專利名稱：高硅菱鎂礦合成MgAl_２O_４/MgO-SiC-C質(zhì)耐火材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C 質(zhì)耐火材料及制備方法。
背景技術(shù)：
近二十多年來，含碳耐火材料由于其優(yōu)異的使用性能在高性能耐火材料中得到廣泛使用。但這種材料在實(shí)際應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)了對鋼水增碳和高溫使用過程中強(qiáng)度不高等問題， 影響了潔凈鋼的質(zhì)量和爐襯材料的壽命，尋找新型替代的氧化物-非氧化物耐火材料是耐火材料及冶金行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。MgO-C質(zhì)耐火材料雖然有其特殊的優(yōu)點(diǎn)如熱震穩(wěn)定性好、抗渣侵蝕能力強(qiáng)，但其對鋼水的增碳行為以及抗氧化性差、高溫強(qiáng)度不高及高溫下氧化鎂和碳反應(yīng)生產(chǎn)鎂蒸氣和一氧化碳降低材料的性能的問題卻不容忽視，因?yàn)镾iC具有對熔融金屬不潤濕以及對鋼水增碳作用小、高溫氧化后促進(jìn)材料反應(yīng)燒結(jié)從而提高材料強(qiáng)度等特點(diǎn)，故選擇將其加入鎂碳磚使其成為MgO-SiC-C質(zhì)復(fù)合耐火材料，從而解決上述問題。目前工業(yè)中只是采用鎂砂作為骨料，然后再加入合成的SiC和C制備此復(fù)合耐火材料。MgAl2O4作為MgO-Al2O3體系中唯一的化合物，和氧化鎂復(fù)合，形成MgAl204/Mg0，可以提高材料高溫穩(wěn)定性和物理性能，同時(shí)MgAl204/Mg0具有高的熔點(diǎn)、較好的抗腐蝕性和抗熱震性能，MgAl204/Mg0-Si-C材料具有好的耐火性能。本申請?zhí)岣咭环N直接制備MgAl2O4/ MgO-Si-C耐火材料的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種原料豐富、生產(chǎn)成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)復(fù)合耐火材料的制備方法。用該方法制備的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的性能優(yōu)良和使用壽命長。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先以50 60wt %的高硅菱鎂礦、5 15wt%的碳黑粉和30 40wt%的礬土料為原料混合，再外加所述原料1 IOwt %的結(jié)合劑，混合5 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 36小時(shí)；然后在保護(hù)性氣氛和1500 1800°C X2 8小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。上述技術(shù)方案中高硅菱鎂礦的MgO含量彡40wt%, SiO2含量彡IOwt %，高硅菱鎂礦的平均粒徑小于0. Imm ；碳黑的C含量彡90wt%,粒徑小于0. Imm ；礬土料的Al2O3含量 ^ 60wt%，粒徑小于0. Imm ；結(jié)合劑為木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè)糊精粉、聚乙烯醇、酚醛樹脂中的一種；保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛或氮?dú)鈿夥?。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所采用的高硅菱鎂礦、碳黑和礬土料來源廣泛，在制備的材料中MgAl204、Mg0和SiC等物相由原料中的MgC03、Si02、C和Al2O3反應(yīng)生成，結(jié)合良好，有利于提高材料的性能。高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料不僅耐火度高，而且具有優(yōu)良的抗渣性和抗熱震性，可以緩和在使用中由于反復(fù)加熱冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力， 從而避免爐襯材料的開裂和剝落。另外，在高溫下SiC氧化生成的SiO2與MgO溶入渣中， 使渣中的SiO2與MgO含量增加，提高了渣的粘度，起到抑制渣滲透的作用。另外，本發(fā)明以高硅菱鎂礦、碳黑和礬土料作為原料，在高溫下燒成高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料，此方法不僅充分利用了低品位菱鎂礦，可解決鎂砂資源短缺的問題；而且將大量廢棄的高硅菱鎂礦加以利用，有利于保護(hù)環(huán)境。高硅菱鎂礦合成 MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料代替MgO-C質(zhì)材料，可以提高材料的抗熱震性和抗侵蝕能力等性能。適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設(shè)備的新型爐襯材料，尤其適用于生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內(nèi)襯與精煉爐襯，有利于鋼質(zhì)量的提高。因此，本發(fā)明具有原料豐富、生產(chǎn)成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，所制備的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料性能優(yōu)良和使用壽命長久。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對保護(hù)范圍的限制為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及原料的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述高硅菱鎂礦的MgO含量> 40wt%, SiO2含量> IOwt %，高硅菱鎂礦的平均粒徑小于0. Imm;碳黑的C含量彡90wt%，粒徑小于0. Imm ；礬土料的Al2O3含量彡60 丨％，粒徑小于0. 1mm。實(shí)施例1一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其制備方法是先以50 55襯％的高硅菱鎂礦、5 10wt%的碳黑粉和；35 40wt%的礬土料為原料混合，再外加所述原料1 5wt%的結(jié)合劑，混合5 15分鐘，壓制成型，在60 110°C 的條件下干燥12 M小時(shí)；然后在氬氣氣氛和1700 1800°C X2 5小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。本實(shí)施例中，結(jié)合劑為酚醛樹脂。實(shí)施例2一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其制備方法是先以55 60襯％的高硅菱鎂礦、10 15wt%的碳黑粉和30 ；35襯％的礬土料為原料混合，再外加所述原料5 Swt %的結(jié)合劑，混合15 30分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥M 36小時(shí)；然后在氬氣氣氛和1600 1700°C X5 7小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。本實(shí)施例中，結(jié)合劑為聚乙烯醇。實(shí)施例3一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例中，除結(jié)合劑為工業(yè)糊精粉外，其余同實(shí)例2。實(shí)施例4一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其制備方法是先以55 60襯％的高硅菱鎂礦、5 IOwt %的碳黑粉和30 ；35襯％的礬土料為原料混合，再外加所述原料5 Swt %的結(jié)合劑，混合30 45分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥18 M小時(shí)；然后在氮?dú)鈿夥蘸?500 1600°C X7 8小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。本實(shí)施例中，結(jié)合劑為木質(zhì)素磺酸鈣。實(shí)施例5一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其制備方法是本實(shí)施例中，除結(jié)合劑為木質(zhì)素磺酸鈉外，其余同實(shí)例2。實(shí)施例6一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其制備方法是先以50 55襯％的高硅菱鎂礦、10 15wt%的碳黑粉和30 ；35襯％的礬土料為原料混合，再外加所述原料8 IOwt %的結(jié)合劑，混合45 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥M 36小時(shí)；然后在氬氣氣氛和1600 1700°C X5 7小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。本實(shí)施例中，結(jié)合劑為亞硫酸紙漿廢液。本具體實(shí)施方式
所采用的高硅菱鎂礦、碳黑和礬土料來源廣泛，在制備的材料中 MgAl2O4, MgO和SiC等物相由原料中的MgC03、SiO2, C和Al2O3反應(yīng)生成，結(jié)合良好，有利于提高材料的性能。高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料不僅耐火度高，而且具有優(yōu)良的抗渣性和抗熱震性，可以緩和在使用中由于反復(fù)加熱冷卻產(chǎn)生的應(yīng)力，從而避免爐襯材料的開裂和剝落。另外，在高溫下SiC氧化生成的SiO2與MgO溶入渣中，使渣中的SW2 與MgO含量增加，提高了渣的粘度，起到抑制渣滲透的作用。另外，本具體實(shí)施方式
以高硅菱鎂礦、碳黑和礬土料作為原料，在高溫下燒成高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料，此方法不僅充分利用了低品位菱鎂礦，可解決鎂砂資源短缺的問題；而且將大量廢棄的高硅菱鎂礦加以利用，有利于保護(hù)環(huán)境。高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料代替MgO-C質(zhì)材料，可以提高材料的抗熱震性和抗侵蝕能力等性能。適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設(shè)備的新型爐襯材料，尤其適用于生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內(nèi)襯與精煉爐襯，有利于鋼質(zhì)量的提高。因此，本具體實(shí)施方式
具有原料豐富、生產(chǎn)成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，所制備的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料性能優(yōu)良和使用壽命長久。
權(quán)利要求
1.一種高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于先以 50 60wt%的高硅菱鎂礦、5 15wt%的碳黑粉和30 40wt%的礬土料為原料混合，再外加所述原料1 IOwt^的結(jié)合劑，混合5 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 36小時(shí)；然后在保護(hù)性氣氛和1500 1800°C X2 8小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法， 其特征在于所述的高硅菱鎂礦的MgO含量> 40wt%,Si02含量> IOwt% ；高硅菱鎂礦的平均粒徑小于0. 1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法， 其特征在于所述的碳黑的C含量彡90wt%，粒徑小于0. 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法， 其特征在于所述的礬土料的Al2O3含量> 60Wt%，粒徑小于0. 1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法， 其特征在于所述的結(jié)合劑為木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業(yè)糊精粉、 聚乙烯醇、酚醛樹脂中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法， 其特征在于所述的保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛或氮?dú)鈿夥铡?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1 6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料的制備方法所制備的高硅菱鎂礦合成MgAl204/Mg0-SiC-C質(zhì)耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種高硅菱鎂礦合成MgAl2O4/MgO-SiC-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先以50～60wt％的高硅菱鎂礦、5～15wt％的碳黑粉和30～40wt％的礬土料為原料混合，再外加所述原料1～10wt％的結(jié)合劑，混合5～60分鐘，壓制成型，在60～110℃的條件下干燥12～36小時(shí)；然后在保護(hù)性氣氛和1500～1800℃×2～8小時(shí)的條件下燒結(jié)，自然冷卻。本發(fā)明具有原料豐富、生產(chǎn)成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，所制備的高硅菱鎂礦合成MgAl2O4/MgO-SiC-C質(zhì)耐火材料性能優(yōu)良和使用壽命長。本發(fā)明適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設(shè)備的新型爐襯材料，尤其適用于生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內(nèi)襯與精煉爐襯，有利于鋼鐵質(zhì)量的提高。
文檔編號C04B35/66GK102432315SQ20111027714
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者呂治江, 員文杰, 李君 , 段紅娟, 祝洪喜, 鄧承繼 申請人:武漢科技大學(xué)