一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属材料领域，涉及钢铁、有色金属冶炼和水泥回转窑的高温过渡带和烧成带用耐火材料的制备方法，具体一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法。
【背景技术】
[0002]我国菱镁矿资源丰富，品位高，储量约占世界的25%。在常用的耐火氧化物中，氧化镁的熔点最高，达到2800°C，而且氧化镁可以与许多常用氧化物或熔渣中成分反应形成高熔点的化合物和固溶体，与一些氧化物形成的二元系的低共融点的温度也很高，所以氧化镁质材料被广泛运用于高温行业。目前氧化镁制品包括:普通镁砖、直接结合镁砖、镁钙砖、镁硅砖、镁铝砖、镁铬砖、镁碳砖、不烧镁质制品、不定型镁质制品。
[0003]在耐火材料领域，因为纯氧化镁质砖热膨胀系数大，抗热震性差，以及熔渣易渗入砖内甚深，抗热剥落以及结构剥落性不好，而且易吸水潮化，现在除在一些温度比较稳定的连续式生产的高温炉中仍部分使用外，随着钢铁冶炼，有色冶炼和水泥窑的发展，所使用的耐火材料多为镁质复合耐火材料，如镁铬砖、镁钙砖、镁铝尖晶石砖、镁碳砖、镁钙碳砖、镁锆砖，镁钙锆砖等。
[0004]然而镁铬砖在使用过程中会产生六价铬污染环境。镁钙砖在生产和运输过程中需要做到密封防水化。镁铝尖晶石砖抗酸性渣、抗炉渣渗透性不好，以及砖中氧化铝容易与渣中氧化钙形成低熔点的铝酸钙。镁锆类质砖的成本高，烧结温度高，能耗较大。
[0005]硅铁是铁和硅结合的铁合金，硅铁是以焦炭、钢肩、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制得的铁硅合金，目前硅铁合金已经实现工业发展。方镁石中添加硅铁合金运用于高温行业，比如炼钢温度在1500°C以上，而小于1500°C时硅铁合金原位反应生成高熔点的2Mg0.Si02和Mg0-Fe203尖晶石固溶体，而后者的生成消除了硅酸铁液相的危害。结合相尖晶石相的生成相使得镁质耐火材料的热震稳定性增加，线膨胀系数降低和抗渣性能增强。
[0006]本发明采用电熔镁砂颗粒，硅铁合金细粉作为原料，加入三聚磷酸钠或六偏磷酸钠为结合剂，混炼后压制成砖坯，低温处理制得一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。该方法操作工艺简单，无需复杂的设备，且成本低廉、易得，生产过程对环境污染小，节约能源，易于工业化推广。
【发明内容】
[0007]针对现有氧化镁复合耐火材料工艺流程复杂，成本较高，使用寿命较短，适用范围较窄的问题，本发明提供了一种可用于钢铁、有色金属冶炼和水泥回转窑的高温过渡带和烧成带的一种添加硅铁合金的氧化镁质砖的制备方法。与氧化镁复合耐火材料相比，其工艺处理简单，成本较低，并且加入硅铁合金的氧化镁砖基质部分原位生成了镁橄榄石和铁酸镁尖晶石相，它们的生成使内部结构更加致密，具有良好的高温强度，尤其是优异的抗热震稳定性和抗渣耐腐蚀性，使性能更加优良，应用范围更加广泛。
[0008]—种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法，其特征在于:所述的材料采用电熔镁砂颗粒、硅铁合金细粉作为原料加入结合剂低温处理而成;具体制备方法是取质量分数80-97%电熔镁砂颗粒，3-20%的硅铁合金细粉作为原料，外加原料总量的3-5%的结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20-60MPa下压制成型；将压制成型后的试样于150-3501低温处理8-16小时；在高温工业使用过程中，硅铁合金细粉和电熔镁砂细粉原位生成镁铁尖晶石和镁橄榄石，最终所得到的材料内部结构是形成镁铁尖晶石和镁橄榄石基质与电熔镁砂颗粒的结合结构。
[0009]其中电熔镁砂纯度2 95%，级配分别有:5-2 3mm，3-2 1mm、1_>0.088mm和<0.088mm，分别对应其质量分数:10-20 %、20-40 %、20-40 % 和 10-30 %。
[0010]铁硅合金以< 0.088mm的细粉存在于基质中。
[0011]结合剂是三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
[0012]本发明的基本构思是以电熔镁砂为颗粒，添加硅铁合金细粉为原料，加入三聚磷酸钠或者六偏磷酸钠为结合剂，压制之后低温处理。本发明突破了氧化镁复合耐火材料的种种局限，不需要烧结热处理并且原料便宜易得，工艺简单更易于实现工业制备添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。
[0013]本发明采用电熔镁砂颗粒，硅铁合金细粉作为原料，加入结合剂经混炼后压制成型，低温处理后制备出添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。本发明所采用的原料简单廉价易得，制备方法无需高温烧结，生产工艺简单，易于工业生产，极大的节约能源和生产成本。
【具体实施方式】
[0014]1选取纯度2 95 %的电熔镁砂，分别选取颗粒级配为:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,对应其质量分数:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0015]2按质量分数取80-97 %的电熔镁砂颗粒，相应3_20 %的硅铁合金细粉作为原料，采用3-5 %的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20-60MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烘干窑中，在150-350°C进行8-16h后自然冷却即可获得添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。
[0016]实例1
[0017]1选取纯度2 95 %的电熔镁砂，分别选取颗粒级配为:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,对应其质量分数:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0018]2按质量分数取90%的电熔镁砂颗粒，相应10%的硅铁合金细粉作为原料，采用4%的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在40MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烘干窑中，在300°C进行12h后自然冷却即可获得添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。
[0019]实例2
[0020]1选取纯度2 95 %的电熔镁砂，分别选取颗粒级配为:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,对应其质量分数:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0021]2按质量分数取85%的电熔镁砂颗粒，相应15%的硅铁合金细粉作为原料，采用5%的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在30MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烘干窑中，在300°C进行12h后自然冷却即可获得添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。
[0022]实例3:
[0023]1选取纯度2 95%的电熔镁砂，分别选取颗粒级配为:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和< 0.088mm,对应其质量分数:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0024]2按质量分数取80%的电熔镁砂颗粒，相应20%的硅铁合金细粉作为原料，采用5%的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在50MPa下压制成型。将压制成型后的试样放入烘干窑中，在300°C进行12h后自然冷却即可获得添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。
【主权项】
1.一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法，其特征在于:所述的材料采用电熔镁砂颗粒、硅铁合金细粉作为原料加入结合剂低温处理而成;具体制备方法是取质量分数80-97%电熔镁砂颗粒，3-20%的硅铁合金细粉作为原料，外加原料总量的3-5 %的结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20-60MPa下压制成型；将压制成型后的试样于150-350°C低温处理8-16小时；在高温工业使用过程中，硅铁合金细粉和电熔镁砂细粉原位生成镁铁尖晶石和镁橄榄石，最终所得到的材料内部结构是形成镁铁尖晶石和镁橄榄石基质与电熔镁砂颗粒的结合结构。2.根据权利要求1所述的一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法，其特征在于:电恪儀砂纯度> 95%，级配分别有:5- > 3mm，3_ > 1mm、1_>0.088mm和< 0.088mm，分别对应其质量分数:10-20%、20-40 %、20-40% 和 10-30 %。3.根据权利要求1所述的一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法，其特征在于:铁娃合金以< 0.088mm的细粉存在于基质中。4.根据权利要求1所述的一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料制备方法，其特征在于:结合剂是三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种。
【专利摘要】本发明属于无机非金属材料领域，涉及钢铁、有色金属冶炼和水泥窑回转窑的高温过渡带和烧成带用耐火材料的制备方法。本发明将采用80-97％的电熔镁砂颗粒，相应3-20％的硅铁合金细粉作为原料，采用3-5％的三聚磷酸钠或六偏磷酸钠作为结合剂，将原料混合后进行混炼，并在20-60MPa下压制成型。将压制成型后的试样在150-350℃下处理8-16h后自然冷却即可获得一种添加硅铁合金的方镁石质耐火材料。该方法操作工艺简单，无需复杂的设备，且成本低廉，原料易得，生产过程对环境污染小，易于工业化推广。
【IPC分类】C04B35/66
【公开号】CN105461335
【申请号】CN201610009239
【发明人】李勇, 马佳佳, 薛文东, 陈俊红
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2016年1月7日