CN109836162A - 一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明以甘蔗渣和水稻秸秆为原料，甘蔗渣中具有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、糖分以及其它有机化合物成分，这些有机化合物呈纤维状结构，使镁离子、钙离子形成金属氧化物填充于纤维分子之中，有利于提高耐火浇注材料的隔热性能，糖分分子以及纤维在高温条件下收缩炭化，收缩过程有利于加强各分子之间的粘结强度，提高炭化成分的刚性和硬度，加强耐火浇注材料的力学性能，使耐火浇注材料的耐冲击性能和耐磨强度得到提高，同时水稻秸秆中具有硅元素，在高温处理的过程中，会形成Si‑C键，进一步提高耐火浇注材料的耐高温性能和耐火性能，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

耐火材料分为定型耐火材料和不定型耐火材料。不定型耐火材料通常指浇注料，是由多种骨料或集料和一种或多种粘和剂组成的混合粉状颗料，使用时必须和一种或多种液体配合搅拌均匀，具有较强的流动性和可塑性。

浇注料是一种由耐火物质制成的粒状和粉状材料，并加入一定量结合剂和水分共同组成。它具有较高的流动性，适宜用浇注方法施工，并无需加热即可硬化的不定形耐火材料。由耐火骨料、粉料、结合剂、外加剂、水或其他液体材料组成。一般在使用现场以浇注、震动或捣固的方法浇筑成型，也可以制成预制件使用。

我国在20世纪50年代初期开始应用硅酸盐水泥耐火浇注料，当时称为耐热混凝土，主要用于700℃以下的热工构筑物，1965～1975年普遍采用铝酸钙水泥和磷酸盐耐火浇注料，当时称为耐火混凝土，使用温度提高到1400～1600℃，在此期间建设了产品生产基地，1976年初建立了产品标准，1976年以后，产品种类迅速增加，质量也逐步提高，80年代中期中国又开发了新一代耐火浇注料，包括低水泥、超低水泥和无水泥耐火浇注料，其质量接近国际先进水平。

注料种类一般有以下几种分类：主要按气孔率、结合剂、骨料品种分类。在实际使用中还经常以使用温度或功能特点进行分类。按气孔率分有致密耐火浇注料和气孔率不低于45%的隔热耐火烧注料两种。按结合剂分有水硬性结合、化学结合、凝聚结合耐火浇注料。

水硬性结合浇注料在常温下凝结硬化并通过水化作用而硬化，主要品种有硅酸盐水泥、普通铝酸钙水泥、纯铝酸钙水泥、电熔纯铝酸钙水泥浇注料等。化学结合浇注料在常温下一般通过加入促硬剂形成化学反应而硬化，主要品种有水玻璃、硫酸铝、磷酸盐浇注料等。凝聚结合浇注料为在煅烧过程中经烧结作用而硬化，主要品种有粘土浇注料等。现有的耐火浇注材料普遍存在耐磨性能差、耐冲击性能不佳，耐高温不足的缺陷。

因此，发明一种耐磨性好、耐冲击性强、耐高温性好的耐冲击耐火浇注材料对建筑材料技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前耐火浇注材料耐磨性能差、耐冲击性能不佳，同时耐高温不足的缺陷，提供了一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法为：

将高温处理产物、六铝酸钙、镁砂、刚玉、铁铝尖晶石和铝尖晶石投入共混机中，在转速为120～150r/min的条件下混合搅拌1～2h，出料得耐冲击耐火浇注材料；

高温处理产物的制备方法为：

（1）将混合液、氯化钙、氯化镁和柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，以300～400r/min的转速混合搅拌50～60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗3～5次；

（2）将清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至100～110℃，恒温预热40～50min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至800～900℃，高温静置100～120min，降低炉内温度至400～500℃，恒温养护2～3h，自然冷却制得高温处理产物；

混合液的制备方法为：

（1）将甘蔗渣与水稻秸秆投入烘箱中，在温度为60～70℃的条件下干燥10～12h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为6～10%的盐酸浸渍2～3h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-50～-40℃，恒温冷冻1～2h；

（2）将反应釜内温度以15～20℃/min的速率升温至70～80℃，恒温加热15～20min，加热后降温，低温冷冻60～70min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为50～60℃的条件下干燥3～4h制得混合产物；

（3）将混合产物、噬糖菌菌粉、葡萄糖和水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为30～40℃的温室中，恒温静置7～9天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热50～60min制得混合液。

按重量份数计，高温处理产物为5～7份、六铝酸钙为3.2～3.4份、镁砂为2～3份、刚玉为1.3～1.5份、铁铝尖晶石为2.2～2.6份、锌铝尖晶石为1～2份。

高温处理产物的制备方法中按重量份数计，所述的混合液为8～10份、氯化钙为1.2～1.4份、氯化镁为0.4～0.6份、柠檬酸为2.6～2.8份。

高温处理产物的制备方法中高温静置温度进一步的优选为860～870℃。

混合液的制备方法中甘蔗渣与水稻秸秆的质量比为3:1。

混合液的制备方法中降温速率为10～15℃/min、降温至温度为-50～-40℃。

混合液的制备方法中按重量份数计，混合产物为13～15份、噬糖菌菌粉为0.2～0.4份、葡萄糖为1～2份、水为4～6份。

混合液的制备方法中发酵时温室的温度进一步优选为32～34℃。

本发明的有益技术效果是：

本发明首先将甘蔗渣与水稻秸秆烘干、研磨混合，并用盐酸浸泡，浸泡反复进行冷冻、解冻制得混合产物，随后将混合产物与噬糖菌混合进行微生物发酵处理，发酵结束后高温加热制得混合液，再将混合液与氯化钙、氯化镁混合，滴加碱液调节pH值过滤得到滤饼，再将滤饼高温处理制得高温处理产物，最后将高温处理产物与铝酸钙、刚玉以及其它助剂混合搅拌即得耐冲击耐火浇注材料，本发明以甘蔗渣和水稻秸秆为原料，甘蔗渣中具有丰富的纤维素、半纤维素、木质素、糖分以及其它有机化合物成分，这些有机化合物呈纤维状结构，通过各官能团之间的共价键、氢键吸附，形成网状交联结构，再利用络合作用使钙离子、镁离子存在于纤维分子表面，还利用噬糖菌的微生物发酵、降解使高分子糖分进一步分解，碳链断链，以及纤维素、半纤维素分子腐蚀、断裂，形成更多的羟基自由基以及羧基自由基，加强对金属离子的络合作用，经过高温处理，使镁离子、钙离子形成金属氧化物填充于纤维分子之中，利用氧化镁以及氧化钙本身较弱的热传导性能，从而提高耐火浇注材料的隔热性能，糖分分子以及纤维在高温条件下收缩炭化，收缩过程有利于形成共价键，加强各分子之间的粘结强度，提高炭化成分的刚性和硬度，加强耐火浇注材料的力学性能，使耐火浇注材料的耐冲击性能和耐磨强度得到提高，同时水稻秸秆中具有硅元素，在高温处理的过程中，会形成Si-C键，Si-C键键能很大，难以断裂，有着良好的耐化学腐蚀性能以及耐高温性能，从而进一步提高耐火浇注材料的耐高温性能和耐火性能，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

将甘蔗渣与水稻秸秆按质量比3:1投入烘箱中，在温度为60～70℃的条件下干燥10～12h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为6～10%的盐酸浸渍2～3h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-50～-40℃，恒温冷冻1～2h；将上述反应釜内温度以15～20℃/min的速率升温至70～80℃，恒温加热15～20min，加热后以10～15℃/min的速率降温至-50～-40℃，低温冷冻60～70min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为50～60℃的条件下干燥3～4h制得混合产物；按重量份数计，将13～15份上述混合产物、0.2～0.4份噬糖菌菌粉、1～2份葡萄糖和4～6份水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为30～40℃的温室中，恒温静置7～9天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热50～60min制得混合液；按重量份数计，将8～10份上述混合液、1.2～1.4份氯化钙、0.4～0.6份氯化镁和2.6～2.8份柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，以300～400r/min的转速混合搅拌50～60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗3～5次；将上述清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至100～110℃，恒温预热40～50min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至800～900℃，高温静置100～120min，降低炉内温度至400～500℃，恒温养护2～3h，自然冷却制得高温处理产物；按重量份数计，将5～7份上述高温处理产物、3.2～3.4份六铝酸钙、2～3份镁砂、1.3～1.5份刚玉、2.2～2.6份铁铝尖晶石和1～2份锌铝尖晶石投入共混机中，在转速为120～150r/min的条件下混合搅拌1～2h，出料得耐冲击耐火浇注材料。

混合产物的制备：将甘蔗渣与水稻秸秆按质量比3:1投入烘箱中，在温度为60℃的条件下干燥10h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为6%的盐酸浸渍2h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-50℃，恒温冷冻1h；

将上述反应釜内温度以15℃/min的速率升温至70℃，恒温加热15min，加热后以10℃/min的速率降温至-50℃，低温冷冻60min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为50℃的条件下干燥3h制得混合产物。

高温处理产物的制备：按重量份数计，将13份上述混合产物、0.2份噬糖菌菌粉、1份葡萄糖和4份水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为36℃的温室中，恒温静置7天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90℃，恒温加热50min制得混合液；

按重量份数计，将8～10份上述混合液、1.2份氯化钙、0.4份氯化镁和2.6份柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，以300r/min的转速混合搅拌50min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗3次；

将上述清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至100℃，恒温预热40min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至800℃，高温静置100min，降低炉内温度至400℃，恒温养护2h，自然冷却制得高温处理产物。

耐冲击耐火浇注材料的制备：按重量份数计，将5份上述高温处理产物、3.2份六铝酸钙、2份镁砂、1.3份刚玉、2.2份铁铝尖晶石和1份锌铝尖晶石投入共混机中，在转速为120r/min的条件下混合搅拌1h，出料得耐冲击耐火浇注材料。

混合产物的制备：将甘蔗渣与水稻秸秆按质量比3:1投入烘箱中，在温度为65℃的条件下干燥11h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为8%的盐酸浸渍2.5h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-45℃，恒温冷冻1.5h；

将上述反应釜内温度以17℃/min的速率升温至75℃，恒温加热17min，加热后以12℃/min的速率降温至-45℃，低温冷冻65min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为55℃的条件下干燥3.5h制得混合产物。

高温处理产物的制备：按重量份数计，将14份上述混合产物、0.3份噬糖菌菌粉、1份葡萄糖和5份水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为38℃的温室中，恒温静置8天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95℃，恒温加热55min制得混合液；

按重量份数计，将9份上述混合液、1.3份氯化钙、0.5份氯化镁和2.7份柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为11%的氢氧化钠溶液调节pH值至12，以350r/min的转速混合搅拌55min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗4次；

将上述清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至105℃，恒温预热45min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至800～900℃，高温静置110min，降低炉内温度至450℃，恒温养护2.5h，自然冷却制得高温处理产物。

耐冲击耐火浇注材料的制备：按重量份数计，将6份上述高温处理产物、3.3份六铝酸钙、2份镁砂、1.4份刚玉、2.4份铁铝尖晶石和1份锌铝尖晶石投入共混机中，在转速为140r/min的条件下混合搅拌1.5h，出料得耐冲击耐火浇注材料。

混合产物的制备：将甘蔗渣与水稻秸秆按质量比3:1投入烘箱中，在温度为70℃的条件下干燥12h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为6%的盐酸浸渍2h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-40℃，恒温冷冻1h；

将上述反应釜内温度以20℃/min的速率升温至80℃，恒温加热20min，加热后以15℃/min的速率降温至-40℃，低温冷冻70min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为60℃的条件下干燥4h制得混合产物。

高温处理产物的制备：按重量份数计，将15份上述混合产物、0.4份噬糖菌菌粉、2份葡萄糖和6份水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为40℃的温室中，恒温静置9天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至100℃，恒温加热60min制得混合液；

按重量份数计，将10份上述混合液、1.4份氯化钙、0.6份氯化镁和2.8份柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为12%的氢氧化钠溶液调节pH值至12，以400r/min的转速混合搅拌60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗5次；

将上述清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至110℃，恒温预热50min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至900℃，高温静置120min，降低炉内温度至500℃，恒温养护3h，自然冷却制得高温处理产物。

耐冲击耐火浇注材料的制备：按重量份数计，将7份上述高温处理产物、3.4份六铝酸钙、3份镁砂、1.5份刚玉、2.6份铁铝尖晶石和2份锌铝尖晶石投入共混机中，在转速为150r/min的条件下混合搅拌2h，出料得耐冲击耐火浇注材料。

对比例1：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少混合产物。

对比例2：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少高温处理产物。

对比例3：鹤岗市某公司生产的耐冲击耐火浇注材料。

耐火浇注材料强度测试：将实例1～3和对比例中的浇注材料成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时，测得抗折强度和耐压强度。

耐高温型测试：将实例1～3和对比例中的浇注材料成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在1600℃条件下煅烧3小时后，测得烧结线变化率、抗折强度和耐压强度。

磨损量测试按GB/T18301—2001标准进行检测。

表1耐火浇注材料性能测定结果

根据上述检测数据可知本发明制得的耐火浇注材料强度高，耐压强度和耐折强度高，耐冲击性能好，耐高温性能好，1600℃条件下煅烧3h后的线变化率低，耐压强度和耐折强度高，磨损量低，耐磨性好，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将高温处理产物、六铝酸钙、镁砂、刚玉、铁铝尖晶石和铝尖晶石投入共混机中，在转速为120～150r/min的条件下混合搅拌1～2h，出料得耐冲击耐火浇注材料；

所述的高温处理产物的具体制备步骤为：

（1）将混合液、氯化钙、氯化镁和柠檬酸投入反应釜中混合均匀制得改性液，向反应釜中滴加质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，以300～400r/min的转速混合搅拌50～60min，搅拌后过滤得到滤饼，依次用无水乙醇和蒸馏水清洗3～5次；

（2）将清洗后的滤饼置于高温炉中，升高炉内温度至100～110℃，恒温预热40～50min，预热后向炉内充满氩气，再升高炉内温度至800～900℃，高温静置100～120min，降低炉内温度至400～500℃，恒温养护2～3h，自然冷却制得高温处理产物；

所述的混合液的具体制备步骤为：

（1）将甘蔗渣与水稻秸秆投入烘箱中，在温度为60～70℃的条件下干燥10～12h，干燥后投入粉碎机中粉碎混合制得混合物，将混合物投入反应釜中，用质量分数为6～10%的盐酸浸渍2～3h，浸渍后密闭反应釜，降低釜内温度至-50～-40℃，恒温冷冻1～2h；

（2）将反应釜内温度以15～20℃/min的速率升温至70～80℃，恒温加热15～20min，加热后降温，低温冷冻60～70min，冷冻后将产物投入烧杯中，将烧杯置于烘箱中，在温度为50～60℃的条件下干燥3～4h制得混合产物；

（3）将混合产物、噬糖菌菌粉、葡萄糖和水投入发酵罐中混合均匀，将发酵罐置于温度为30～40℃的温室中，恒温静置7～9天制得发酵混合物，将发酵混合物投入三口烧瓶中，将三口烧瓶置于电阻加热套中，将加热套温度升高至90～100℃，恒温加热50～60min制得混合液。

2.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的高温处理产物为5～7份、六铝酸钙为3.2～3.4份、镁砂为2～3份、刚玉为1.3～1.5份、铁铝尖晶石为2.2～2.6份、锌铝尖晶石为1～2份。

3.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：高温处理产物的具体制备步骤（1）中优选的按重量份数计，所述的混合液为8～10份、氯化钙为1.2～1.4份、氯化镁为0.4～0.6份、柠檬酸为2.6～2.8份。

4.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：高温处理产物的具体制备步骤（2）中所述的高温静置温度进一步的优选为860～870℃。

5.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（1）中所述的甘蔗渣与水稻秸秆的质量比为3:1。

6.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（2）中所述的降温速率为10～15℃/min、降温至温度为-50～-40℃。

7.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（3）中优选的按重量份数计，所述的混合产物为13～15份、噬糖菌菌粉为0.2～0.4份、葡萄糖为1～2份、水为4～6份。

8.根据权利要求1所述的一种耐冲击耐火浇注材料的制备方法，其特征在于：混合液的具体制备步骤（3）中所述的发酵时温室的温度进一步优选为32～34℃。