溶液、有机硅油和水中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述强度保持剂包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述集料中还包括玻璃粉，所述玻璃粉由下列体积百分比的组分组成：ZnO3 0～50％、B2O3 10～30％、P2O5 10～30％、TiO2 5～20％、Al2O3 5～15％、Fe2O3 0～5％。
8.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料，其特征在于：所述集料中还包括补强剂，按重量份计，所述补强剂包括氯化钇0.1～0.5份、正硅酸乙酯0.9～0.94份、三甲基氯硅氧烷0.05份。
9.根据权利要求1所述的原位碳化硅晶须增强的铁水包耐火可塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将集料、增塑剂和强度保持剂按照比例混合均匀后，在搅拌状态下加入液体结合剂制得可塑料；
S2，将可塑料通过捣打成型的方式使其附着在铁水包壳内，室温下固化18～30h；
S3，放入热处理炉中在800～1200℃条件下进行热处理后，利用铁水包中的高温铁水进行烧结。
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