CN116143528A - 一种耐火材料结合剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火材料结合剂领域，具体涉及一种耐火材料结合剂及其使用方法。有机物做结合剂制备的产品，在烧成过程中会有刺激性气味，同时还会排放大量二氧化碳，影响环境与生产，本发明按重量比例包括镁粉91.5~98.4%、缺陷尖晶石粉1~5%、磷酸钙0.5~3%和过渡金属氧化物0.1~0.5%，提供一种不含有机物，使用环保且不影响耐火材料本身质量的耐火材料结合剂及其使用方法。环保，工艺简单，操作方便，提高生产效率，胚体强度高，大大降低边角破损的问题，与耐火材料行业中的传统结合剂相比，二氧化碳的排放含量降低90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料结合剂领域，具体涉及一种耐火材料结合剂及其使用方法。
背景技术
在耐火材料领域，烧制前需要在耐火材料中添加大量的结合剂以实现耐火材料的结合烧制。现有技术中，常见的耐火砖用的结合剂是有机物类，这种用有机物做结合剂制备的产品，在烧成过程中会有刺激性气味，同时还会排放大量二氧化碳，不但达不到环保要求，还会因为在烧成后有积碳停留在隧道窑内，有安全隐患。
专利CN115435597公开了一种回转窑用低导热多层复合镁铝尖晶石砖，其中公开的复合结合剂采用的是脲醛树脂与亚硫酸纸浆废液，引入大量的有机结合成分，环境污染大，且结合剂用量多，使耐火材料中引入过多的杂质，产品质量下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种不含有机物，使用环保且不影响耐火材料本身质量的耐火材料结合剂及其使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐火材料结合剂，其特征在于：按重量比例包括镁粉91.5~98.4%、缺陷尖晶石粉1~5%、磷酸钙0.5~3%和过渡金属氧化物0.1~0.5%。
缺陷尖晶石粉与正尖晶石不同，镁铝含量发生改变，在尖晶石晶格内还有富余的氧化铝，在高温条件下会释放出来，与砖体中的氧化镁反应，形成尖晶石相，提高高温强度以及增强砖的热震稳定性，提高使用性能；其中，添加磷酸钙后，富余的磷可以在中高温条件下，与镁粉中的微量钙元素反应，有效的提高中高温结合强度；过渡金属氧化物能够起到反应催化的作用，有助于释放缺陷尖晶石粉中的活性氧化铝，可以控制其释放速度，有助于其高温结合能力；从而获得能够无需有机成分的粘结剂。镁粉能够保证最终耐火材料的纯度以及高温下性能，提高客户端使用寿命及效果。
在镁铝尖晶石中存在MgO/（MgO·Al2O3）和Al2O3/（MgO·Al2O3）边界，形成尖晶石热力学分析如下：
MgO(s)+ Al2O3(s)= MgO·Al2O3(s)；
ΔG = - 20740-11.57 T J/ mol。
同时MgO/（MgO·Al2O3）边界的热力学分析：
MgO(s)+ 2[Al] + 3[O]= MgO·Al2O3(s)；
ΔG = - 887960+210.88 T J/ mol；
Al2O3/（MgO·Al2O3）边界的热力学分析：
[Mg] + [O]+ Al2O3(s)= MgO·Al2O3(s)；
ΔG = - 110720-93.51 T J/ mol。
通过相图分析与热力学计算，在高温情况下，缺陷尖晶石释放出具有一定活性的氧化铝，与氧化镁发生原位反应生成镁铝尖晶石，提高砖体强度。
本结合剂适用于高温窑炉用镁砖，镁铝尖晶石砖，镁铁铝尖晶石砖，镁橄榄石砖，镁钙白云石砖等碱性耐火砖。可最大限度的避免引入耐火材料本身之外的其他成分或元素。
优选的，所述的缺陷尖晶石粉中，氧化铝重量含量为80~90%，氧化镁重量含量5~15%，余量为杂质。
优选的配比下，粘结剂具备最高的粘结性能。
优选的，所述的镁粉中钙元素重量含量1.3~1.5%。正常购买的镁粉中一般会含有微量的钙，这一部分钙元素与磷酸钙中富余的磷能够在中高温下反应提高结合强度。
优选的，所述的过渡金属氧化物为氧化钇。
过渡金属氧化物反应催化作用原理：使缺陷尖晶石内部的氧化铝在晶界表面处富集。根据菲克第二定律的浓度扩散模型，发生下坡扩散有助于其反应。
优选的，按重量比例包括重烧镁粉80~85%、超细氧化镁粉5~10%、纳米氧化镁粉5~10%、缺陷尖晶石粉1~5%、磷酸钙0.5~3%和过渡金属氧化物0.1~0.5%。优选的镁粉配比下，各粒度能够有效填充，便于压制成型以及提升之后的强度。
进一步优选的，所述的按重量比例包括重烧镁粉84%、超细氧化镁粉7.9%、纳米氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉2.5%、磷酸钙0.5%和过渡金属氧化物0.1%。
一种上述的耐火材料结合剂的使用方法，其特征在于：按比例混合获得耐火材料结合剂，耐火材料结合剂在耐火材料中总重量占比为1~5%。
得益于较高的粘结能力，在较少的用量下能够达到较高的结合效果。
优选的，所述的耐火材料中水占比为1~5%。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：环保（经高温处理后无有害物，污染物排放），工艺简单，操作方便（在生产泥料时并无特殊混料方式的要求），提高生产效率，胚体强度高，大大降低边角破损的问题，与耐火材料行业中的传统结合剂相比，二氧化碳的排放含量降低90%以上。适用于高温窑炉用镁砖（MgO>97%），镁铝尖晶石砖（MgO>75%，Al2O3<25%），镁铁铝尖晶石砖（MgO>75%，Al2O3<10%，Fe2O3<10%），镁橄榄石砖（MgO>70%，SiO2<30%），镁钙白云石砖（MgO>35%，CaO>40%）等碱性耐火砖。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例1是本发明的最佳实施例。
实施例1
一种耐火材料结合剂，原料按重量百分比为：重烧镁粉84%、超细氧化镁粉7.9%、纳米级氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉2.5%、磷酸钙0.5%和0.1%氧化钇。
一种耐火材料结合剂的使用方法，将以上各原料混合均匀，加入碱性耐火砖骨料中，用混料机搅拌3min，加入水继续混合7min，压制成型获得碱性耐火砖坯，其中耐火材料结合剂重量占比4%，水重量占比1%。
实施例2
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料按重量百分比为：重烧镁粉85%、超细氧化镁粉5%、纳米级氧化镁粉8.4%、缺陷尖晶石粉1%、磷酸钙0.5%和0.1%氧化钇。
其他条件与实施例1相同。
实施例3
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料按重量百分比为：重烧镁粉80%、超细氧化镁粉5%、纳米级氧化镁粉6.5%、缺陷尖晶石粉5%、磷酸钙3%和0.5%氧化钇。
其他条件与实施例1相同。
实施例4
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料按重量百分比为：重烧镁粉80%、超细氧化镁粉6.5%、纳米级氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉5%、磷酸钙3%和0.5%氧化钇。
其他条件与实施例1相同。
实施例5
一种耐火材料结合剂的使用方法，在实施例1耐火材料结合剂的基础上，耐火材料结合剂重量占比设置为1%，其他条件与实施例1相同。
实施例6
一种耐火材料结合剂的使用方法，在实施例1耐火材料结合剂的基础上，耐火材料结合剂重量占比设置为5%，水重量占比设置为了5%，其他条件与实施例1相同。
对比例1
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料中缺陷尖晶石替换为正尖晶石，其他条件与实施例相同。
对比例2
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料按重量百分比为：重烧镁粉80%、超细氧化镁粉5%、纳米级氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉9.4%、磷酸钙0.5%和0.1%氧化钇，其他条件与实施例1相同。
对比例3
一种耐火材料结合剂，在实施例1的基础上，原料按重量百分比为：重烧镁粉86%、超细氧化镁粉7.9%、纳米级氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉0.5%、磷酸钙0.5%和0.1%氧化钇，其他条件与实施例1相同。
性能测试
对以上实施例与对比例获得的碱性耐火砖坯进行性能测试，测试其常温耐压强度（测试标准GB/T 5072-2008）、荷重软化温度（GB/T 5989-2008）、高温抗折强度（GB/T 3002-2017）和抗热震性能（GB/T30873-2014），性能测试结果见下表1。其中，常温耐压强度表中所示的的各个温度含义为：耐火砖在所示温度下烘干成型；常温耐压强度含义为：耐火砖在所示温度、所示时间下成型后，在常温下测得的耐压强度。其中，抗热震性能测试采取风冷形式。
表1 性能测试结果
根据实施例1与对比例1性能测试结果，在缺陷尖晶石被替换为正尖晶石后，可以看到各物理性能均出现了明显的下降，这能够证明，实施例1不仅仅是利用尖晶石相，还利用了缺陷尖晶石富余的氧化铝，在高温条件下会释放出来，与砖体中的氧化镁反应，形成尖晶石相，提高高温强度以及增强砖的热震稳定性，提高使用性能。对比例2与实施例1的性能测试结果能够证明：过高的缺陷尖晶石粉反而会对最终砖体的性能造成负面影响，实施例1采用了最佳的缺陷尖晶石粉用量。对比例3与实施例1的性能测试结果对比，在较低的缺陷尖晶石粉含量下，其起到的改性性能有限，同时进一步证明了需要特定含量下的缺陷尖晶石粉才能起到有效的性能提升效果，进而实现无有机质条件下该粘结剂能够制得相同性能的耐火材料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种耐火材料结合剂，其特征在于：按重量比例包括镁粉91.5~98.4%、缺陷尖晶石粉1~5%、磷酸钙0.5~3%和过渡金属氧化物0.1~0.5%。
2.根据权利要求1所述的一种耐火材料结合剂，其特征在于：所述的缺陷尖晶石粉中，氧化铝重量含量为80~90%，氧化镁重量含量5~15%，余量为杂质。
3.根据权利要求1所述的一种耐火材料结合剂，其特征在于：所述的镁粉中钙元素重量含量1.3~1.5%。
4.根据权利要求1所述的一种耐火材料结合剂，其特征在于：所述的过渡金属氧化物为氧化钇。
5.根据权利要求1所述的一种耐火材料结合剂，其特征在于：按重量比例包括重烧镁粉80~85%、超细氧化镁粉5~10%、纳米氧化镁粉5~10%、缺陷尖晶石粉1~5%、磷酸钙0.5~3%和过渡金属氧化物0.1~0.5%。
6.根据权利要求5所述的一种耐火材料结合剂，其特征在于：所述的按重量比例包括重烧镁粉84%、超细氧化镁粉7.9%、纳米氧化镁粉5%、缺陷尖晶石粉2.5%、磷酸钙0.5%和过渡金属氧化物0.1%。
7.一种权利要求1~6任一项所述的耐火材料结合剂的使用方法，其特征在于：原料按比例混合获得耐火材料结合剂，耐火材料结合剂在耐火材料中总重量占比为1~5%。
8.根据权利要求7所述的一种耐火材料结合剂的使用方法，其特征在于：所述的耐火材料中水占比为1~5%。
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- 2023-04-20 CN CN202310424867.9A patent/CN116143528A/zh active Pending
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