一種鎂鈣碳耐火材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐火材料領域，尤其涉及一種耐火度高、抗侵蝕性能優異、抗熱震性能好，燒結溫度范圍寬的鎂鈣碳耐火材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源的日益緊張，各國對高溫工業用節能材料的研制、生產和使用日益重視，高溫窯爐需要大量使用具有優異性能或特殊性狀的耐火材料。鎂鈣質耐火材料是一種堿性耐火材料，自上世紀60年代就被用作煉鋼轉爐的爐襯材料，為我國轉爐煉鋼工業的發展做出了貢獻。
[0003]鎂鈣碳磚是以白云石砂、鎂鈣砂、鎂砂和碳素為主要原料制成的耐火制品，其主要優勢在于低堿度、低氧化鐵鐵爐渣和真空條件下的抗侵蝕性。抗熱震性優于鎂碳磚，還有利于減少鋼水的氧含量和夾雜。但是鎂鈣碳磚的抗水化性，抗氧化性還不夠，同時抗熱震性也需要提尚。
[0004]—種不燒鎂鈣碳磚及制備方法(CN102351548A)，其原料是不同粒徑的鎂鈣砂電熔鎂砂，改性瀝青結合劑，鱗片石墨，金屬鎂粉添加劑。其不足之處在于，鎂鈣碳磚的抗水化性，抗氧化性還不夠，同時抗熱震性也需要提高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于為了解決現有制備鎂鈣碳耐火材料的工藝中鎂鈣碳磚的抗水化性，抗氧化性還不夠，同時抗熱震性也需要提高的缺陷而提供一種耐火度高、抗侵蝕性能優異、抗熱震性能好，抗氧化性能好，燒結溫度范圍寬的鎂鈣碳耐火材料。
[0006]本發明的另一個目的是為了提供該耐火材料的制備方法。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種鎂鈣碳耐火材料，鎂鈣砂顆粒100-120份、鎂鈣砂細粉40-50份、納米氧化鎂15-35份、納米氧化鈣20-30份、氧化鋯20-35份、石墨烯10-20份、添加劑5_10份、結合劑7_12份與納米碳纖維5-12份。在本技術方案中，石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，具有強度尚、比表面積大、尚化學反應活性、尚填充性的特點；在制品中加入石墨烯使得制品內部接觸更加緊密，從而減小燒成時因膨脹產生的應力，防止制品疏松或開裂；石墨烯的高強度保證了制品的優良的力學性能，同時可以提升制品的抗酸堿腐蝕性能與抗氧化性。
[0008]作為優選，所述添加劑為硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠與納米氧化鋅的混合物，硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠與納米氧化鋅的質量比為5:3:4:7。在本技術方案中，玻璃微珠粒度合適，流動性好，分散度高，加入玻璃微珠，可以在內部高度均勻分散，促進燒結，并具有更均勻的組織結構，提高制品的強度和抗熱震性能，納米氧化鋅的粒度細小，可以填充微細氣孔，降低制品的氣孔率，提尚體積密度。
[0009]作為優選，所述結合劑為海藻提取物與蜂蠟的混合物，質量比為2:1，該結合劑的制備方法如下:1)清洗:海藻原料用45-50°C的自來水浸泡2-3小時，然后清洗干凈；
2)粉碎、離心:清洗干凈的海藻，真空破碎，加入海藻體積30倍的乙醇與丁二酯溶液浸泡并煮沸，乙醇與丁二酯的體積比為1: 1，然后離心分離去渣得海藻清液，離心機的轉速為4000~6000rpm，離心時間為 15_20min ；
3)納濾:將海藻清液用5-10倍體積的純水稀釋，然后用納濾膜進行透析濃縮，海藻清液透析濃縮至稀釋前體積的0.1-0.2倍得納濾濃縮液，所述納濾膜的截留分子量為600-700Da ；
4)濃縮干燥:納濾濃縮液加入蜂蠟后進一步真空濃縮至固形物含量為40-60%，然后在噴霧干燥器中噴霧干燥得含水量2-3%的粉末狀結合劑。在本技術方案中，海藻提取物作為結合劑，可以使得制品內部結合緊密，而海藻提取物則從天然存在的海藻中提取制得，綠色環保。
[0010]作為優選，硅藻泥與氮化硼在乙醇中混合均勻后加入玻璃微珠與納米氧化鋅，在水浴中超聲震蕩2h后，干燥得到輔助添加劑。
[0011]作為優選，鎂I丐砂顆粒的粒徑為0.2-2mm，鎂I丐砂細粉的粒徑為100-120 μ m。
[0012]一種鎂鈣碳耐火材料的制備方法，各原料按以上配比稱量，混合均勻后的混合物料以無水酒精為介質研磨10-12小時，然后在真空烘干得到粉料，對反應粉料施加5000-7000伏的等離子電弧，使粉料熔融，通過惰性氣體將熔融后的粉料吹至機壓設備內制備成各種所需尺寸的定型制品，經120-150°C下干燥10-12小時后于450-480°C下保溫30-50min制得鎂鈣碳耐火材料。在本技術方案中，等離子高溫熔融技術，是在兩極之間加入電壓，使得等離子體瞬間升溫，將加入送料器中的粉體迅速達到熔融狀態，等離子體高速運動，顆粒之間會發生劇烈碰撞，即時生產所需要的熔融狀態下的材料，使得耐火材料內部致密，提高體積密度，減小耐火材料的顯氣孔率，防止膨脹，進而進一步提升耐火材料的各項物理性能例如強度、抗熱震性、抗熱沖擊性。
[0013]作為優選，真空干燥的真空度為0.001-0.008MPa，干燥溫度為130-150°C，干燥時間為10-12小時。
[0014]作為優選，無水酒精與混合物料的重量比例為15:1。
[0015]本發明的有益效果是
1)石墨烯使得制品內部接觸更加緊密，從而減小燒成時因膨脹產生的應力，防止制品疏松或開裂；石墨烯的高強度保證了制品的優良的力學性能，同時可以提升制品的抗酸堿腐蝕性能與抗氧化性；
2)本發明的耐火材料內部致密，提高體積密度，減小耐火材料的顯氣孔率，防止膨脹，進而進一步提升耐火材料的各項物理性能例如強度、抗熱震性、抗熱沖擊性；
3)玻璃微珠粒度合適，流動性好，分散度高，加入玻璃微珠，可以在內部高度均勻分散，促進燒結，并具有更均勻的組織結構，提高制品的強度和抗熱震性能，納米氧化鋅的粒度細小，可以填充微細氣孔，降低制品的氣孔率，提高體積密度；
4)本發明制備方法簡單，原料豐富，適合工廠化生產。
【具體實施方式】
[0016]以下結合具體實施例，對本發明作進一步的解釋，并非對其保護范圍的限制。
[0017]本發明采用的鎂鈣砂顆粒的粒徑為0.2-2_，鎂鈣砂細粉的粒徑為100-120 μ m。
[0018]本發明所用的添加劑為硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠與納米氧化鋅的混合物，硅藻泥、氮化硼、玻璃微珠與納米氧化鋅的質量比為5:3:4:7。
[0019]硅藻泥與氮化硼在乙醇中混合均勻后加入玻璃微珠與納米氧化鋅，在水浴中超聲震蕩2h后，干燥得到輔助添加劑。
[0020]本發明所用的結合劑為海藻提取物與蜂蠟的混合物，質量比為2:1，該結合劑的制備方法如下:1)清洗:海藻原料用45-50°C的自來水浸泡2-3小時，然后清洗干凈；
2)粉碎、離心:清洗干凈的海藻，真空破碎，加入海藻體積30倍的乙醇與丁二酯溶液浸泡并煮沸，乙醇與丁二酯的體積比為1: 1，然后離心分離去渣得海藻清液，離心機的轉速為4000~6000rpm，離心時間為 15_20min ；
3)納濾:將海藻清液用5-10倍體積的純水稀釋，然后用納濾膜進行透析濃縮，海藻清液透析濃縮至稀釋前體積的0.1-0.2倍得納濾濃縮液，所述納濾膜的截留分子量為600-700Da ；
4)濃縮干