耐火材料及其制备方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐火材料领域，特别是一种镁碳材质的耐火材料及其制备方法。【【背景技术】】
[0002]含有石墨、浙青、炭黑或酚醛树脂等碳原料的耐火材料，耐热性优异，因此被广泛地用于钢铁、有色金属、水泥、焚烧炉、和废弃物熔融炉等应用，例如镁碳砖，由于有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力及碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砂耐剥落性差的最大缺点，常被用来作为转炉、钢包炉、混铁车或真空脱气炉等内衬材料的砖。在欧洲，镁碳砖主要用加热液化的浙青作结合剂，把物料加热到150°c左右，在加热状态下完成混炼、成型的过程，一般被称为热成型镁碳砖；热成型镁碳砖的抗氧化性及抗热震性俱佳，但是制作过程中需要使用普通浙青作为结合剂，但普通浙青中含1%左右致癌的苯并(a)芘，在生产、烘烤、使用过程中浙青受热会排出大量含有苯并(a)芘的有毒烟雾，对人的健康及环境有严重危害，同时，由于材质因素，一般热成型镁碳砖在结构韧性部分也有很大的缺点，因此，急需提供低苯并(a)芘且具有高结构韧性的镁碳成份耐火材料。
【
【发明内容】
】
[0003]为解决上述问题，本发明提供一种耐火材料的制备方法，包含下列步骤:
[0004](I)制备碳质结合剂,碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烃类溶剂，将固态结合剂及液态结合剂混合形成碳质结合剂；
[0005](2)将镁砂粗粒、石墨、镁砂细粉与添加剂的混合粉按比例及顺序加入碳质结合剂中，并进行碾混形成耐火原料；
[0006](3)将耐火原料高压成型后进行热处理。
[0007]更进一步的，上述镁砂粗粒粒径介于0.8mm?3.2mm之间，且镁砂粗粒占整体55%?70%重量份，镁砂细粉粒径不大于0.08mm,且镁砂细粉占整体20%?28%重量份。
[0008]更进一步的，石墨占整体8%?20%重量份。
[0009]更进一步的，固态结合剂占整体0.5%?4%重量份，液态结合剂占整体1.5%?4%
重量份。
[0010]更进一步的，液态结合剂选自煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉。
[0011]更进一步的，添加剂选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉或SiC粉，且粒度小于100目。
[0012]更进一步的，包含加入分散剂及偶联剂，分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂；偶联剂为钛酸酯类偶联剂。
[0013]本发明再提供一种耐火材料，包含:碳质结合剂，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液态结合剂为苯并(a)芘低于500mg/kg的芳香烃类溶剂；镁砂粗粒55%?70%重量份，镁砂粗粒粒径介于0.8mm?3.2mm之间；镁砂细粉20%?28%重量份，镁砂细粉粒径不大于0.08mm ;石墨8%?20%重量份；添加剂1%?5%重量份；分散剂及偶联剂。
[0014]上述耐火材料中，芳香烃类溶剂可为煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉。
[0015]更进一步的，分散剂可为阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，阴离子性表面活性剂为镁砂粗粒及镁砂细粉的1%?10%，高分子型表面活性剂为石墨的10%?30%，偶联剂为钛酸酯类偶联剂，占整体0.5%?3%重量份。
[0016]因此，本发明的主要目的在于提供一种耐火材料及其制备方法，由于采用低苯并(a)芘低的碳质结合剂，减少耐火材料在使用或制造过程中对人体及环境的危害。
[0017]本发明的再一目的在于提供一种耐火材料及其制备方法，由于在耐火材料及制备方法中加入分散剂及偶联剂，使得耐火材料的耐热性及结构韧性得到提升。
【【具体实施方式】】
[0018]本发明主要揭露一种耐火材料及其制备方法，其中所用的基本材料及制备方法除特别说明外，应已为相关技术领域的技术人员所熟知，故以下文中的说明，不再对耐火材料成分作完整描述，在先说明。
[0019]首先，本发明提供一种耐火材料的制备方法，包含下列步骤:
[0020](I)制备碳质结合剂,碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烃类溶剂，芳香烃类溶剂可为煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉；将固态结合剂及液态结合剂混合形成碳质结合剂，其中固态结合剂占整体0.5%?4%重量份，液态结合剂占整体1.5%?4%重量份。
[0021](2)将镁砂粗粒加入前述的碳质结合剂之后进行碾混，镁砂粗粒选择纯度在95?99%,占整体55%?70%重量份,且粒径介于0.8mm?3.2mm之间；再加入石墨进行碾混,石墨占整体8%?20%重量份；再将镁砂细粉与添加剂的混合粉加入进行混练，镁砂细粉占整体20%?28%重量份，且粒径不大于0.08mm,添加剂可选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；再将分散剂及偶联剂加入混合，分散剂可以是阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，如为阴离子性表面活性剂，则占镁砂组分的I?10%，更优选的为2-5%，若为高分子型表面活性剂，则占石墨的10-30%，更为优选10-20% ;偶联剂为钛酸酯类偶联剂占整体组份0.5%?3%。
[0022]在步骤中添加阴离子性表面活性剂，可增加材料中液体部分对镁砂的润湿性，添加高分子型表面活性剂，可增加体系中液体部分对石墨、炭黑等炭素组分的润湿性，而钛酸酯类偶联剂可改善体系中有机组分和无机组分的相容性，提高整个物料体系的匀质性，可以提升砖坯的致密化，能抑制氧和氧化物向砖内侵入，有助于抑制碳的氧化，提高镁碳砖的使用寿命，从而提升材料整体性能。
[0023](3)将耐火原料高压成型后进行热处理，热处理温度控制在摄氏150?250度，热处理时间为24?32小时。
[0024]接著，本发明再提出一种耐火材料，包含有碳质结合剂、镁砂粗粒、镁砂细粉、石墨、添加剂、分散剂及偶联剂。其中，碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,液态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烃类溶剂，芳香烃类溶剂可为煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯或喹啉；镁砂粗粒占55%?70%重量份，镁砂粗粒粒径介于0.8mm?3.2mm之间；镁砂细粉占20%?28%重量份，且粒径不大于0.08mm ;石墨占8%?20%重量份；添加剂占1%?5%重量份，可为金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉或SiC粉，且粒度小于100目；分散剂为阴离子性表面活性剂或高分子型表面活性剂，若为阴离子性表面活性剂，为镁砂粗粒及镁砂细粉的1%?10%，若为高分子型表面活性剂，为石墨的10%?30% ;偶联剂为钛酸酯类偶联剂，占0.5%?3%。
[0025]本发明耐火材料中的碳质结合剂，加入了芳香烃类溶剂，使原本固态结合剂可石墨化煤浙青的热混料及热成型可以变为常温混料及常温成型，并可控制结合剂的结焦值含量范围较大；此外，本发明采用低苯并(a)芘的固态结合剂，进一步可将苯并(a)芘控制在50ppm以内，达到德国和欧洲的要求标准，并减少耐火材料在使用或制造过程中对人体及环境的危害，将耐火材料应用在高温炉时可改善炉前的环境、降低大气中有机污染物的浓度；再者，由于在耐火材料中加入分散剂及偶联剂，使得耐火材料的耐热性及结构韧性得到提升，加热时，结合剂软化转移到气孔中，提高结合强度；炭化前，结合剂软化，有利于耐火材料压力吸收，提高加热过程中的抗剥落性；所采用的固态和液态结合剂均为可石墨化的结合剂，石墨化炭化程度高，有利于提高耐火材料的抗氧化性及结构韧性，作为镁碳砖材料上具有相当好的材料性能。
[0026]以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求中。
【主权项】
1.一种耐火材料的制备方法，其特征在于包含下列步骤: (1)制备碳质结合剂，所述碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，所述固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,所述液态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烃类溶剂，将所述固态结合剂及所述液态结合剂混合形成所述碳质结合剂； (2)将镁砂粗粒、石墨、镁砂细粉与添加剂的混合粉按比例及顺序加入所述碳质结合齐U，并进行碾混形成耐火原料； (3)将耐火原料高压成型后进行热处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述液态结合剂选自煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯及喹啉所构成的群组。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述镁砂粗粒粒径介于0.8mm?3.2mm之间，且所述镁砂粗粒占整体55%?70%重量份，所述镁砂细粉粒径不大于0.08mm,且所述镁砂细粉占整体20%?28%重量份。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述石墨占整体8%?20%重量份。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述固态结合剂占整体0.5%?4%重量份，所述液态结合剂占整体1.5%?4%重量份。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述添加剂选自金属铝粉、硅粉、铝镁合金粉及SiC粉，且粒度小于100目。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:进一步包含加入分散剂及偶联剂，所述分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。8.—种耐火材料，其特征在于:所述耐火材料包含: 碳质结合剂，所述碳质结合剂包括固态结合剂及液态结合剂，所述固态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的可石墨化煤浙青,所述液态结合剂为苯并(a)花低于500mg/kg的芳香烃类溶剂； 镁砂粗粒55%?70%重量份，所述镁砂粗粒粒径介于0.8mm?3.2mm之间； 镁砂细粉20%?28%重量份，所述镁砂细粉粒径不大于0.08mm ； 石墨8%?20%重量份； 添加剂1%?5%重量份； 分散剂及偶联剂，所述分散剂选自阴离子性表面活性剂及高分子型表面活性剂，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂。9.根据权利要求9所述的耐火材料，其特征在于:所述液态结合剂选自煤焦油、蒽油、洗油、轻油、萘油、糠醛、甲苯及喹啉所构成的群组。10.根据权利要求9所述的耐火材料，其特征在于:所述阴离子性表面活性剂为所述镁砂粗粒及所述镁砂细粉的1%?10%，所述高分子型表面活性剂为所述石墨的10%?30%，所述钛酸酯类偶联剂，占整体0.5%?3%重量份。
【专利摘要】本发明提供一种耐火材料及其制备方法，包含苯并(a)芘低于500mg/kg的固态结合剂、苯并(a)芘低于500mg/kg的液态结合剂、镁砂组份、石墨、添加剂、分散剂及偶联剂，先将固态结合剂及液态结合剂制备成碳质结合剂后，再依比例顺序加入上述各种组份，最后将原料成型后进行热处理即可得到耐火材料，具有低苯并(a)芘、抗氧化性高及结构韧性佳等优点。
【IPC分类】C04B35/66
【公开号】CN104944969
【申请号】CN201410126436
【发明人】赵希娟, 郑旗, 范咏莲, 钱雷
【申请人】中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月31日