一种轻量化方镁石-碳化硅-碳耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量化方镁石

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于轻量化耐火材料
尤其涉及一种轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料广泛应用于低碳钢冶炼工业中钢水储运、导流等关键器件，如出钢口、水口和滑板等。随着钢铁工业对产品质量和节能减排要求越来越高，发展低导热、长寿命功能化方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料需求越来越迫切。
[0003]目前，关于方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料的研究报告相对较少。如“一种镁碳砖耐火材料及其制备方法”(CN201711139603.X)专利技术，采用镁砂颗粒料、镁砂粉料、碳素、碳化硅和碳化硼等为原料，制得一种添加碳化硅的镁碳砖耐火材料；又如“一种添加碳化硅晶须制备高性能镁碳砖的方法”(CN201810445303.2)专利技术，采用电熔镁砂、石墨和碳化硅晶须为原料，制得一种添加碳化硅晶须的镁碳砖；又如“一种低碳MgO
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C耐火材料及其制备方法”(CN201810946441.9)专利技术，采用电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、电熔镁砂微粉、微纳米石墨烯、鳞片石墨、碳化硅粉、碳化硼粉、铝粉、Al
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Mg合金粉和硅粉为原料，制得一种的含碳化硅的MgO
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C耐火材料；但现有方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料制备技术仍存在一些问题：(1)采用电熔镁砂、烧结镁砂等致密镁砂为骨料，与基质中高导热的碳共同导致制品导热系数高；(2)致密骨料表面粗糙度小，颗粒与颗粒间难以形成颈部连接，骨料/基质界面结合弱，制品强度低；同时制品热震稳定性差，制品在服役过程中受到急剧温度变化等损伤后，易造成剥落；(3)现有方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料碳含量较高，钢液增碳行为明显，对钢液品质造成影响；
[0004]因此，发展导热系数低、碳含量低和强度高的方镁石
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碳化硅
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碳系耐火材料的需求越来越迫切，这对降低低碳钢冶炼工业能源损耗、提高钢液纯净度以及延长耐火材料使用寿命具有重要现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种碳含量低、导热系数低、强度高、热震稳定性优良和抗侵蚀渗透性能优异的轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：
[0007]步骤1、多孔方镁石陶瓷的制备
[0008]步骤1.1、将菱镁矿细粉置于高温炉内，以2～5℃/min的速率升温至700～750℃，保温2～3h，随炉冷却，得到多孔氧化镁团聚体细粉。
[0009]步骤1.2、将氢氧化铝微粉置于高温炉内，以2～5℃/min的速率升温至300～450℃，保温2～3h，随炉冷却，得到多孔氧化铝团聚体微粉。
[0010]步骤1.3、按所述多孔氧化镁团聚体细粉∶所述多孔氧化铝团聚体微粉∶水的质量
比为100∶(4～7)∶(25～35)配料，将所述多孔氧化镁团聚体细粉、所述多孔氧化铝团聚体微粉和水置于搅拌机内，搅拌1～3h，得到混合料。
[0011]步骤1.4、将所述混合料在100～160℃条件下保温1～3h，在100～150MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～130℃条件下干燥24～36h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以3～5℃/min的速率升温至1630～1700℃，保温3～6h，自然冷却，得到以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷。
[0012]所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷：显气孔率为20～30％；体积密度为2.51～2.86g/cm3；平均孔径为300～1200nm；耐压强度为80～150MPa。
[0013]步骤2、改性多孔方镁石陶瓷颗粒和改性多孔方镁石陶瓷细粉的制备
[0014]步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶(0.5～0.9)，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌10～20min，得到改性溶液。
[0015]步骤2.2、按所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷∶改性溶液的质量比为100∶(34～40)，将所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷置于真空装置内，抽真空至2.0～3.0kPa，再加入所述改性溶液，静置30～60min，关闭抽真空系统，自然干燥24～32h；然后在110～150℃条件下保温12～24h，得到改性多孔方镁石陶瓷。
[0016]步骤2.3、将所述改性多孔方镁石陶瓷破粉碎，筛分，分别得到粒径为3.2～5mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅰ、粒径为1.2～3mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅱ、粒径为0.1～1mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅲ和粒径小于0.088mm的改性多孔方镁石陶瓷细粉。
[0017]步骤3、轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料的制备
[0018]以14～16wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒I、17～20wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒II和22～24wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅲ为骨料，以35～45wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷细粉、0.1～1.5wt％的单质硅粉、0.5～2wt％的超细石墨粉和0.5～2wt％的碳化硅细粉为基质。
[0019]先将所述骨料置于搅拌机中，外加所述骨料与所述基质之和0.1～0.5wt％的催化剂和2～6wt％的酚醛树脂，搅拌均匀，然后加入所述基质，搅拌均匀；最后在150～200MPa条件下机压成型，在100～150℃条件下干燥12～36h，在埋碳条件下以2～4℃/min的速率升温至1300～1450℃，保温3～6h，随炉冷却，制得轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料。
[0020]所述菱镁矿细粉的粒径＜44μm；所述菱镁矿细粉的MgO含量为44～46wt％。
[0021]所述氢氧化铝微粉的粒径＜10μm；所述氢氧化铝微粉的Al2O3含量为64～66wt％。
[0022]所述催化剂为九水硝酸铁、六水硝酸钴和六水硝酸镍中的一种；所述九水硝酸铁的Fe(NO3)3·
9H2O含量＞98wt％，所述六水硝酸钴的Co(NO3)2·
6H2O含量＞98wt％，所述六水硝酸镍的Ni(NO3)2·
6H2O含量＞98wt％。
[0023]所述单质硅粉的粒径＜50μm；单质硅粉的Si含量为98～99.5wt％。
[0024]所述超细石墨粉的粒径＜18μm；超细石墨粉的C含量为97～98.5wt％。
[0025]所述碳化硅细粉的粒径＜88μm；所述碳化硅细粉的Si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤1、多孔方镁石陶瓷的制备步骤1.1、将菱镁矿细粉置于高温炉内，以2～5℃/min的速率升温至700～750℃，保温2～3h，随炉冷却，得到多孔氧化镁团聚体细粉；步骤1.2、将氢氧化铝微粉置于高温炉内，以2～5℃/min的速率升温至300～450℃，保温2～3h，随炉冷却，得到多孔氧化铝团聚体微粉；步骤1.3、按所述多孔氧化镁团聚体细粉∶所述多孔氧化铝团聚体微粉∶水的质量比为100∶(4～7)∶(25～35)配料，将所述多孔氧化镁团聚体细粉、所述多孔氧化铝团聚体微粉和水置于搅拌机内，搅拌1～3h，得到混合料；步骤1.4、将所述混合料在100～160℃条件下保温1～3h，在100～150MPa条件下机压成型，再将成型后的坯体于110～130℃条件下干燥24～36h；然后将干燥后的坯体置于高温炉内，以3～5℃/min的速率升温至1630～1700℃，保温3～6h，自然冷却，得到以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷；所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷：显气孔率为20～30％，体积密度为2.51～2.86g/cm3，平均孔径为300～1200nm，耐压强度为80～150MPa；步骤2、改性多孔方镁石陶瓷颗粒和改性多孔方镁石陶瓷细粉的制备步骤2.1、按去离子水∶催化剂的质量比为100∶(0.5～0.9)，将所述去离子水和所述催化剂置于搅拌机中，搅拌10～20min，得到改性溶液；步骤2.2、按所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷∶改性溶液的质量比为100∶(34～40)，将所述以方镁石为主晶相的多孔方镁石陶瓷置于真空装置内，抽真空至2.0～3.0kPa，再加入所述改性溶液，静置30～60min，关闭抽真空系统，自然干燥24～32h；然后在110～150℃条件下保温12～24h，得到改性多孔方镁石陶瓷；步骤2.3、将所述改性多孔方镁石陶瓷破粉碎，筛分，分别得到粒径为3.2～5mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅰ、粒径为1.2～3mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅱ、粒径为0.1～1mm的改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅲ和粒径小于0.088mm的改性多孔方镁石陶瓷细粉；步骤3、轻量化方镁石
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碳化硅
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碳耐火材料的制备以14～16wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒I、17～20wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒II和22～24wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷颗粒Ⅲ为骨料，以35～45wt％的所述改性多孔方镁石陶瓷细粉、0.1～1.5wt％的单质硅粉、0.5～2wt％的超细石墨粉和0.5～2wt％的碳化硅细粉为基质；先将所述骨料置于搅拌机中，外加所述骨料与所述基质之和0.1～0.5wt％的催化剂和2～6wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢文，韩铮，吴晗，戴亚洁，李亚伟，李楠，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：