CN112174681A - 一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨‑铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用。所述石墨‑铝硅酸盐复合耐火材料包括耐火砖基体和喷涂在所述耐火砖基体表面的耐高温涂层；其中，所述耐火砖基体为铝硅酸盐定形耐火砖，所述耐高温涂层的原料，按照质量百分比计，包括：鳞片石墨25‑35％，土状石墨55‑65％，悬浮剂2‑8％，其它助剂2‑5％。通过喷涂的方式将耐高温涂层的原料喷涂在基体上，得到石墨‑铝硅酸盐复合耐火材料。该材料具有成本低，高温强度大、抗侵蚀能力高、不污染钢/铁水，工艺简单，具有巨大的经济效益，适用于工业化大规模生产。

Description

一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及铸件浇注所用的耐火材料领域，特别是涉及一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料及其制备方法和应用。
背景技术
铸件浇注系统(典型规格形状可参考YB/T5110)在使用过程中，钢铁水在铝硅酸盐耐火砖砌筑而成的通道中流过，必然会对流经浇注系统通道工作面造成物理和化学侵蚀，损害耐火材料，致使其报废。因此作为浇注系统通道的耐火砖成为冶金、铸造工业中用量极大的消耗性材料。
在铸件浇注过程中，浇注系统作为钢铁水进入铸型前的最后一道关口，对于铸件最终冶金质量的优劣起着决定性的作用。同时，由于铸件用浇注系统大多为一次性消耗材料，显然不可能大规模采用昂贵的抗侵蚀能力极强的耐火制品；此外，通过降低气孔率、提高强度又会降低耐火制品的热震稳定性，可能诱发耐材炸裂、浇注系统跑火等严重事故。因此，面向铸件用浇注系统，急需开发出一种成本低廉且抗侵蚀能力优良的耐火制品。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种应用于浇注系统的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，能够较好地抵抗钢铁水对浇注系统工作层的侵蚀，并且成本低廉，适于大规模生产制造。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，所述石墨-铝硅酸盐复合耐火材料包括耐火砖基体和喷涂在所述耐火砖基体表面的耐高温涂层；其中，所述耐火砖基体为铝硅酸盐定形耐火砖；按照质量百分比计，所述耐高温涂层的原料包括：鳞片石墨25-35％，土状石墨55-65％，悬浮剂2-8％，其它助剂2-5％，其中，其它助剂包括表面活性剂及消泡剂。
优选的，所述鳞片石墨中固定碳质量百分比≥87％，挥发分百分比≤2.5％，粒度75目；所述土状石墨，其中固定碳质量百分比≥80％，挥发分百分比≤3.6％，粒度150目，筛上物百分比≤5％。
优选的，所述悬浮剂为膨润土。
本发明还提供了一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
按质量称取耐高温涂层的原料，加水搅拌，得到混合液，将混合液喷涂在耐火砖基体表面，干燥后烘烤处理并保温，即得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
优选的，所述耐高温涂层的原料与水的重量比为1:0.8-1:2。
优选的，所述加水搅拌至静置30min后不出现明显分层现象。
优选的，所述喷涂厚度为≤2mm。
优选的，所述烘烤温度200℃-400℃，保温时间≥120min。
本发明还提供了一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料在浇注系统中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
铝硅酸盐价格低廉、强度大，且热震稳定性好，与抗浸蚀能力高的石墨复合，可以提高铝硅酸盐定型耐火砖的抗浸蚀能力，同时，鳞片石墨呈晶须状，可以提高耐火材料的强度，土状石墨有害杂质少，铁，硫，磷，氮，钼，氢含量低，将其涂敷在耐火砖内表面，能够形成贴附牢固的光滑薄膜，从而增强涂层与基体之间的结合力，并且鳞片石墨与土状石墨相互配合，增强了涂层的强度；膨润土具有很好的吸水性和粘结性，在制备耐火材料时可以将更高温的材料凝结在一起，更好提高耐火材料的耐高温性以及粘结性。制备的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，具有成本低，抗侵蚀能力强，工艺简单，具有巨大的经济效益，适用于工业化大规模生产。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明选择铝硅酸盐定形耐火砖为基体，选用时要保证基体的物理化学性质符合冶金标准YB/T5106《黏土质耐火砖》或国标GB/T2988《高铝砖》各牌号理化指标要求，显气孔率需处于22％-27％范围内；且结合表面禁止出现孔洞、熔蚀、宽度超过0.3mm裂纹等宏观缺陷。
以下实施例所用铝硅酸盐定形耐火砖内表面均除尘、砂纸经过打磨处理。
本发明所用鳞片石墨为LG75-87(GB/T3518)及以上牌号，所用土状石墨为WT80-150(GB/T3519)及以上牌号。
实施例1
1)按质量称取耐高温涂层的原料：鳞片石墨27g，土状石墨60g，悬浮剂8g，表面活性剂OP-103g，消泡剂正戊醇/正辛醇2g，加入水100g，配制成混合物，充分搅拌90min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；
2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.8mm；
3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置6h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使石墨涂层同基体结合，烘烤温度为400℃，保温120min，得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
结果发现：所得到的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤10％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐火材料无腐蚀现象。
实施例2
1)按质量称取耐高温涂层的原料：鳞片石墨33g，土状石墨56g，悬浮剂7g，表面活性剂OP-102g，消泡剂正戊醇/正辛醇2g，加入水100g，配制成混合物，充分搅拌110min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；
2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.6mm；
3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置6.5h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使石墨涂层同基体结合，烘烤温度为350℃，保温150min，得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
结果发现：所得到的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤10％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐火材料无腐蚀现象。
实施例3
1)按质量称取耐高温涂层的原料：石鳞片石墨30g，土状石墨60g，悬浮剂5g，表面活性剂OP-103g，消泡剂正戊醇/正辛醇2g，加入水180g，配制成混合物，充分搅拌120min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；
2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.4mm；
3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置8h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使石墨涂层同基体结合，烘烤温度为200℃，保温300min，得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
结果发现：所得到的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤10％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐火材料无腐蚀现象。
实施例4
1)按质量称取耐高温涂层的原料：鳞片石墨33g，土状石墨60g，悬浮剂4g，表面活性剂OP-102g，消泡剂正戊醇/正辛醇1g，加入水200g，配制成混合物，充分搅拌140min，静置30min未发生明显分层现象，即为合格浆料；
2)将配制好的浆料通过喷枪在铝硅酸盐定型耐火砖内表面均匀喷涂，涂层厚度1.9mm；
3)将喷涂完毕的耐火砖在通风干燥处放置7.5h后，进入炉窑烘烤脱除其结晶水并使石墨涂层同基体结合，烘烤温度为300℃，保温300min，得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
结果发现：所得到的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料表面显气孔率≤10％。经性能检测，在浇注系统中钢铁水经过该方法制备的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料后，耐高温涂层未出现剥落、裂纹等宏观缺陷，耐火材料无腐蚀现象。
对比例1
选择与实施例1相同的铝硅酸盐定型耐火砖进行性能检测，在浇注系统中钢铁水经过铝硅酸盐定型耐火砖后，耐火砖出现腐蚀现象，并且工作后耐火砖强度较低。
对比例2
同实施例1，区别在于，悬浮剂用粘土。
结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，耐高温涂层与基体材料结合力差，涂层出现局部剥落或脱落现象，耐火材料出现点蚀，并且耐高温性能差。
对比例3
同实施例1，区别在于，将土状石墨替换成鳞片石墨，即全部为鳞片石墨。
结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，耐高温涂层出现片状剥落现象，涂层强度降低，铝硅酸盐定型耐火砖出现部分点蚀现象。
对比例4
同实施例1，区别在于，将鳞片石墨替换成土状石墨，即全部为土状石墨。
结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，耐高温涂层出现明显的变薄，出现侵蚀现象，涂层结合强度降低。
对比例5
同实施例1，区别在于，将消泡剂替换成表面活性剂，即其它助剂全部为表面活性剂OP-10。
结果发现，混合物经充分搅拌并经长时间静置(不小于30min)表面仍有大量气泡；涂敷后的耐高温涂层出现较多气孔，在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，涂层在气孔周边开始剥落，并造成铝硅酸盐定型耐火砖出现点蚀现象。
对比例6
同实施例1，区别在于，将表面活性剂替换成消泡剂，即其它助剂全部为正戊醇/正辛醇。
结果发现，在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，耐高温涂层出现明显的薄厚不均现象，表面粗糙度严重恶化；在浇注系统中钢铁水经过所得石墨-铝硅酸盐复合耐火材料时，涂层耐侵蚀能力显著下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，其特征在于，所述石墨-铝硅酸盐复合耐火材料包括耐火砖基体和喷涂在所述耐火砖基体表面的耐高温涂层；其中，所述耐火砖基体为铝硅酸盐定形耐火砖；按照质量百分比计，所述耐高温涂层的原料包括：鳞片石墨25-35％，土状石墨55-65％，悬浮剂2-8％，其它助剂2-5％。
2.根据权利要求1所述的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，其特征在于，所述鳞片石墨中固定碳质量百分比≥87％，挥发分百分比≤2.5％，粒度75目；所述土状石墨中固定碳质量百分比≥80％，挥发分百分比≤3.6％，粒度150目，筛上物百分比≤5％。
3.根据权利要求1所述的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料，其特征在于，所述悬浮剂为膨润土。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按质量称取耐高温涂层的原料，加水搅拌，得到混合液，将混合液喷涂在耐火砖基体表面，干燥后烘烤处理并保温，即得到石墨-铝硅酸盐复合耐火材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述耐高温涂层的原料与水的重量比为1:0.8-1:2。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加水搅拌至静置30min后不出现明显分层现象。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂厚度为≤2mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烘烤温度200℃-400℃。
9.一种根据权利要求1-3任一项所述的石墨-铝硅酸盐复合耐火材料在浇注系统中的应用。
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