本發明涉及耐火材料
技術領域：
，具體涉及一種抗侵蝕性能優異、抗熱震性能好、防結渣效果凸出的富鎂不定形耐火材料及其制備方法。
背景技術：
：莫來石是一種高溫下形成的鋁硅酸鹽礦物，作為一種優質耐火材料，具有強度高、熔點高、熱導率低等優點，現被廣泛應用于鋼鐵、有色、化工等各工業領域的窯爐、熱工設備和構筑物中。但莫來石作為耐火材料使用時仍存在以下不足：1）莫來石是一種高鋁礦物，其主要成份3Al2O3·2SiO2，作為耐火材料在煉鋼爐等具有堿性氣氛的設備中使用時易受到侵蝕。2）莫來石在煉鋼爐等設備上使用時抵抗鐵渣、堿性泥渣的效果差。3）莫來石耐火材料制品的抗熱震穩定性差。中國專利CN2007103045733，
專利名稱：高強低導熱節能材料，申請日期2016年3月31日，公開了一種以微孔莫來石為骨料，添加活性氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、高溫水泥與礬土細粉的耐火材料制品，具有導熱系數小，熱損失少的優點，但是該耐火材料中氧化鋁的含量達到52%-81%，使該耐火材料抗結渣能力弱、抗侵蝕能力及抗熱震性差，因而對于煉鋼爐、冶金窯爐等設備的適用性差。技術實現要素：針對莫來石等高鋁礦物作為耐火材料的抗熱震性、抗堿性氣氛侵蝕能力以及防結渣能力差的問題，本發明的目的在于提供一種以鎂橄欖巖等富鎂礦物為原料的、抗熱震性能好，抗侵蝕能力優異，防結渣效果凸出的富鎂不定形耐火材料。本發明的另一個目的在于提供該耐火材料的制備方法。本發明提供如下的技術方案：一種富鎂不定形耐火材料，所述富鎂不定形耐火材料的組成和相應的質量百分比為：鎂橄欖石40%-55%，蛇紋石細粉20%-30%，氧化釔5%-15%，碳化硅5%-10%，結合劑5%-9%，增塑劑1%-5%。鎂橄欖石的主要成份是2MgO·2SiO2，是一種富鎂礦物，具有耐高溫、抗侵蝕、化學穩定性好等優點，鎂橄欖石經煅燒分解得到氧化鎂，氧化鎂是一種堿性氧化物，有很好的耐火絕緣性能，經1000℃以上高溫燒灼可轉變為晶體，升至1500℃以上則變成燒結氧化鎂，熱導系數低，抗侵蝕和化學性能穩定，對堿性渣和鐵渣具有很好的抵抗性。蛇紋石也是富鎂硅酸鹽礦物，其煅燒分解后的產物是氧化鎂，將蛇紋石與鎂橄欖石配合使用，可充分利用資源。氧化釔不溶于水和堿液，其熔點是2439℃，其沸點高達4300℃，氧化釔能夠與氧化鎂反應，使耐火材料的機體致密化，同時氧化釔與熔爐爐渣反應，使與耐火材料工作表面接觸的爐渣的粘度增大，防止爐渣對耐火材料層的浸透，抑制對耐火材料的腐蝕。燒結后的氧化鎂集中在氧化釔的晶界處，形成固溶體或者化合物，有助于氧化釔的致密化程度，促進燒結。碳化硅的熱膨脹系數小，可以提高耐火材料的抗熱震性，同時碳化硅高溫下在耐火材料層生成二氧化硅層膜，可防止爐渣對耐火材料層的浸透，且碳化硅可與熔爐中的堿性氣氛發生反應，產物熔融后玻璃化，防止爐內堿性氣氛侵蝕耐火材料內部，增強耐火材料的抗侵蝕性能。作為本發明的一種優選，以鎂橄欖石的質量為100%計，所述鎂橄欖石的粒徑等級及相應的質量配比為：8-5mm20%-30%，5-3mm50%-65%，3-1mm10%-15%，小于1mm≤5%。鎂橄欖石的粒徑主要在3mm以上，這樣能夠有效利用粒徑較大的鎂橄欖石，相應的降低原料的成本。作為本發明的一種優選，以結合劑的質量為100%計，所述結合劑的組成和相應的質量比例為：硅微粉30%-50%，黏土50%-70%。硅微粉耐溫性好，耐酸堿腐蝕，化學性能穩定，能夠填充在粉末間隙中，并與氧化鎂反應生成凝膠體。黏土可以結合非塑性原料而形成良好的可塑泥團。作為本發明的一種優選，以增塑劑的質量為100%計，所述增塑劑的組成和相應的質量比例為：膨潤土50%-70%，羥丙基甲基纖維素30-50%。膨潤土的主要成份是蒙脫石，其晶體結構為2:1型層狀結構，加熱至200-700℃出現緩慢膨脹，在700-800℃脫水形成無水蒙脫石，然后收縮，并在950℃以上后開始膨脹，具有很好的可塑性，而且無水蒙脫石可以改變耐火材料表面的附著力，防止耐火材料表面附著熔渣等。羥丙基甲基纖維素可以避免耐火材料在涂覆后因干的太快發生龜裂，并增強涂覆后耐火材料的硬化強度。作為本發明的一種優選，所述結合劑的制備過程如下按相應的質量比例分別取黏土和硅微粉，放入2倍黏土與硅微粉總質量的乙二醇中，70℃下攪拌15分鐘，使黏土與硅微粉在乙二醇中分散均勻。結合劑采用乙二醇做溶劑，將硅微粉與黏土在乙二醇中分散均勻，所表現的結合性能勝過將硅微粉與黏土直接干混。70℃下進行攪拌有助于黏土與硅微粉的均勻混合。作為本發明的一種優選，所述增塑劑的制備過程如下：將膨潤土研磨至能篩過200目以上的篩網，按相應的質量比例取研磨后的膨潤土，加入3倍膨潤土質量的乙二醇，70℃下攪拌15分鐘，然后取對應質量比例的羥丙基甲基纖維素添加到膨潤土的乙二醇懸浮液中，繼續70℃下攪拌30分鐘，使羥丙基甲基纖維素分散均勻。將膨潤土研磨成粉末狀態后與羥丙基甲基纖維素的混合效果好，而且能更好的填充在耐火材料間隙。一種富鎂不定形耐火材料的制備方法，將鎂橄欖石進行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網，按上述質量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細粉、氧化釔及碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結合劑，50℃下混合15分鐘，繼續加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在220℃-290℃下干燥10-12小時，降溫至1000℃-1180℃保溫2.5-5小時，降溫至550℃-620℃保溫2.5-5小時，降溫至220℃-290℃保溫1.0-2.5小時，自然降溫至室溫，封裝。在將各原料混合前，將鎂橄欖石研磨至細粉狀態，有助于各原料的均勻混合，將攪拌溫度設置在50℃下則有助于結合劑與增塑劑的分散均勻，使耐火材料各部分的組份組成均勻，性能穩定，干燥后進行煅燒，以除去鎂橄欖巖石中的灼減成份，同時分解得到燒結的氧化鎂。通過階段降溫的方式，實現耐火材料降至常溫，避免溫度驟降使某些組份發生晶形轉化，影響耐火材料的使用效果。本發明的有益效果如下：本發明的耐火材料具有抗熱震性能好，抗侵蝕能力優異，防結渣效果凸出的優點：1）富鎂礦物在高溫下煅燒并分解得到燒結的氧化鎂，具有較高的耐火度，對堿性渣和鐵渣具有很好的抵抗性。2）氧化釔能夠使耐火材料的機體致密化，防止爐渣對耐火材料層的浸透3）碳化硅的熱膨脹系數小，可以提高耐火材料的抗熱震性，同時碳化硅高溫下在耐火材料層生成二氧化硅層膜，防止爐渣對耐火材料層的浸透，抑制爐渣等對耐火材料的腐蝕。4）膨潤土在煅燒后形成的無水蒙脫石，能夠改變耐火材料表面的附著力，防止耐火材料表面附著熔渣等。具體實施方式以下結合具體實施例對本發明做進一步說明，但并非對其保護范圍的限制：本發明中，若非特指，所采用的原料均可以從市場上購得或是本領域常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。本發明所用的鎂橄欖石的粒徑等級及相應的質量配比為：以鎂橄欖石的質量為100%計，8-5mm20%-30%，5-3mm50%-65%，3-1mm10%-15%，小于1mm≤5%。本發明所用的結合劑的組成和相應的質量比例為：以結合劑的質量為100%計，結合劑的組成和相應的質量比例為：硅微粉30%-50%，黏土50%-70%。本發明所用的結合劑的制備過程如下：按相應的質量比例分別取黏土和硅微粉，放入2倍黏土與硅微粉總質量的乙二醇中，70℃下攪拌15分鐘，使黏土與硅微粉在乙二醇中分散均勻。本發明所用增塑劑的組成和相應的質量比例為：以增塑劑的質量為100%計，膨潤土50%-70%，羥丙基甲基纖維素30-50%。本發明所用增塑劑的制備過程如下：將膨潤土研磨至能篩過200目以上的篩網，按相應的質量比例取研磨后的膨潤土，加入3倍膨潤土質量的乙二醇，70℃下攪拌15分鐘，然后取對應質量比例的羥丙基甲基纖維素添加到膨潤土的乙二醇懸浮液中，繼續70℃下攪拌30分鐘，使羥丙基甲基纖維素分散均勻。實施例1：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應的質量百分比為：鎂橄欖石40%，蛇紋石細粉30%，氧化釔10%，碳化硅10%，結合劑7%，增塑劑3%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網，按上述質量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結合劑，50℃下混合15分鐘，繼續加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在220℃下干燥10小時，經1500℃煅燒2小時，降溫至1000℃保溫2.5小時，降溫至550℃保溫2.5小時，降溫至220℃保溫1.0小時，自然降溫至室溫，檢驗，封裝。實施例2：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應的質量百分比為：鎂橄欖石50%，蛇紋石細粉20%，氧化釔15%，碳化硅5%，結合劑9%，增塑劑1%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網，按上述質量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結合劑，50℃下混合15分鐘，繼續加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在250℃下干燥11小時，經1600℃煅燒2小時，降溫至1100℃保溫4小時，降溫至580℃保溫4小時，降溫至250℃保溫2.0小時，自然降溫至室溫，檢驗，封裝。實施例3：一種富鎂不定形耐火材料，其組成和相應的質量百分比為：鎂橄欖石55%，蛇紋石細粉23%，氧化釔5%，碳化硅7%，結合劑5%，增塑劑5%。富鎂不定形耐火材料的制備方法：將鎂橄欖石進行清水除雜和磁選去鐵，然后在80℃下干燥，研磨干燥后的鎂橄欖石至能篩過80目以上的篩網，按上述質量比例分別取研磨后的鎂橄欖石和其他各原料，將研磨后的鎂橄欖石與蛇紋石細粉、氧化釔與碳化硅混合均勻，向混合料中加入制備好的結合劑，50℃下混合15分鐘，繼續加入制備好的增塑劑，混合15分鐘，然后在290℃下干燥12小時，經1730℃煅燒2小時，降溫至1180℃保溫5小時，降溫至620℃保溫5小時，降溫至290℃保溫2.5小時，自然降溫至室溫，檢驗，封裝。實施例1-3制備的耐火材料與對比例1的耐火材料的測試性能見表1，其中對比例1為市售的莫來石高鋁耐火材料。測試前將各耐火材料加入水和乳膠攪拌，然后以常規方式涂抹在測試柱上，經干燥后測試，測試柱為石墨碳纖維布材質所制，最高可承受2500℃高溫。抗熱震性以能夠承受水冷與1400℃之間的交變次數表示。耐腐蝕性以煉鋼爐渣在1400℃時進行侵蝕試驗后的侵蝕尺寸表示，其中對比例1的測試結果為100，測試結果越大表示耐腐蝕性能越低。抗結渣性則以侵蝕試驗后，煉鋼爐渣的滲透尺寸表示，其中對比例1的測試結果為100，測試結果數值越大表示抗結渣性越弱。表1——對比例1實施例1實施例2實施例3軟化溫度℃≥1680≥1750≥1750≥1750抗熱震性次38524348耐腐蝕性100705681抗結渣性100716079當前第1頁1 2 3