不定形耐火材料及其制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐火材料領(lǐng)域，特別是一種不定形耐火材料及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]不定形耐火材料又可稱為散狀耐火材料，相較于耐火磚，具有工藝簡單(省去燒成工序)、節(jié)約能源、成本低廉、便于機(jī)械化施工等特點(diǎn)，其中不定形耐火材料有一個(gè)很大的用途，即使用在高爐出鐵口的炮泥，目前廣泛應(yīng)用的高爐出鐵口炮泥屬于A1203-Si02-SiC-C系材料。其中，A1203和Si02組分的合理搭配可以在高溫下反應(yīng)莫來石化，使得炮泥具有良好的抗侵蝕能力和適宜的荷重軟化點(diǎn)，是影響炮泥使用壽命的關(guān)鍵因素；SiC是一種高溫耐磨性的原材料，同時(shí)可以防止炭的氧化，作為炮泥的原材料可以改善其抗熔渣侵蝕和抗沖刷能力；(:作為無水炮泥的主要原料之一，具有氣孔率高、導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，高的荷重變形溫度和穩(wěn)定的抗渣、抗熱震性能，使出鐵口保持還原氣氛，對碳化硅、碳化網(wǎng)絡(luò)、炭素材料起保護(hù)作用。一般的炮泥多采用焦油作為炮泥的結(jié)合劑，使炮泥具有可塑的操作性能外，還可以隨溫度升高而縮聚碳化，形成碳化網(wǎng)絡(luò)，提高炮泥的高溫強(qiáng)度和潤濕角，然而，焦油只要一經(jīng)受熱便會釋放出大量的苯并(a)芘，是一種極強(qiáng)的致癌物質(zhì)，對環(huán)境和工作人員身體極為有害，同時(shí)焦油生產(chǎn)的炮泥在常溫下容易變硬，且難以調(diào)整、可塑性差，不好進(jìn)行打泥工作，影響泥在鐵口的作業(yè)性。
[0003]因此，有必要尋找出一種對環(huán)境危害少，且具有較佳性能的炮泥材料。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種不定形耐火材料，包含下列成份:鎂砂顆粒占5%?30%重量份、輕燒鎂粉占5%?15%重量份、剛玉占20%?45%重量份、碳化硅占10%?20%重量份、焦炭占10%?18%重量份、黏土占6%?12%重量份、氮化硅鐵占2%?8%重量份、苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青占3%?10%重量份以及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑12%?14%重量份。
[0005]更進(jìn)一步的，固態(tài)結(jié)合劑為焦化殘留物介于60%?79%的可石墨化煤浙青。
[0006]更進(jìn)一步的，還可以包含分散劑及偶聯(lián)劑，分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
[0007]更進(jìn)一步的，前述鎂砂顆粒為燒結(jié)或電熔鎂砂顆粒。
[0008]本發(fā)明再提出一種不定形耐火材料的制備方法，不定形耐火材料具有前述的成份，制備方法包含下列步驟:(I)依比例稱取鎂砂顆粒、輕燒鎂粉、剛玉、碳化硅、焦炭占、黏土、氮化硅鐵及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青進(jìn)行混合，形成混合原料；(2)將混合原料依比例加入苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑進(jìn)行碾混即形成不定形耐火材料。
[0009]因此本發(fā)明的主要目的在于提出一種不定形耐火材料及制備方法，由于結(jié)合劑采用低苯并(a)芘液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑，并用低苯并(a)芘的可石墨化浙青，因此可有效降低耐火材料在高溫環(huán)境中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，改善對人體及環(huán)境的危害。
[0010]本發(fā)明的又一目的在于提出一種不定形耐火材料及制備方法，由于在成份中加入了分散劑及偶聯(lián)劑，使得不定形耐火材料的耐熱性及結(jié)構(gòu)韌性得到提升。
[0011]本發(fā)明的再一目的在于提出一種不定形耐火材料及制備方法，由于在成份中加入鎂砂，使得不定形耐火材料抗渣的能力較強(qiáng)，也具有較好的抗熱震性。
【【具體實(shí)施方式】】
[0012]本發(fā)明主要揭露一種不定形耐火材料及其制備方法，其中所用的基本材料及制備方法除特別說明外，應(yīng)已為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，故以下文中的說明，不再對不定形耐火材料成分作完整描述，在先說明。
[0013]本發(fā)明提供一種不定形耐火材料，包含下列成份:鎂砂顆粒占5%?30%重量份、輕燒鎂粉占5%?15%重量份、剛玉占20%?45%重量份、碳化硅占10%?20%重量份、焦炭占10%?18%重量份、黏土占6%?12%重量份、氮化硅鐵占2%?8%重量份、苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青占3%?10%重量份以及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑12%?14%重量份。其中，鎂砂顆粒為燒結(jié)或電熔鎂砂顆粒，可石墨化煤浙青的焦化殘留物可介于60%?79%的，但不以此為限。
[0014]此外，在上述成份中還可以進(jìn)一步加入分散劑及偶聯(lián)劑，分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。若加入的分散劑為陰離子性表面活性劑，則份量約為鎂砂顆粒的1%?10%左右，若加入的分散劑為高分子型表面活性齊U，則份量約為焦炭的10%?30%左右；偶聯(lián)劑的部分大約可占整體組份的0.5%?3%重量份。
[0015]添加陰離子性表面活性劑，可增加材料中液體部分對鎂砂的潤濕性，添加高分子型表面活性劑，可增加體系中液體部分對焦炭中炭素組分的潤濕性，而鈦酸酯類偶聯(lián)劑可改善體系中有機(jī)組分和無機(jī)組分的相容性，提高整個(gè)物料體系的勻質(zhì)性，可以提升整體材料的致密化，能抑制氧和氧化物侵入，有助于抑制碳的氧化，提高使用壽命，從而提升材料整體性能。
[0016]再者，本發(fā)明中以鎂砂和剛玉作為主要組成原料，在高溫下可以反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，化學(xué)穩(wěn)定性好，對酸堿都有一定的適應(yīng)性，抗熔渣的能力強(qiáng)，也具有較好的抗熱震性，可以使基質(zhì)在高溫使用狀態(tài)下趨于致密化。其中，當(dāng)鎂砂的加入量過少時(shí)，形成尖晶石的幾率微小，無法發(fā)揮尖晶石化的優(yōu)勢，反而會成為A1203-SiC-Si02-C體系中的雜質(zhì)降低體系的耐用性能；如果加入過多的鎂砂，在高溫下過度的尖晶石化也會劣化整體的組織結(jié)構(gòu)，使整體使用性能大大降低，起不到改善性能的作用。因此，鎂砂的加入量成為至關(guān)重要的因素，不足達(dá)不到預(yù)期的目的，過多又會影響使用效果。
[0017]黏土是調(diào)整不定形耐火材料可塑性不可缺少的塑性劑。焦炭具有氣孔率高，導(dǎo)熱及導(dǎo)電性好，荷重變形溫度高，抗渣、抗熱震性穩(wěn)定，使不定形耐火材料在使用過程中保持還原氣氛，對碳化硅、碳化網(wǎng)絡(luò)、炭素材料起保護(hù)作用。
[0018]再更進(jìn)一步的，本發(fā)明的成份中以苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青取代傳統(tǒng)使用的浙青，同時(shí)以苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑取代傳統(tǒng)使用的焦油，因此在使用過程中可以有效降地苯并(a)芘的釋出，改善不定形耐火材料對人員及環(huán)境的危害。
[0019]接著，本發(fā)明再提出一種不定形耐火材料的制備方法，不定形耐火材料具有前述的各項(xiàng)成份，制備方法包含下列步驟:
[0020](I)依前述比例稱取鎂砂顆粒、輕燒鎂粉、剛玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅鐵及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青進(jìn)行混合，形成混合原料；可石墨化煤浙青的焦化殘留物可介于60%?79%之間，但并不以此為限；
[0021](2)再將混合原料依比例加入苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑進(jìn)行碾混即形成不定形耐火材料。
[0022]本發(fā)明所提出的不定形耐火材料可以是一種無水炮泥。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；同時(shí)以上的描述，對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｉT人士應(yīng)可明了及實(shí)施，因此其他未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不定形耐火材料，其特征在于包含下列成份: 鎂砂顆粒占5%?30%重量份； 輕燒鎂粉占5%?15%重量份； 剛玉占20%?45%重量份； 碳化娃占10%?20%重量份； 焦炭占10%?18%重量份； 黏土占6%?12%重量份； 氮化娃鐵占2%?8%重量份； 苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青占3%?10%重量份； 苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑12%?14%重量份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不定形耐火材料，其特征在于:進(jìn)一步包含分散劑及偶聯(lián)劑，所述分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不定形耐火材料，其特征在于:所述固態(tài)結(jié)合劑為焦化殘留物介于60%?79%的可石墨化煤浙青。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不定形耐火材料，其特征在于:所述鎂砂顆粒為燒結(jié)或電熔續(xù)砂顆粒。5.一種不定形耐火材料的制備方法，所述不定形耐火材料具有權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述成份，其特征在于包含下列步驟: (1)依比例稱取鎂砂顆粒、輕燒鎂粉、剛玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅鐵及苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物低于80%的可石墨化煤浙青進(jìn)行混合，形成混合原料； (2)將所述混合原料依比例加入苯并(a)芘低于500mg/kg且焦化殘留物高于15%常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑進(jìn)行碾混即形成所述不定型耐火材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)進(jìn)一步包含加入分散劑及偶聯(lián)劑，所述分散劑選自陰離子性表面活性劑及高分子型表面活性劑，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種不定形耐火材料及制備方法，包含鎂砂顆粒5%～30%重量份、輕燒鎂粉5%～15%重量份、剛玉20%～45%重量份、碳化硅10%～20%重量份、焦炭10%～18%重量份、黏土6%～12%重量份、氮化硅鐵2%～8%重量份、可石墨化煤瀝青3%～10%重量份及常溫下呈液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑12%～14%重量份，首先將鎂砂顆粒、輕燒鎂粉、剛玉、碳化硅、焦炭、黏土、氮化硅鐵及可石墨化煤瀝青依比例進(jìn)行混合，再將液態(tài)的可石墨化結(jié)合劑加入后進(jìn)行碾混，即可得到不定形耐火材料。
【IPC分類】C04B35/632, C04B35/66
【公開號】CN104944968
【申請?zhí)枴緾N201410126434
【發(fā)明人】趙希娟, 鄭旗, 范詠蓮, 錢雷
【申請人】中冶建筑研究總院有限公司, 中國京冶工程技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2014年3月31日