一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及鋼鐵、有色金屬冶煉和水泥回轉窯的高溫過渡帶和燒成帶用耐火材料的制備方法，具體一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法。
【背景技術】
[0002]我國菱鎂礦資源豐富，品位高，儲量約占世界的25%。在常用的耐火氧化物中，氧化鎂的熔點最高，達到2800°C，而且氧化鎂可以與許多常用氧化物或熔渣中成分反應形成高熔點的化合物和固溶體，與一些氧化物形成的二元系的低共融點的溫度也很高，所以氧化鎂質材料被廣泛運用于高溫行業。目前氧化鎂制品包括:普通鎂磚、直接結合鎂磚、鎂鈣磚、鎂硅磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚、鎂碳磚、不燒鎂質制品、不定型鎂質制品。
[0003]在耐火材料領域，因為純氧化鎂質磚熱膨脹系數大，抗熱震性差，以及熔渣易滲入磚內甚深，抗熱剝落以及結構剝落性不好，而且易吸水潮化，現在除在一些溫度比較穩定的連續式生產的高溫爐中仍部分使用外，隨著鋼鐵冶煉，有色冶煉和水泥窯的發展，所使用的耐火材料多為鎂質復合耐火材料，如鎂鉻磚、鎂鈣磚、鎂鋁尖晶石磚、鎂碳磚、鎂鈣碳磚、鎂鋯磚，鎂鈣鋯磚等。
[0004]然而鎂鉻磚在使用過程中會產生六價鉻污染環境。鎂鈣磚在生產和運輸過程中需要做到密封防水化。鎂鋁尖晶石磚抗酸性渣、抗爐渣滲透性不好，以及磚中氧化鋁容易與渣中氧化鈣形成低熔點的鋁酸鈣。鎂鋯類質磚的成本高，燒結溫度高，能耗較大。
[0005]硅鐵是鐵和硅結合的鐵合金，硅鐵是以焦炭、鋼肩、石英(或硅石)為原料，用電爐冶煉制得的鐵硅合金，目前硅鐵合金已經實現工業發展。方鎂石中添加硅鐵合金運用于高溫行業，比如煉鋼溫度在1500°C以上，而小于1500°C時硅鐵合金原位反應生成高熔點的2Mg0.Si02和Mg0-Fe203尖晶石固溶體，而后者的生成消除了硅酸鐵液相的危害。結合相尖晶石相的生成相使得鎂質耐火材料的熱震穩定性增加，線膨脹系數降低和抗渣性能增強。
[0006]本發明采用電熔鎂砂顆粒，硅鐵合金細粉作為原料，加入三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉為結合劑，混煉后壓制成磚坯，低溫處理制得一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。該方法操作工藝簡單，無需復雜的設備，且成本低廉、易得，生產過程對環境污染小，節約能源，易于工業化推廣。
【發明內容】
[0007]針對現有氧化鎂復合耐火材料工藝流程復雜，成本較高，使用壽命較短，適用范圍較窄的問題，本發明提供了一種可用于鋼鐵、有色金屬冶煉和水泥回轉窯的高溫過渡帶和燒成帶的一種添加硅鐵合金的氧化鎂質磚的制備方法。與氧化鎂復合耐火材料相比，其工藝處理簡單，成本較低，并且加入硅鐵合金的氧化鎂磚基質部分原位生成了鎂橄欖石和鐵酸鎂尖晶石相，它們的生成使內部結構更加致密，具有良好的高溫強度，尤其是優異的抗熱震穩定性和抗渣耐腐蝕性，使性能更加優良，應用范圍更加廣泛。
[0008]—種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法，其特征在于:所述的材料采用電熔鎂砂顆粒、硅鐵合金細粉作為原料加入結合劑低溫處理而成;具體制備方法是取質量分數80-97%電熔鎂砂顆粒，3-20%的硅鐵合金細粉作為原料，外加原料總量的3-5%的結合劑，將原料混合后進行混煉，并在20-60MPa下壓制成型；將壓制成型后的試樣于150-3501低溫處理8-16小時；在高溫工業使用過程中，硅鐵合金細粉和電熔鎂砂細粉原位生成鎂鐵尖晶石和鎂橄欖石，最終所得到的材料內部結構是形成鎂鐵尖晶石和鎂橄欖石基質與電熔鎂砂顆粒的結合結構。
[0009]其中電熔鎂砂純度2 95%，級配分別有:5-2 3mm，3-2 1mm、1_>0.088mm和<0.088mm，分別對應其質量分數:10-20 %、20-40 %、20-40 % 和 10-30 %。
[0010]鐵硅合金以< 0.088mm的細粉存在于基質中。
[0011]結合劑是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉中的一種或兩種。
[0012]本發明的基本構思是以電熔鎂砂為顆粒，添加硅鐵合金細粉為原料，加入三聚磷酸鈉或者六偏磷酸鈉為結合劑，壓制之后低溫處理。本發明突破了氧化鎂復合耐火材料的種種局限，不需要燒結熱處理并且原料便宜易得，工藝簡單更易于實現工業制備添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。
[0013]本發明采用電熔鎂砂顆粒，硅鐵合金細粉作為原料，加入結合劑經混煉后壓制成型，低溫處理后制備出添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。本發明所采用的原料簡單廉價易得，制備方法無需高溫燒結，生產工藝簡單，易于工業生產，極大的節約能源和生產成本。
【具體實施方式】
[0014]1選取純度2 95 %的電熔鎂砂，分別選取顆粒級配為:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,對應其質量分數:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0015]2按質量分數取80-97 %的電熔鎂砂顆粒，相應3_20 %的硅鐵合金細粉作為原料，采用3-5 %的三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為結合劑，將原料混合后進行混煉，并在20-60MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入烘干窯中，在150-350°C進行8-16h后自然冷卻即可獲得添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。
[0016]實例1
[0017]1選取純度2 95 %的電熔鎂砂，分別選取顆粒級配為:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,對應其質量分數:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0018]2按質量分數取90%的電熔鎂砂顆粒，相應10%的硅鐵合金細粉作為原料，采用4%的三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為結合劑，將原料混合后進行混煉，并在40MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入烘干窯中，在300°C進行12h后自然冷卻即可獲得添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。
[0019]實例2
[0020]1選取純度2 95 %的電熔鎂砂，分別選取顆粒級配為:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和
<0.088mm,對應其質量分數:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0021]2按質量分數取85%的電熔鎂砂顆粒，相應15%的硅鐵合金細粉作為原料，采用5%的三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為結合劑，將原料混合后進行混煉，并在30MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入烘干窯中，在300°C進行12h后自然冷卻即可獲得添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。
[0022]實例3:
[0023]1選取純度2 95%的電熔鎂砂，分別選取顆粒級配為:5-3mm，3-lmm、1-0.088mm和< 0.088mm,對應其質量分數:10-20%、20-40%、20-40%和 10-30%。
[0024]2按質量分數取80%的電熔鎂砂顆粒，相應20%的硅鐵合金細粉作為原料，采用5%的三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為結合劑，將原料混合后進行混煉，并在50MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣放入烘干窯中，在300°C進行12h后自然冷卻即可獲得添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。
【主權項】
1.一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法，其特征在于:所述的材料采用電熔鎂砂顆粒、硅鐵合金細粉作為原料加入結合劑低溫處理而成;具體制備方法是取質量分數80-97%電熔鎂砂顆粒，3-20%的硅鐵合金細粉作為原料，外加原料總量的3-5 %的結合劑，將原料混合后進行混煉，并在20-60MPa下壓制成型；將壓制成型后的試樣于150-350°C低溫處理8-16小時；在高溫工業使用過程中，硅鐵合金細粉和電熔鎂砂細粉原位生成鎂鐵尖晶石和鎂橄欖石，最終所得到的材料內部結構是形成鎂鐵尖晶石和鎂橄欖石基質與電熔鎂砂顆粒的結合結構。2.根據權利要求1所述的一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法，其特征在于:電恪儀砂純度> 95%，級配分別有:5- > 3mm，3_ > 1mm、1_>0.088mm和< 0.088mm，分別對應其質量分數:10-20%、20-40 %、20-40% 和 10-30 %。3.根據權利要求1所述的一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法，其特征在于:鐵娃合金以< 0.088mm的細粉存在于基質中。4.根據權利要求1所述的一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料制備方法，其特征在于:結合劑是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉中的一種或兩種。
【專利摘要】本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及鋼鐵、有色金屬冶煉和水泥窯回轉窯的高溫過渡帶和燒成帶用耐火材料的制備方法。本發明將采用80-97％的電熔鎂砂顆粒，相應3-20％的硅鐵合金細粉作為原料，采用3-5％的三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉作為結合劑，將原料混合后進行混煉，并在20-60MPa下壓制成型。將壓制成型后的試樣在150-350℃下處理8-16h后自然冷卻即可獲得一種添加硅鐵合金的方鎂石質耐火材料。該方法操作工藝簡單，無需復雜的設備，且成本低廉，原料易得，生產過程對環境污染小，易于工業化推廣。
【IPC分類】C04B35/66
【公開號】CN105461335
【申請號】CN201610009239
【發明人】李勇, 馬佳佳, 薛文東, 陳俊紅
【申請人】北京科技大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月7日