专利名称：镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于以镁橄榄石(2MgOSi02)、工业炭粉(C)为基料的复合材料领域，尤其涉 及一种以镁橄榄石和C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法。
背景技术：
MgO-SiC-C质复合材料具有优良的耐高温性能和热稳定性能，可用于有色金属和钢铁冶 炼设备，也可以制备成优质的耐高温隔热保温材料和高温窑炉的墙体材料，尤其适用于生产 低碳钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，取代MgO-C质材料，有利于钢的质量， 具有良好的使用效果。
MgO-SiC-C质复合材料现有的生产制备方法是用镁砂和工业SiC为主要原料，以酚醛树 脂为结合剂，采用机械混合后再经压力机械压制成型而生产的(如ZL200610019553.7)，这 类方法的优点是以工业SiC代替石墨(C)，以保证材料的抗侵蚀性和抗热震性能，问题是镁 砂资源日益紧张，镁砂和工业SiC的市场价格越来越高，MgO-SiC-C质复合材料的生产成本 也随之不断提高；另外，MgO和SiC是通过酚醛树脂结合的，酚醛树脂在高温下的结合作用 较差，影响材料的高温强度和抗冲刷性。
发明内容
本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低、工艺简单的用镁橄榄石矿粉和工 业C粉制备MgO-SiC-C质复合材料的方法；用该方法所制备的MgO-SiC-C质复合材料可降 低成本、保持材料优良的性能。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是按摩尔比先将l 4mol的镁橄榄石矿粉 和3 6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4 10%的结合剂，搅拌或混碾10 30分钟，经压制成型后干燥。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450 1700°C，保温时间 为2 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其中
所述的干燥是在60 11(TC条件下烘干12 24小时，或在室内自然干燥24 48小时；
所述的镁橄榄石矿粉的MgO含量^38%，粒度为0.2 0mm;
所述的工业炭粉的C含量^ 80%,粒度为0.1 0 mm;
所述的结合剂或为酚醛树脂，或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种结合剂或一种以上的混合剂；除酚醛树脂外，结合剂使用时先 调制为水溶液。
由于采用上述技术方案，本发明所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰 富，不仅可有效解决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。
本发明所制备的MgO-SiC-C质复合材料中，SiC是在该材料内部由镁橄榄石和C反应生 成的，与MgO结合良好，有利于提高材料的性能。SiC不仅是非常耐高温的材料，具有优良 的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起 炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温使用条件下部分SiC氧化变成气态SiO迁移到砖的表 层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的Si02，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料 表层致密化，阻止渣的渗透，能减缓材料的蚀损，使用寿命延长。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明做进一步的描述，并不是对本发明保护范围的限制。 实施例l
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.3mol的镁 橄榄石矿粉和3 3.5mol的C粉混合，外加上述混合料7 8wtM的木质素磺酸钠与磺酸钙并 调制为水溶液，搅拌10 30分钟，经压制成型后在60 9(TC条件下烘干18 24小时。然后 在还原气氛下烧结，烧结温度为1680 1700°C，保温时间为3 4小时，得MgO-SiC-C质复 合材料。
其中镁橄榄石矿粉的MgO含量^38%，粒度为0.2 0mm;工业炭粉的C含量^ 80%， 粒度为0.1 0mm。 实施例2
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.5mol的镁橄 榄石矿粉和3.5 4mol的C粉混合，外加上述混合料7 7.8 wt %的木质素磺酸钠与磺酸钙并 调制为水溶液，混碾10 30分钟，经压制成型后在60 9(TC条件下烘干18 24小时后干燥。 然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1650 1700°C，保温时间为2 3小时，得MgO-SiC-C 质复合材料。其余同实施例1. 实施例3
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.5mol的镁橄 榄石矿粉和4 4.5mol的C粉混合，外加上述混合料8 9 wt。/。的亚硫酸纸浆废液并调制为水溶液，混碾10 30分钟，经压制成型后在室内自然干燥24 36小时。然后在还原气氛下烧 结，烧结温度为1500 1550°C，保温时间为6 7小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同 实施例1. 实施例4
—种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.6mol的镁橄 榄石矿粉和4.5 4.8mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wtM的酚醛树脂，搅拌10 30 分钟，经压制成型后在90 11(TC条件下烘干12 18小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温 度为1580 1620°C，保温时间为4 5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1. 实施例5
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.6mol的镁橄 榄石矿粉和4.8 5mol的C粉混合，外加上述混合料9 10wt。/。的亚硫酸纸浆废液并调制为水 溶液，混碾10 30分钟，经压制成型后90 110'C条件下烘干12 18小时。然后在还原气 氛下烧结，烧结温度为1450 1600°C，保温时间为5 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。 其余同实施例1. 实施例6
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将l 1.8mol的镁橄 榄石矿粉和5 6mol的C粉混合，外加上述混合料6 6.5wt。/。的酚醛树脂，混碾10 30分钟， 经压制成型后80 100'C条件下烘干16 24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450 1550'C，保温时间为6 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1. 实施例7
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1.8 2mol的镁橄 榄石矿粉和3 4mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wtn/。的木质素磺酸钠并调制为水 溶液，搅拌10 30分钟，经压制成型后在室内自然干燥36 48小时。然后在还原气氛下烧 结，烧结温度为1500 1550°C，保温时间为6 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同 实施例1。 实施例8
—种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将1.8 2.2mol的镁 橄榄石矿粉和4 5mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wt。/。的酚醛树脂，搅拌10 30分 钟，经压制成型后在60 110。C条件下烘干12 24小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1600 1700°C，保温时间为4 6小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1. 实施例9
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2 2.5mol的镁橄 榄石矿粉和5 5.5mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wt。/。的木质素磺酸钙并调制为水溶 液，混碾10 30分钟，压制成型后在60 9(TC条件下烘干18 24小时。然后在还原气氛下 烧结，烧结温度为1630 1680°C，保温时间为4 5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余 同实施例1。 实施例10
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2.5 2.8mol的镁 橄榄石矿粉和5.5 6mol的C粉混合，外加上述混合料6 7wtn/。的亚硫酸纸浆废液并调制为 水溶液，混碾10 30分钟，经压制成型后在90 11(TC条件下烘干12 20小时。然后在还 原气氛下烧结，烧结温度为1650 178(TC，保温时间为3 4小时，得MgO-SiC-C质复合材 料。其余同实施例l。 实施例11
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将2.8 3md的镁橄 榄石矿粉和4 4.8mol的C粉混合，外加上述混合料7 7.5wt。/。的木质素磺酸钠并调制为水 溶液后混碾10 30分钟，经压制成型后在70 10(TC条件下烘千16 22小时。然后在还原 气氛下烧结，烧结温度为1450 170(TC，保温时间为2 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。 其余同实施例l。 实施例12
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3 3.5mol的镁橄 榄石矿粉和5 6mol的C粉混合，外加上述混合料5 6wtn/。的亚硫酸纸桨废液并调制为水溶 液，混碾10 30分钟，经压制成型后在60 11(TC条件下烘干12 24小时。然后在还原气 氛下烧结，烧结温度为1550 1600'C，保温时间为5 6小时，得MgO-SiC-C质复合材料。 其余同实施例l。 实施例13
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.3 3.8mol的镁 橄榄石矿粉和4 5mol的C粉混合，外加上述混合料4 5wtW的工业糊精粉并调制为水溶液， 混碾10 30分钟，经压制成型后在90 11(TC条件下烘千12 18小时。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1530 1580°C，保温时间为7 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余 同实施例1。 实施例14
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.8 4mol的镁橄 榄石矿粉和3 4mol的C粉混合，外加上述混合料4 10wtQ/。的木质素磺酸钠并调制为水溶 液后混碾10 30分钟，经压制成型后在60 9(TC条件下烘干18 24小时。然后在还原气氛 下烧结，烧结温度为1450 1700'C，保温时间为2 8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其 余同实施例1。 实施例15
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.5 4mol的镁橄 榄石矿粉和5 5.5mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.5wt。/。的聚乙烯醇并调制为水溶液， 混碾10 30分钟，压制成型后在室内自然干燥30 40小时。然后在还原气氛下烧结，烧结 温度为1600 1650°C，保温时间为4 5小时，得MgO-SiC-C质复合材料。其余同实施例1。 实施例16
一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法。按摩尔比先将3.6 4mol的镁橄 榄石矿粉和5.5 6mol的C粉混合，外加上述混合料5.5 6.3wt。/o的工业糊精粉并调制成的水 溶液，混碾10 30分钟，经压制成型后在60 110"C条件下烘干12 24小时。然后在还原 气氛下烧结，烧结温度为1650 1700°C，保温时间为3 4小时，得MgO-SiC-C质复合材料。 其余同实施例l。
本实施例1 16所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰富，不仅可有效解 决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。
本实施例1~16所制备的MgO-SiC-C质复合材料中，SiC是在该材料内部由镁橄榄石和C 反应生成的，与MgO结合良好，有利于提高材料的性能。SiC不仅是非常耐高温的材料，具 有优良的抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大 而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温使用条件下部分SiC氧化变成气态SiO迁移到 砖的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的Si02，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬 体材料表层致密化，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。
权利要求
1、一种镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在于按摩尔比先将1～4mol的镁橄榄石矿粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4～10％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，经压制成型后干燥，然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时。
2、 根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在 于所述的干燥是在60 11(TC条件下烘干12 24小时，或在室内自然干燥24 48小时。
3、 根据权利要求l所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在 于所述的镁橄榄石的MgO含量^38%，粒度为0.2 0mm。
4、 根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在 于所述的工业炭粉的C含量2 80。/。，粒度为0.1 0mm。
5、 根据权利要求1所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备方法，其特征在 于所述的结合剂或为酚醛树脂，或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业 糊精粉、聚乙烯醇中的一种结合剂或一种以上的混合剂除酚醛树脂外，其他结合剂使用时 先调制为水溶液。
6、 根据权利要求1 5项中任一项所述的镁橄榄石-C合成的MgO-SiC-C质材料的制备 方法所制备的MgO-SiC-C质复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种以镁橄榄石和C合成的MgO-SiC-C质材料及其制备方法。所采用的技术方案是按摩尔比先将1～4mol的镁橄榄石矿粉和3～6mol的C粉混合，外加上述混合料质量百分含量4～10％的结合剂，搅拌或混碾10～30分钟，经压制成型后干燥。然后在还原气氛下烧结，烧结温度为1450～1700℃，保温时间为2～8小时，得MgO-SiC-C质复合材料。本发明所采用的工业炭粉原料来源广泛、镁橄榄石矿的资源丰富，不仅可有效解决镁砂资源紧缺的问题，且生产成本低。所制备的MgO-SiC-C质复合材料，可保持材料优良的性能，能减缓材料的蚀损，使用寿命延长。
文档编号C04B35/66GK101306952SQ20081004825
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者晨 白, 祝洪喜, 邓承继 申请人:武汉科技大学