本发明涉及耐火材料技术领域，特别是涉及一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料及其制备方法。
背景技术
镁碳耐火材料是钢铁冶炼中常用的一种碳复合耐火材料，其中石墨因具有优异的抗热震和抗侵蚀性能而成为其重要组分之一，但随着目前洁净钢技术、炉外精炼技术、钢铁工业节能减排技术及资源循环利用等技术的不断发展，传统的镁碳耐火材料由于较高的石墨含量(12～20wt％)，也逐步开始无法满足生产要求，主要原因包括：(1)碳的导热系数高，造成含碳耐火材料热损耗大，从而使炼钢能耗增加；(2)高碳含量引发的钢水增碳效应降低了钢材的理化性能；(3)石墨氧化导致材料结构疏松，其高温强度、抗侵蚀性等快速衰减，降低了耐火材料的使用寿命。针对以上问题，含碳耐火材料的碳含量须减少到适当的低水平，镁碳耐火材料的低碳化(碳含量低于8wt％)的研究发现，镁碳耐火材料降碳后，其抗热震性和抗侵蚀性也都大幅下降，这很难满足实用要求。近期，研究发现在镁碳耐火材料中引入纳米技术来降低碳含量是制各高性能、低碳化耐火材料的一种重要方法，然而，石墨烯在耐火材料，如石墨烯高昂的价格，纳米材料普遍存在的分散性问题；石墨烯巨大的比表面积所带来的易氧化问题等，严重影响石墨烯的应用。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，本发明还提供了所述mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，由如下重量份的原料组成：电熔镁砂颗粒65-70份，电熔镁砂细粉15-20份，mgal2o4-石墨烯复合粉体8-12份，石墨2-4份，铝粉1.5-2.5份，al-mg合金1-2份，硅粉2-4份和树脂结合剂3-5份。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其中，由如下重量份的原料组成：电熔镁砂颗粒65份，电熔镁砂细粉20份，mgal2o4-石墨烯复合粉体12份，石墨2份，铝粉1.5份，al-mg合金2份，硅粉2份和树脂结合剂5份。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其中，所述树脂结合剂为液态酚醛树脂。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其中，所述电熔镁砂颗粒的粒径为1-4mm。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其中，所述电熔镁砂细粉的粒径为10-30um。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其中，所述铝粉，al-mg合金和硅粉的粒度均小于等于0.088mm。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)mgal2o4-石墨烯复合粉体的制备
(1)先将石墨烯按照3-5g/l的浓度加入到去离子水中，超声处理35-45min，制得氧化石墨烯分散液；
(2)然后向步骤(1)中所述氧化石墨烯分散液中加入mgal2o4微粉，制得含尖晶石的氧化石墨烯料浆，所述氧化石墨烯分散液与mgal2o4微粉的质量比为1:5-10，所述mgal2o4微粉的粒径为50-70um；
(3)再将步骤(2)中所述氧化石墨烯料浆超声处理70-80min，在70-80℃条件下搅拌40-50min，冷冻干燥，得到干燥料；
(4)将步骤(3)中所述干燥料置于三辊研磨机中研磨15-20min，得到mgal2o4-石墨烯复合粉体；
(b)按配比准备原料，将所述电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细和步骤(a)中所述mgal2o4-石墨烯复合粉体加入到高速混炼机中进行混合，混合时间为25-30min，得到预混合料；
(c)在步骤(b)中所述预混合料中加入所述树脂结合剂，混合均匀后，再加入所述石墨、铝粉、al-mg合金和硅粉进行混练，加压成型，然后在200-240℃进行热处理，热处理时间为25-30h，制得mgal2o4-石墨烯复合耐火材料。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，其中，步骤(2)中所述mgal2o4微粉的粒径为50-70um。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，其中，步骤(c)中热处理时间为25-30h。
本发明有益效果：
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料,通过加入mgal2o4-石墨烯复合粉体，对各原料组分的合理配比和粒度级配，使基质结构均匀，提高了石墨烯的抗氧化性和分散性，所述耐火材料具有强度高、热导率低、热震稳定性及抗渣侵蚀性优良的特点。
本发明所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，通过对个原料组分的合理配比、粒度级配及工艺参数的设定，实现了mgal2o4微粉与石墨烯的复合，提高了石墨烯本身在耐火材料中的分散性；提高了石墨烯的抗氧化性，且该制备方法操作简单，有助于制备出综合性能优良的低碳耐火材料。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，由如下重量份的原料组成：电熔镁砂颗粒65份，电熔镁砂细粉20份，mgal2o4-石墨烯复合粉体12份，石墨2份，铝粉1.5份，al-mg合金2份，硅粉2份和树脂结合剂5份；所述树脂结合剂为液态酚醛树脂；所述电熔镁砂颗粒的粒径为1-4mm；所述电熔镁砂细粉的粒径为10-30um；所述铝粉，al-mg合金和硅粉的粒度均小于等于0.088mm。
本实施例所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)mgal2o4-石墨烯复合粉体的制备
(1)先将石墨烯按照3g/l的浓度加入到去离子水中，超声处理35min，制得氧化石墨烯分散液；
(2)然后向步骤(1)中所述氧化石墨烯分散液中加入mgal2o4微粉，制得含尖晶石的氧化石墨烯料浆，所述氧化石墨烯分散液与mgal2o4微粉的质量比为1:5，所述mgal2o4微粉的粒径为50-70um；
(3)再将步骤(2)中所述氧化石墨烯料浆超声处理70min，在80℃条件下搅拌40min，冷冻干燥，得到干燥料；
(4)将步骤(3)中所述干燥料置于三辊研磨机中研磨15min，得到mgal2o4-石墨烯复合粉体；
(b)按配比准备原料，将所述电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细和步骤(a)中所述mgal2o4-石墨烯复合粉体加入到高速混炼机中进行混合，混合时间为25min，得到预混合料；
(c)在步骤(b)中所述预混合料中加入所述树脂结合剂，混合均匀后，再加入所述石墨、铝粉、al-mg合金和硅粉进行混练，加压成型，然后在200-240℃进行热处理，热处理时间为25h，制得mgal2o4-石墨烯复合耐火材料。
本实施例1制得的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其性能测试结果为：常压耐压强度为89.6mpa，16000c×3h埋碳气氛下进行渣侵蚀试验，无明显侵蚀或渗透现象。
实施例2
一种mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，由如下重量份的原料组成：电熔镁砂颗粒70份，电熔镁砂细粉15份，mgal2o4-石墨烯复合粉体8份，石墨4份，铝粉2.5份，al-mg合金1份，硅粉4份和树脂结合剂3份；所述树脂结合剂为液态酚醛树脂；所述电熔镁砂颗粒的粒径为1-4mm；所述电熔镁砂细粉的粒径为10-30um；所述铝粉，al-mg合金和硅粉的粒度均小于等于0.088mm。
本实施例所述的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)mgal2o4-石墨烯复合粉体的制备
(1)先将石墨烯按照5g/l的浓度加入到去离子水中，超声处理45min，制得氧化石墨烯分散液；
(2)然后向步骤(1)中所述氧化石墨烯分散液中加入mgal2o4微粉，制得含尖晶石的氧化石墨烯料浆，所述氧化石墨烯分散液与mgal2o4微粉的质量比为1:10，所述mgal2o4微粉的粒径为50-70um；
(3)再将步骤(2)中所述氧化石墨烯料浆超声处理80min，在70℃条件下搅拌50min，冷冻干燥，得到干燥料；
(4)将步骤(3)中所述干燥料置于三辊研磨机中研磨20min，得到mgal2o4-石墨烯复合粉体；
(b)按配比准备原料，将所述电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细和步骤(a)中所述mgal2o4-石墨烯复合粉体加入到高速混炼机中进行混合，混合时间为30min，得到预混合料；
(c)在步骤(b)中所述预混合料中加入所述树脂结合剂，混合均匀后，再加入所述石墨、铝粉、al-mg合金和硅粉进行混练，加压成型，然后在200-240℃进行热处理，热处理时间为30h，制得mgal2o4-石墨烯复合耐火材料。
本实施例2制得的mgal2o4-石墨烯复合耐火材料，其性能测试结果为：常压耐压强度为88.1mpa，16000c×3h埋碳气氛下进行渣侵蚀试验，无明显侵蚀或渗透现象。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。