一种高强度耐火材料砖及其制备方法技术

技术编号:25747476 阅读:43 留言:0更新日期:2020-09-25 20:59
本发明专利技术公开了一种耐火材料砖,由以下重量份的原料制成:大颗粒红柱石、小颗粒红柱石、大颗粒熔融石英、中颗粒熔融石英、小颗粒熔融石英、石墨烯片改性纳米氧化铝、负载镍的多壁碳纳米管、纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化钒、结合剂。本发明专利技术通过分级混料,使得物料颗粒充分活化,同时采用分层铺料,使物料层之间形成了有序的功能结构,使得耐火材料砖具有良好的抗腐蚀性能、抗渣性能和抗水化性能,由外层向内层颗粒粒度逐层增大,经真空压制及烧结后形成抗裂纹能力逐步增强的骨架结构,使得耐火材料砖具有高的耐压强度和韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐火材料砖及其制备方法
本专利技术涉及耐火材料
,具体涉及一种高强度耐火材料砖及其制备方法。
技术介绍
耐火材料一般是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料或者制品,主要用于炼铁工业的高炉、转炉、焦炉,炼钢行业的转炉、二次精炼炉、连铸等,还用于水泥窑以及玻璃、有色金属的窑炉等。随着行业技术的不断革新,各行各业对于使用的耐火材料的综合性能要求也随之提高。选用中小粒度的物料能够降低显气孔率,提高耐火材料的抗腐蚀性及抗水性,但由于中小颗粒对裂纹的阻挡能力较弱,会造成耐压强度及韧性的明显下降,导致耐火材料使用寿命缩短。因此,研发低显气孔率同时又具有高强度、高韧性、良好的抗水化性和抗腐蚀性,且使用周期长的耐火材料产品具有重要意义。
技术实现思路
针对现有耐火材料的不足,本专利技术提供了一种高强度、高韧性、抗腐蚀性强、使用周期长的耐火材料砖。本专利技术还提供了该耐火材料砖的制备方法。本专利技术的目的通过如下技术方案实现:一种高强度耐火材料砖,由以下重量份的原料制成:大颗粒红柱石6~12份、小颗粒红柱石9~18份、大颗粒熔融石英15~30份、中颗粒熔融石英5~10份、小颗粒熔融石英10~20份、石墨烯片改性纳米氧化铝5~9份、负载镍的多壁碳纳米管9~14份、纳米氧化镁6~14份、纳米氧化钛3~5份、纳米氧化钒2~3份、结合剂5~9份。进一步地,所述大颗粒红柱石粒径为1~3mm,小颗粒红柱石粒径为0.1~1mm。进一步地,所述大颗粒熔融石英粒径为1~3mm,中颗粒熔融石英粒径为0.1~1mm,小颗粒熔融石英粒径为400目。进一步地,所述石墨烯片改性纳米氧化铝的制备方法为:在纳米氧化铝粉中加入0.25-3.0wt%的石墨烯片,放入高频感应加热机中,1500℃下热处理1~2h。进一步地,所述负载镍的多壁碳纳米管的制备方法为:S1、取多壁碳纳米管和硫酸镍置于聚四氟乙烯内胆中,加入80wt%水合肼作为还原剂,再加适量重蒸水稀释溶液,盖上内胆盖子装入不锈钢反应釜,放入反应炉中,反应温度控制在120℃±2℃,反应8~12h后取出,抽滤、依次用重蒸水、乙醇反复清洗,烘干后备用。进一步地,所述纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化钒的粒径均为200~500nm。进一步地,所述结合剂包括结合剂A和结合剂B;结合剂A为聚合氯化铝、糊精、聚乙二醇中的一种或几种;结合剂B为碱性纳米硅溶胶。一种耐火材料砖的制备方法,包括以下步骤:(1)配料:将大颗粒红柱石、大颗粒熔融石英混合均匀,采用震击式球磨仪研磨后烘干,然后将3~5份结合剂A加入烘干的物料中,搅拌使物料表面湿润,得物料1;将小颗粒红柱石、中颗粒熔融石英混合均匀,采用震击式球磨仪研磨后烘干,得物料2;将小颗粒熔融石英、石墨烯片改性纳米氧化铝、负载镍的多壁碳纳米管混合均匀,采用震击式球磨仪研磨后烘干,得物料3;将纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化钒混合均匀,采用纳米研磨机研磨后烘干,然后将2~4份结合剂B加入烘干的物料中,搅拌使物料表面湿润,得物料4;(2)铺料:将物料4在模具底部平铺一层,之后再平铺一层物料3,再平铺一层物料2,最后平铺一层物料1,接着平铺一层物料2,再平铺一层物料3,最上层平铺一层物料4;(3)制坯:真空压制成型,制得耐火材料砖坯体;(4)烧结:将耐火材料砖坯体在110~130℃烘烤4~12h,再转入高温炉1200~1500℃下烧结3~5h,烧结完成后自然冷却、切割,即得耐火材料砖。进一步地,步骤(1)中采用震击式球磨仪研磨的具体操作为:加入物料重量2倍的助磨剂,物料重量一半的研磨球,采用震击式球磨仪研磨,将研磨后的物料在60~80℃下烘干。进一步地,步骤(1)中采用震击式球磨仪研磨所用的助磨剂为无水乙醇,研磨时间0.5~2h。进一步地,步骤(1)中采用纳米研磨机研磨所用的助磨剂为质量分数为40%~60%的油酸溶液,研磨时间2~4h。进一步地,步骤(1)中研磨后物料的烘干温度为60~80℃。进一步地,步骤(3)中真空压制的真空度为0~0.01MPa。进一步地,步骤(3)中压制的强度为60~130MPa。本专利技术采用分级混合、研磨的方法,将粒径接近的组分混合均匀后研磨,物料颗粒能够充分与研磨球接触,不会发生沉底、成团现象,随着研磨时间的增加,物料颗粒表面会存在一些机械性损伤的磨蚀创伤面,进而产生新的活化点,同时颗粒内部产生缺陷和裂纹,有利于烧结过程中晶格活化,形成莫来石。本专利技术采用分层铺料的方法,打破常规碾混使各物料的粒径及分布尽可能均匀的方法,由于分层采用纳米颗粒层--小颗粒层--中颗粒层--大颗粒层--中颗粒--小颗粒层—纳米颗粒层的顺序自下而上铺料,物料1即表面浸润有结合剂的大颗粒层和物料2即中颗粒层位于耐火材料砖的中间,中颗粒通过结合剂的作用与大颗粒结合成为一体,作为耐火材料的骨架,保证耐火材料砖的机械强度,物料3小颗粒层含有石墨烯片改性纳米氧化铝和负载镍的多壁碳纳米管在煅烧过程中能够将大颗粒层与中颗粒层结合在一起,通过起到增韧功效,物料4纳米颗粒层经油酸改性的氧化钛能提升耐火材料的抗水化性能,同时经硅溶胶润湿后的纳米颗粒层经压制和烧结后结构致密,还能减少杂质的引入,使得耐火材料砖具有良好的抗水化和抗腐蚀性能。本专利技术所用红柱石在耐火材料砖坯体烧结过程中会发生不可逆的晶体转化,从而形成具有莫来石网络的莫来石,本专利技术分层铺料的过程中大颗粒层和中颗粒层分别含有粒径为1~3mm的红柱石大颗粒和粒径为0.1~1mm红柱石小颗粒,烧结过程中红柱石转化成的莫来石网络贯穿大颗粒层与两侧的中颗粒层使其成为一体整体,制备得到的耐火材料砖具有1800℃以上的耐火性能,且机械强度大、抗热冲击力和抗渣性强、耐骤冷骤热、荷重转化点高,还具有优异的化学稳定性和抗化学腐蚀性。本专利技术所用熔融石英按粒径分为三级,大颗粒熔融石英与大颗粒红柱石混合研磨后用结合剂润湿作为物料1,其能够大大降低耐火材料砖骨架的热膨胀率和化学稳定性,提高耐火材料砖的综合性能;熔融石英在高温时液相的粘度很大,因此高温时耐侵蚀冲刷性能很好,中颗粒熔融石英和小颗粒熔融石英分层分布,且小颗粒熔融石英分布在靠外侧,与纳米颗粒层烧结后,能够大大提高耐火材料砖的抗腐蚀性和高温耐侵蚀性能。本专利技术所用石墨烯片改性纳米氧化铝,通过高倍透射电子显微镜观察发现石墨烯的增强增韧方式主要有颗粒钉扎、石墨烯拔出和裂纹桥接,此外石墨烯引入还能抑制纳米氧化铝晶粒生长。负载镍的多壁碳纳米管作为小颗粒层的物料,与表层紧密结合,负载镍的多壁碳纳米管在高温下仍具有优异的强度和韧性,可以通过桥接和裂纹偏转机理吸收或释放裂纹尖端处的应力,从而提高耐火材料的力学性能、抗断裂韧性以及抗热震性;而镍在高温下与坯体中极少量的氧结合生成氧化镍,能够防止石墨烯片被氧化,镍氧化过程中还能够与氧化镁、氧化钛、氧化钒及小颗粒红柱石中的杂质氧化镁形成固溶体,使氧化镁晶粒更加坚固,防止耐火材料被酸碱溶液所侵蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度耐火材料砖,其特征在于,由以下重量份的原料制成:大颗粒红柱石6~12份、小颗粒红柱石9~18份、大颗粒熔融石英15~30份、中颗粒熔融石英5~10份、小颗粒熔融石英10~20份、石墨烯片改性纳米氧化铝5~9份、负载镍的多壁碳纳米管9~14份、纳米氧化镁6~14份、纳米氧化钛3~5份、纳米氧化钒2~3份、结合剂5~9份。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐火材料砖,其特征在于,由以下重量份的原料制成:大颗粒红柱石6~12份、小颗粒红柱石9~18份、大颗粒熔融石英15~30份、中颗粒熔融石英5~10份、小颗粒熔融石英10~20份、石墨烯片改性纳米氧化铝5~9份、负载镍的多壁碳纳米管9~14份、纳米氧化镁6~14份、纳米氧化钛3~5份、纳米氧化钒2~3份、结合剂5~9份。


2.根据权利要求1所述的高强度耐火材料砖,其特征在于,所述大颗粒红柱石粒径为1~3mm,小颗粒红柱石粒径为0.1~1mm;所述大颗粒熔融石英粒径为1~3mm,中颗粒熔融石英粒径为0.1~1mm,小颗粒熔融石英粒径为400目;所述纳米氧化镁、纳米氧化钛、纳米氧化钒的粒径均为200~500nm。


3.根据权利要求1所述的高强度耐火材料砖,其特征在于,所述石墨烯片改性纳米氧化铝的制备方法为:在纳米氧化铝粉中加入0.25-3.0wt%的石墨烯片,放入高频感应加热机中,1500℃下热处理1~2h。


4.根据权利要求1所述的高强度耐火材料砖,其特征在于,所述负载镍的多壁碳纳米管的制备方法为:S1、取多壁碳纳米管和硫酸镍置于聚四氟乙烯内胆中,加入80wt%水合肼作为还原剂,再加适量重蒸水稀释溶液,盖上内胆盖子装入不锈钢反应釜,放入反应炉中,反应温度控制在120℃±2℃,反应8~12h后取出,抽滤、依次用重蒸水、乙醇反复清洗,烘干后备用。


5.根据权利要求1所述的高强度耐火材料砖,其特征在于,所述结合剂包括结合剂A和结合剂B;结合剂A为聚合氯化铝、糊精、聚乙二醇中的一种或几种;结合剂B为碱性纳米硅溶胶。


6.根据权利要求1~5任一项所述的高强度耐火材料砖的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配料:将大颗粒红柱石、大颗粒熔融石英混合均匀,采用震击...

【专利技术属性】
技术研发人员:贺延奎
申请(专利权)人:济源市金峰耐火材料有限公司
类型:发明
国别省市:河南;41

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