-c復(fù)相耐火材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種制備蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的方法，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]含碳耐火材料是耐火材料體系中的重要部分，它是適應(yīng)鋼鐵冶金新技術(shù)新工藝發(fā)展起來的高性能耐火材料，具有熱導(dǎo)率高、熱膨脹低、抗熱震穩(wěn)定性及抗渣侵蝕性能好等優(yōu)異的性能，能夠大幅度地提高耐火材料的使用壽命、提高鋼的質(zhì)量和降低冶金耐火材料的單耗，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其體系主要包括Si3N4-SiC-C、Sialon-SiC-C,MgO-C,Al2O3-MgO-C等含碳耐火材料。其中，結(jié)合劑是含碳氧化物-非氧化物耐火材料生產(chǎn)的核心問題，是提供含碳氧化物-非氧化物耐火材料常溫和中高溫強(qiáng)度的重要保障。結(jié)合劑質(zhì)量的好壞，在很大程度上影響著這些高性能耐火材料的生產(chǎn)和質(zhì)量。它對坯料的混煉、成型性能，以及制品的顯微結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生非常大的影響。
[0003]現(xiàn)階段含碳耐火材料的結(jié)合劑主要是以瀝青和酚醛樹脂為主。過去生產(chǎn)碳結(jié)合的耐火材料最常用的結(jié)合劑是煤焦油瀝青。煤焦油瀝青的主要的致命缺點(diǎn)就是含有致癌的芳香烴，尤其是苯并芘。研宄表明，煤焦油瀝青含(10000?13000) X 10_6苯并芘，對身體健康和環(huán)境帶來了較大的危害，其使用已經(jīng)受到了很大的限制。而石油瀝青使用時需要加熱成型，雖然它的苯并芘含量只有焦油瀝青的1/15，但是它的殘?zhí)悸时容^低。近年來，酚醛樹脂由于其粘結(jié)性好，殘?zhí)悸矢?，在常溫下能混合成型，與石墨有良好的潤濕性，成型的坯體強(qiáng)度較高，被廣泛使用作為高性能含碳耐火材料的結(jié)合劑。然而酚醛樹脂是由苯酚和甲醛反應(yīng)制得，在作為含碳耐火材料結(jié)合劑使用的時候，在研發(fā)、生產(chǎn)和使用的過程中都會放出一定量的甲醛和酚類化合物等有害氣體，其中，酚醛樹脂中含有游離酚5?6%，游離醛1.2?1.5%。長期接觸這些有害氣體會使人誘發(fā)鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮膚和消化道等一系列癌癥。因此，我們急需要尋找新型環(huán)保結(jié)合劑來替代酚醛樹脂和煤焦油瀝青。鑒于酚醛樹脂和煤焦油瀝青對人體健康和環(huán)境帶來的嚴(yán)重危害，本發(fā)明人提出以蔗糖作為結(jié)合劑制備含碳耐火材料。該含碳耐火材料具有原料來源廣、生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保、性能好、制備工藝操作簡單的特點(diǎn)，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是針對含碳耐火材料用酚醛樹脂和煤焦油瀝青作為結(jié)合劑存在環(huán)境污染和損害人體健康的突出問題，提出一種新型環(huán)保的糖類作為含碳耐火材料的結(jié)合劑。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:選取不同粒徑的SiC和Si3N4作為骨料。將適量蔗糖倒入酒精中，并用玻璃棒攪拌至無明顯顆粒，然后將上述透明液體倒入適量的酚醛樹脂液中，用玻璃棒攪拌至成為均一不分層的乳濁液，以作混合結(jié)合劑使用；為保證混料均勻，采用水泥攪拌機(jī)混料，先將粗顆粒和中細(xì)顆粒的SiC和Si3N4倒入攪拌池內(nèi)，開動攪拌機(jī)，至不同粒徑的SiC和Si3N4混合均勻；將配制好的結(jié)合劑溶液倒入混合均勻的顆粒物料內(nèi)，再次開動攪拌機(jī)攪拌0.5h至結(jié)合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入各種細(xì)粉，并攪拌0.5h至細(xì)粉與顆粒料、結(jié)合劑混合均勻。將攪拌混合均勻的物料倒入托盤內(nèi)，置于室溫下自然干燥6h，然后放入烘箱內(nèi)65°C烘干lh。物料成型，將成型的試樣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，分別在1000°C、1100°C、1200°C條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚韑h，即可得到SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料。
[0006]所述的不同粒徑的SiC，粒徑范圍包括0-0.044mm, 0.1-0.5mm，0.5-lmm,純度95% -97%。
[0007]所述的不同粒徑的Si3N4,粒徑范圍包括0-0.068mm, 0.1-0.5mm, 0.5-lmm,純度90% -95%。
[0008]所述的蔗糖為分析純。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，所制備出的耐火材料具有低成本、高性能、低污染等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖1為蔗糖添加量和熱處理溫度對抗折強(qiáng)度的影響(蔗糖在結(jié)合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
Wt% ) O
[0012]圖2為蔗糖添加量和熱處理溫對抗壓強(qiáng)度的影響(蔗糖在結(jié)合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
Wt% ) O
[0013]圖3為蔗糖添加量和熱處理溫體積密度的影響(蔗糖在結(jié)合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
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[0014]結(jié)合劑全部為蔗糖、熱處理溫度為1100°C時，復(fù)相耐火材料的性能最好，其抗折強(qiáng)度為17.lOMPa，抗壓強(qiáng)度為79.65MPa，體積密度為2.23g/cm3。
【具體實(shí)施方式】
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[0015]下面以具體實(shí)施實(shí)例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，但并非僅僅局限于下述實(shí)施案例。
[0016]實(shí)施例1
[0017]先將粗顆粒和中細(xì)顆粒的SiC(0.5-lmm:22.5wt %,0.1-0.5mm: 12.5wt % )、Si3N4(0.5-lmm:22.5wt%,0.1-0.5mm:12.5wt% )倒入攪拌池內(nèi)，開動攪拌機(jī)，至不同粒徑的SiC和Si3N4混合均勻；將配制好的結(jié)合劑溶液(外加1wt %，全部為酚醛樹脂)倒入混合均勻的顆粒物料內(nèi)，再次開動攪拌機(jī)攪拌0.5h至結(jié)合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入SiC 細(xì)粉(0-0.044mm:15wt % )和 Si3N4細(xì)粉(0-0.068mm:15wt % )，并攪拌 0.5h 至細(xì)粉與顆粒料、結(jié)合劑混合均勻。物料成型，將成型的試樣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，分別在1000°C、1100°C、1200°C條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚韑h。
[0018]熱處理溫度為1000 °C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為9.86MPa，抗壓強(qiáng)度為46.87MPa，體積密度為3.27g/cm3。熱處理溫度為1100°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為5.97MPa，抗壓強(qiáng)度為55.38MPa，體積密度為2.77g/cm3。熱處理溫度為1200°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為9.06MPa，抗壓強(qiáng)度為35.37MPa，體積密度為1.97g/cm3。
[0019]實(shí)施例2
[0020]先將粗顆粒和中細(xì)顆粒的SiC(0.5-lmm:22.5wt %,0.1-0.5mm: 12.5wt % )、Si3N4 (0.5-lmm:22.5wt %，0.1-0.5mm:12.5wt % )倒入攪拌池內(nèi)，開動攪拌機(jī)，至不同粒徑的SiC和Si3N4混合均勻；將配制好的結(jié)合劑溶液(外加1wt %，酚醛樹脂與蔗糖混合結(jié)合劑，其中蔗糖占結(jié)合劑40wt% )倒入混合均勻的顆粒物料內(nèi)，再次開動攪拌機(jī)攪拌0.5h至結(jié)合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入SiC細(xì)粉(0-0.044mm: 15wt% )和Si3N4細(xì)粉(0-0.068mm: 15wt% )，并攪拌0.5h至細(xì)粉與顆粒料、結(jié)合劑混合均勻。物料成型，將成型的試樣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，分別在1000°C、1100°C、1200°C條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚韑h。
[0021]熱處理溫度為1000 °C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為11.91MPa，抗壓強(qiáng)度為50.98MPa，體積密度為2.76g/cm3。熱處理溫度為1100°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為10.87MPa，抗壓強(qiáng)度為41.12MPa，體積密度為2.51g/cm3。熱處理溫度為1200°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為8.1MPa，抗壓強(qiáng)度為38.41MPa，體積密度為2.87g/cm3。
[0022]實(shí)施例3
[0023]先將粗顆粒和中細(xì)顆粒的SiC(0.5-lmm:22.5wt %,0.1-0.5mm: 12.5wt % )、Si3N4(0.5-lmm:22.5wt%,0.1-0.5mm:12.5wt% )倒入攪拌池內(nèi)，開動攪拌機(jī)，至不同粒徑的SiC和Si3N4混合均勻；將配制好的結(jié)合劑溶液(外加1wt %，全部為蔗糖)倒入混合均勻的顆粒物料內(nèi)，再次開動攪拌機(jī)攪拌0.5h至結(jié)合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入SiC細(xì)粉(0-0.044mm:15wt% )和 Si3N4細(xì)粉(0-0.068mm:15wt% )，并攪拌 0.5h 至細(xì)粉與顆粒料、結(jié)合劑混合均勻。物料成型，將成型的試樣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，分別在1000°CUlOO0C、1200°C條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚韑h。
[0024]熱處理溫度為1000 °C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為14.51MPa，抗壓強(qiáng)度為55.38MPa，體積密度為2.79g/cm3。熱處理溫度為1100°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為17.lOMPa，抗壓強(qiáng)度為79.65MPa，體積密度為2.23g/cm3。熱處理溫度為1200°C時，復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為18.52MPa，抗壓強(qiáng)度為63.25MPa，體積密度為2.62g/cm3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備鹿糖_酸酸樹脂結(jié)合SiC-Si 3N4_C復(fù)相耐火材料的方法，其特征是:選取不同粒徑的SiC和Si3N4作為骨料。將適量蔗糖倒入酒精中，并用玻璃棒攪拌至無明顯顆粒，然后將上述透明液體倒入適量的酚醛樹脂液中，用玻璃棒攪拌至成為均一不分層的乳濁液，以作混合結(jié)合劑使用；為保證混料均勻，采用水泥攪拌機(jī)混料，先將粗顆粒和中細(xì)顆粒的SiC和Si3N4倒入攪拌池內(nèi)，開動攪拌機(jī)，至不同粒徑的SiC和Si 3N4混合均勻；將配制好的結(jié)合劑溶液倒入混合均勻的顆粒物料內(nèi)，再次開動攪拌機(jī)攪拌0.5h至結(jié)合劑完全包裹住顆粒；此時再倒入各種細(xì)粉，并攪拌0.5h至細(xì)粉與顆粒料、結(jié)合劑混合均勻。將攪拌混合均勻的物料倒入托盤內(nèi)，置于室溫下自然干燥6h，然后放入烘箱內(nèi)65°C烘干lh。物料成型，將成型的試樣在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，分別在1000°C、1100 °C、1200 °C條件下進(jìn)行高溫?zé)崽幚韑h，即可得到SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的制備方法，其特征在于所述的不同粒徑的SiC，粒徑范圍包括:0-0.044mm, 0.1-0.5mm, 0.5_lmm，其純度為95% -97%。
3.按照權(quán)利要求1所述的蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的制備方法，其特征在于所述的不同粒徑的Si3N4，粒徑范圍包括:0-0.068mm, 0.1-0.5mm, 0.5_lmm，其純度為 90% -95%。
4.按照權(quán)利要求1所述的蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的制備方法，其特征在于所述的蔗糖為結(jié)合劑，分析純。
5.按照權(quán)利要求1所述的蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的制備方法，其特征在于所述的酚醛樹脂為結(jié)合劑。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備蔗糖-酚醛樹脂結(jié)合SiC-Si3N4-C復(fù)相耐火材料的方法，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以SiC、Si3N4為骨料，蔗糖、酚醛樹脂為結(jié)合劑。當(dāng)結(jié)合劑全部為酚醛樹脂時，在經(jīng)過1100℃熱處理后復(fù)相耐火材料的抗折強(qiáng)度為5.97MPa，抗壓強(qiáng)度為55.38MPa，體積密度為2.77g/cm3；當(dāng)結(jié)合劑全部為蔗糖時，復(fù)相耐火材料的性能最好，在經(jīng)過1100℃熱處理后其抗折強(qiáng)度為17.10MPa，抗壓強(qiáng)度為79.65MPa，體積密度為2.23g/cm3。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用蔗糖替代或部分替代酚醛樹脂作為結(jié)合劑具有原料來源廣、生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保、性能好、制備工藝操作簡單的特點(diǎn)，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
【IPC分類】C04B35-66
【公開號】CN104803690
【申請?zhí)枴緾N201410821894
【發(fā)明人】尹兆鈺, 黃朝暉, 吳小文, 張之介, 房明浩, 劉艷改
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年12月25日