CN115286370A - 一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，具体为把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂混炼，再压制成样砖，将样砖自然干燥后于高温环境下烘干，置于氮化炉内，通入氮气，于氮气气氛中高温烧制而成。本发明所述炉衬用复合耐火材料Al2O3‑Si3N4添加有邻甲苯胺改性的酚醛树脂，粘结强度提高；其次，复合材料Al2O3‑Si3N4利用氮气气氛烧成，大大简化了生产工艺；本发明所述的炉衬用复合耐火材料的制备工艺简单，制得的复合耐火材料常温耐压强度、常温抗折强度和高温抗折强度均有所增大，能最大程度地延长炉衬本体的使用寿命，具有良好的工业应用前景。

Description

一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺
技术领域
本发明属于复合耐火材料制备技术领域，具体为一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺。
背景技术
随着高炉炼铁规模不断扩大，冶炼强度不断增加，高炉使用寿命问题日益突出。数据显示，目前国内仅有少数高炉的寿命能达到8～10年，大多数高炉炉身的使用寿命仅能维持3～5年，在此期间内，高炉炉衬要进行两次大修和多次中修，在检修期内会对钢铁企业的经济效益和市场竞争力造成很大的影响，而且现代高炉冶炼的一个突出特征是在高温、高压、长时间的生产中，炉膛内不断地进行高温还原反应，同时伴随着铁水滴落、炉料下降与高炉煤气上升，从而使高炉炉衬受到不同程度的侵蚀，故寻找一种高强度炉衬用耐火材料来延长高炉炉衬的使用寿命迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，该复合耐火材料采用Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉为原料，邻甲苯胺改性的酚醛树脂为成型结合剂，采用氮化反应烧结法制成Al2O3-Si3N4复合材料，包括以下步骤：
(1)将Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂混炼30～50min；
(2)将步骤(1)制得的混合物以120～150MPa的压力压制成样砖；
(3)将步骤(2)得到的样砖自然干燥24h后，于180～210℃烘干12h；
(4)将步骤(3)中烘干的样砖置于氮化炉内，通入氮气，在氮气气氛中焙烧制得所求Al2O3-Si3N4复合材料。
进一步的，所述步骤(1)中Al2O3颗粒的粒度为0～3mm，所述Al2O3微粉的d50为75μm，所述金属硅粉的d50为75μm。
进一步的，所述步骤(1)中粒度为0～3mm的Al2O3颗粒的添加量为55wt％，Al2O3微粉的添加量为25wt％，金属硅粉的添加量为16wt％，邻甲苯胺改性的酚醛树脂的添加量为4wt％。
进一步的，所述步骤(1)中邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备步骤如下：
将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
进一步的，苯酚、甲醛、邻甲苯胺和氢氧化钠的摩尔质量比为45：60：5：6。
进一步的，所述步骤(4)中的焙烧温度达到600℃后保温8h，再将升温速度调整为12℃/h，缓慢升温至1400～1500℃并保温3h。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明所述的复合材料Al2O3-Si3N4添加有邻甲苯胺改性的酚醛树脂，粘结性能增强，与被粘接材料的接触面积变大，使粘结强度提高，从而提高耐火材料的强度；其次，复合材料Al2O3-Si3N4利用氮气气氛烧成，大大简化了生产工艺；且本发明所述的炉衬用复合耐火材料的制备工艺简单、强度高，制得的复合耐火材料常温耐压强度、常温抗折强度和高温抗折强度均有所增大，能最大程度地延长炉衬本体的使用寿命，具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼30min，在液压机上以120MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于180℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1400℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例2
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼33min，在液压机上以125MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于185℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1415℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例3
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼36min，在液压机上以130MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于190℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1430℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例4
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼39min，在液压机上以135MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于195℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1445℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例5
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼42min，在液压机上以140MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于200℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1460℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例6
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼45min，在液压机上以145MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于205℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1475℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
实施例7
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼48min，在液压机上以150MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于210℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1490℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
对比例1
(1)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉和160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉和金属硅粉加入小型混碾机中混炼30min，在液压机上以120MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于180℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1400℃并保温3h烧成。
(2)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
对比例1以实施例1作对照，未添加邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
对比例2
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、160克粒度为d50＝75μm的金属硅粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼33min，在液压机上以125MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于185℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1415℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
对比例2以实施例2作对照，未添加粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉。
对比例3
(1)邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备：
准确称取84.69克的苯酚，36.04克的甲醛，10.71克的邻甲苯胺，4.71克的氢氧化钠；将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
(2)炉衬用复合耐火材料的制备：
准确称取550克粒度为0～3mm的Al2O3颗粒、250克粒度为d50＝75μm的Al2O3微粉和40克的邻甲苯胺改性的酚醛树脂，把Al2O3颗粒、Al2O3微粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂加入小型混碾机中混炼36min，在液压机上以130MPa的压力压制成70mm×60mm×45mm的样砖，将样砖自然干燥24h后，于190℃烘干12h，置于氮化炉内，通入氮气，在氮气(N2的体积分数≥99.99％)气氛中于600℃保温8h后以12℃/h的速率缓慢升温至1430℃并保温3h烧成。
(3)性能检测：
按照GB/T 5072-2008测定样砖的常温耐压强度，按照GB/T 3001-2007测定样砖的常温抗折强度，按照GB/T 3002-2007测定样砖的高温抗折强度。
对比例3以实施例3作对照，未添加粒度为d50＝75μm的金属硅粉。
实验
实施并记录上述实施例和对比例的检测结果：
Figure BDA0003785139510000091
最后应说明的是：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 (7)

1.一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：该复合耐火材料采用Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉为原料，邻甲苯胺改性的酚醛树脂为成型结合剂，采用氮化反应烧结法制成Al2O3-Si3N4复合材料，包括以下步骤：
(1)将Al2O3颗粒、Al2O3微粉、金属硅粉和邻甲苯胺改性的酚醛树脂混炼30～50min；
(2)将步骤(1)制得的混合物以120～150MPa的压力压制成样砖；
(3)将步骤(2)得到的样砖自然干燥24h后，于180～210℃烘干12h；
(4)将步骤(3)中烘干的样砖置于氮化炉内，通入氮气，在氮气气氛中焙烧制得所求Al2O3-Si3N4复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中Al2O3颗粒的粒度为0～3mm，所述Al2O3微粉的d50为75μm，所述金属硅粉的d50为75μm。
3.根据权利要求1所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中粒度为0～3mm的Al2O3颗粒的添加量为55wt％，Al2O3微粉的添加量为25wt％，金属硅粉的添加量为16wt％，邻甲苯胺改性的酚醛树脂的添加量为4wt％。
4.根据权利要求1所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中邻甲苯胺改性的酚醛树脂的制备步骤如下：
将苯酚、甲醛、氢氧化钠加入反应釜中，在65℃和75℃下各反应1.5h，在85℃下反应至体系中刚好出现透明胶状物质时，加入邻甲苯胺，继续反应，并每隔10min将体系中的产物加入到冰水中，若溶液颜色为淡黄色并呈一条细线状落下时，则表明反应到达终点，停止反应，然后在60℃下进行真空抽水，持续0.5h，冷却至室温，即得到邻甲苯胺改性的酚醛树脂。
5.根据权利要求4所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：苯酚、甲醛、邻甲苯胺和氢氧化钠的摩尔质量比为45：60：5：6。
6.根据权利要求1所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的焙烧温度达到600℃后保温8h，再将升温速度调整为12℃/h，缓慢升温至1400～1500℃并保温3h。
7.根据权利要求1～6任一项所述的一种炉衬用复合耐火材料的制备工艺所制备的炉衬用复合耐火材料。
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