CN101830713A - 一种坚甲可塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坚甲可塑料及其制备方法，该坚甲可塑料包括80～90％碳化硅和莫来石的混合物、2～12％小于2200目的含硅质微粉，8～18％低温烧结剂，混合物中碳化硅为5～15％、莫来石为85～95％。它的制备方法是采用莫来石碳化硅作为基质材料，用磷酸和磷酸铝作为结合剂，然后依次进行一次混炼、捆料、二次混炼、挤料、切坯、包装即成。本发明的优点是坚甲可塑料具有良好的耐磨性，常温耐压强度和致密性好并能有效提高耐材的使用寿命和可靠性，从而能减少耐材消耗和停炉次数，尤其适用于干熄焦炉工况条件下使用，能提高经济效益和节约资源；本发明所述制备方法不仅工艺简单易操作，而且能提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐火材料及其制备方法，具体说是一种坚甲可塑料及其制备方法。
背景技术
干熄焦炉在生产过程中，焦炭由上而下的重力与耐材工作面的接触，产生摩擦，对工作面而言，这种摩擦就是长期存在的机械磨损，随着日复一日的磨损，工作面开始出现粗糙和逐渐剥落的耐材颗粒，表面结构疏松，加之，冷惰性气体氮气夹杂着炭粉随着气流不断地对已然疏松的工作面撞击冲刷，在这种工况条件下，耐材的耐磨性受到了空前的考验，随着时间的推移，内衬工作面一点点被剥蚀。
由于砌筑时灰缝砌筑泥浆，没有像碳莫砖一样经受过烧成工序，与砖相比强度和致密性都较差，再者，干后灰缝体积收缩，出现缝隙。无孔不入的气流夹带炭粉填入缝隙中，受热后膨胀，将缝隙逐渐扩大，导致墙体结构受到破坏，硅莫砖也逐渐因受力情况的改变而逐渐裂开，严重情况可能整块砖开成几块，几经磨难，整个墙体的承受能力越来越差，直至功能丧失。如果不及时采用措施修补，有垮塌的危险。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了提供一种耐磨性好、常温耐压强度和致密性好并能有效提高耐材的使用寿命和可靠性的坚甲可塑料。
本发明的另一目的是为了提供一种工艺简单、能提高产品质量的坚甲可塑料的制备方法。
技术方案：为了解决上述第一个目的，本发明所采用的技术方案是：一种坚甲可塑料，包括碳化硅和莫来石的混合物80～90％、小于2200目的含硅质微粉2～12％，低温烧结剂8～18％，所述混合物中碳化硅为5～15％、莫来石为85～95％；以上百分数均为质量百分数。
本发明中加入SiC的目的，是由于炉内存在氮气氛围，这种冷惰性气体与SiC会直接发生反应，生成氮化硅，氮化硅是一种具有较高耐磨性能的材质，可以对炉衬本身起到较强的保护作用，从而增强砌体的耐磨性。
所述低温烧结剂包括宜兴泥。
所述宜兴泥是经过1100℃煅烧后得到的制品，宜兴泥中三氧化二铝的质量百分数为35～40％。
所述坚甲可塑料的临界粒径为10～20mm。
所述含硅质微粉的纯度为99.99％。
为了解决上述第二个目的，所述的坚甲可塑料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1)配料：按照上述各组分的质量百分数进行配料：在由莫来石与碳化硅组成的混合物中加入小于2200目的含硅质微粉，用磷酸和磷酸铝作为结合剂，用宜兴泥作为低温烧结剂；将所述混合物制成骨料和粉料，骨料的质量含量为60～70％、粉料的质量含量为30～40％；
2)一次混炼：先用磷酸与骨料、粉料、低温烧结剂混炼，然后困料1-3天，其中磷酸的用量是骨料和粉料总重量的5～10％；
3)二次混炼：掺加外加剂、磷酸铝，混炼均匀，其中磷酸铝的用量为骨料和粉料总重量的8～12％；
4)挤料；
5)切坯：
6)包装：将步骤5)所得坯料单独用塑料纸密封、编织袋外包装即得所述坚甲可塑料。
为了使混合均匀、能提高产品质量，加料顺序为先加骨料，后加结合剂，当颗粒全部湿润后，再加粉料，低温烧结剂和外加剂，并添加磷酸铝，湿混10-15min。
在步骤3)中，所述的外加剂为速凝剂、减水剂中的一种或两种；速凝剂、减水剂的加入主要取决于温度、湿度、风速等气象条件及现场的施工条件。
所述磷酸的浓度为50％以上。
本发明中由于碳化硅、莫来石中含有铁，所以采用该方法中的一次混炼工序，目的是为了除掉碳化硅和莫来石中的铁质，原理是基质材料中加入了磷酸，磷酸与铁能反应生成磷酸铁与氢气，该材料中氢气必须在材料成型前完全释放(简称为“曝气”)，避免砌体产生气孔和疏松，从而提高产品的性能。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：坚甲可塑料具有良好的耐磨性，常温耐压强度和致密性好并能有效提高耐材的使用寿命和可靠性，从而能减少耐材消耗和停炉次数，尤其适用于干熄焦炉工况条件下使用，能提高经济效益和节约资源；本发明坚甲可塑料的制备方法，不仅工艺简单易操作，而且能提高产品质量。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：本发明一种坚甲可塑料，包括80％碳化硅和莫来石的混合物，低温烧结剂为18％，在混合物中碳化硅为5％、莫来石为95％，小于2200目的含硅质微粉为2％，以上百分数均为质量百分数。低温烧结剂采用经过1100℃煅烧后得到的宜兴泥，宜兴泥中三氧化二铝的质量百分数为35～40％；含硅质微粉的纯度为99.99％。
所述坚甲可塑料的临界粒径为10～20mm。临界粒径的大小随着施工过程中需要砌筑的坚甲可塑料砌体厚度来确定。
本发明中坚甲可塑料具有以下特性：
a、耐压强度：
耐压强度是材料试样在受到压力负荷的作用而破坏中的极限应力。强度大小取决于结合剂及其外加剂的种类和用量，也受到原材料纯度、配合比、拌和用液体数量、施工方法和养护制度等因素的影响。在试验过程中我们考核了850℃×3h时的耐压强度为72Mpa，这是材料烧结后的指标。由于可塑料在常温时的强度很小，我们在施工时除采用磷酸为结合剂外，还添加了早强剂、固化剂等外加剂作为提高耐材另时强度的手段(即常温耐压强度)，以便能确保连续施工和工期。但这个强度(类似烧结强度)是暂时的，是靠化学方法获得的，到材料烧结前这个强度起着非常重要的作用。
b、抗热震性
抗热震性又称急冷急热性、温度急变抵抗性和热稳定性。材料在使用过程中，温度的升、降不可避免，使之产生膨胀和收缩。产生热应力。当热应力超过自身结构强度时，就发生了开裂和剥落，甚至使衬体崩溃。这一使用性能是衡量材料质量的关键指标，也是设计的选材和使用操作的依据之一。
抗热震性与材料的化学矿物组成、微观结构、物料颗粒及配制工艺、热膨胀和热导率等性能有着密切关系，与材料的结构强度也有密切关系。一般来说，材料的热膨胀率大，抗热震性差，热导率越高，抗热震性越好。在设计选材的过程中，掺加碳化硅(SiC)就是我们对这一指标作出重要考虑的原因。SiC的热导率相对较高，是高导热材料的首选材料，另外用磷酸做结合剂也是出于同样的考虑。资料和研究显示，磷酸结合的材料抗热震性能可提高3-5倍，坚甲可塑料充分考虑了这一使用性能的重要性。
c、耐磨性
耐磨性是抵抗摩擦蚀损的能力，可预测坚甲可塑料在磨损和冲刷环境中的适用性。我们在试验过程中，对多组试块进行检测，被测试块均达到6cc，这一指标反应，坚甲可塑料的耐磨性已经达到使用要求。
实施例2：本发明一种坚甲可塑料，包括90％碳化硅和莫来石的混合物、低温烧结剂为8％、小于2200目的含硅质微粉为12％，在混合物中碳化硅为15％、莫来石为85％，以上百分数均为质量百分数。低温烧结剂采用经过1100℃煅烧后得到的宜兴泥，宜兴泥中三氧化二铝的质量百分数为35～40％；含硅质微粉的纯度为99.99％。
本发明中加入SiC的目的，是由于炉内存在氮气氛围，这种冷惰性气体与SiC会直接发生反应，生成氮化硅，氮化硅是一种具有较高耐磨性能的材质，可以对炉衬本身起到较强的保护作用，从而增强砌体的耐磨性。
实施例3：本发明一种坚甲可塑料，包括85％碳化硅和莫来石的混合物、低温烧结剂为13％、小于2200目的含硅质微粉为8％，在混合物中碳化硅为10％、莫来石为90％，以上百分数均为质量百分数。低温烧结剂采用经过1100℃煅烧后得到的宜兴泥，宜兴泥中三氧化二铝的质量百分数为35～40％；含硅质微粉的纯度为99.99％。
实施例4：本发明所述的坚甲可塑料的制备方法，该方法包括如下步骤：
1)配料：采用莫来石、碳化硅、小于2200目的纯度为99.99％的含硅质微粉作为基质材料，在由莫来石与碳化硅组成的混合物中加入小于2200目的含硅质微粉，用磷酸和磷酸铝作为结合剂，用宜兴泥作为低温烧结剂；将所述混合物制成骨料和粉料，骨料的质量含量为70％、粉料的质量含量为30％；
2)一次混炼：先用质量浓度为50％的磷酸与骨料、粉料、宜兴泥混炼，然后捆料1-3天，其中磷酸的用量是骨料和粉料总重量的8％；由于莫来石中含有铁，所以采用该工序能除铁；
3)二次混炼：掺加外加剂、磷酸铝，混炼均匀，其中磷酸铝的用量为骨料和粉料总重量的10％；外加剂为速凝剂、减水剂中的一种或两种；速凝剂、减水剂的加入主要取决于温度、湿度、风速等气象条件及现场的施工条件。
4)挤料；
5)切坯：
6)包装：将切坯后所得坯料单独用塑料纸密封、编织袋外包装即得所述坚甲可塑料。
在本方法中，加料顺序为先加骨料，后加结合剂，当颗粒全部湿润后，再加粉料，低温烧结剂和外加剂，并添加磷酸铝，湿混10-15min。
实施例5：与实施例4基本相同，所不同的是骨料的质量含量为60％、粉料的质量含量为为40％；磷酸的用量是骨料和粉料总重量的5％；磷酸铝的用量为骨料和粉料总重量的8％。
实施例6：与实施例4基本相同，所不同的是骨料的质量含量为65％、粉料的质量含量为35％；磷酸的用量是骨料和粉料总重量的10％，困料2天；磷酸铝的用量为骨料和粉料总重量的12％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种坚甲可塑料，其特征在于包括碳化硅和莫来石的混合物80～90％、小于2200目的含硅质微粉2～12％，低温烧结剂8～18％，所述混合物中碳化硅为5～15％、莫来石为85～95％；以上百分数均为质量百分数。
2.根据权利要求1所述的坚甲可塑料，其特征在于：所述低温烧结剂包括宜兴泥。
3.根据权利要求2所述的坚甲可塑料，其特征在于：所述宜兴泥是经过1100℃煅烧后得到的制品，宜兴泥中三氧化二铝的质量百分数为35～40％。
4.根据权利要求1所述的坚甲可塑料，其特征在于：所述坚甲可塑料的临界粒径为10～20mm。
5.根据权利要求1所述的坚甲可塑料，其特征在于：所述含硅质微粉的纯度为99.99％。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的坚甲可塑料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)按照上述各组分的质量百分数进行配料：在由莫来石与碳化硅组成的混合物中加入小于2200目的含硅质微粉，用磷酸和磷酸铝作为结合剂，用宜兴泥作为低温烧结剂；将所述混合物制成骨料和粉料，骨料的质量含量为60～70％、粉料的质量含量为30～40％；
2)一次混炼：先用磷酸与骨料、粉料、低温烧结剂混炼，然后困料1-3天，其中磷酸的用量是骨料和粉料总重量的5～10％；
3)二次混炼：掺加外加剂、磷酸铝，混炼均匀，其中磷酸铝的用量为骨料和粉料总重量的8～12％；
4)挤料；
5)切坯；
6)包装：将步骤5)所得坯料单独用塑料纸密封、编织袋外包装即得所述坚甲可塑料。
7.根据权利要求6所述的坚甲可塑料的制备方法，其特征在于：加料顺序为先加骨料，后加结合剂，当颗粒全部湿润后，再加粉料，低温烧结剂和外加剂，并添加磷酸铝，湿混10-15min。
8.根据权利要求6所述的坚甲可塑料的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的外加剂为速凝剂、减水剂中的一种或两种。
9.根据权利要求6所述的坚甲可塑料的制备方法，其特征在于：所述磷酸的浓度为50％以上。
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