本發(fā)明涉及一種耐火材料的制備方法，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
耐火材料是為現(xiàn)代高溫工業(yè)服務的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料。耐火材料對于冶金、能源、
建材、化工和機械制造等國家基礎(chǔ)工業(yè)安全和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。近30年來，我國具有代表性的基礎(chǔ)工業(yè)如鋼鐵、鋁工業(yè)、建材、火力發(fā)電等行業(yè)的總產(chǎn)量己居世界第一位或前列。耐高溫材料與高溫工業(yè)的科學研究和尖端技術(shù)進步緊密相關(guān)，它們既相互依存，又互為促進。耐火材料是高溫領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，耐火材料被廣泛應用于有色金屬冶煉、石油化工、煤化工、玻璃熔煉等諸多領(lǐng)域。
耐火材料，均采用高品質(zhì)無機材料經(jīng)破碎成顆粒狀或粉狀后，在一定的配比下經(jīng)壓制成型或澆注成型后燒結(jié)而成，這些高品質(zhì)材料的原料均為人工提純或合成的原材料，如高純鎂砂、鎂鉻砂、剛玉砂、鋯剛玉砂、莫來石等，絕大部分需經(jīng)高溫煅燒或熔融處理后制作而成。該造方法由于工藝流程較長，生產(chǎn)成本相對較高；且因原材料經(jīng)破碎后再重新配合制造成型，成品耐火材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)為顆粒狀與粉狀的結(jié)合體，整體結(jié)構(gòu)不夠密實，影響材料的密度、氣孔率、高溫強度、蝕損指數(shù)等物理性能，更使材料的細粉基質(zhì)在使用過程中成為易受侵蝕的薄弱組織環(huán)節(jié)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對傳統(tǒng)的耐火材料整體結(jié)構(gòu)不密實，影響材料的密度、氣孔率等物理性能，使得耐火材料易受侵蝕的問題，本發(fā)明首先以菱鐵礦為原料，對其進行處理，去除雜質(zhì)，收集得到干燥物，將其與煙煤混合球磨并熔煉，得到熔渣，接著將其與鋁粉混合，在點燃的鎂條提供的高溫條件下進行反應并過篩后，在一氧化碳和甲烷的氣氛中，進行高溫加熱并碾磨得到耐火基料，最后將其與水、莫來石等物質(zhì)進行混合壓制后，依次經(jīng)干燥和煅燒，即可得到耐火材料。本發(fā)明通過對菱鐵礦除雜后，與煙煤混合熔煉鐵的同時，將菱鐵礦中的鈣與碳進行反應形成碳化鈣，使用氧氣對鐵水表面進行氧化，使氧化鐵包裹碳化鈣，再將得到的熔渣與鋁粉混合，在鎂條燃燒放出大量熱的環(huán)境中，鋁粉形成氧化鋁，并與氧化鎂、熔渣熔融結(jié)合，提高結(jié)構(gòu)的密實度，再將混合物在一氧化碳和和甲烷的氛圍中，高溫條件下將混合物中內(nèi)部氧化鐵還原得碳化鐵，提高內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)合，進而提高耐火度，最后使用木質(zhì)素磺酸鈣作為結(jié)合劑，與其他輔料混合，從而獲得耐火材料，本發(fā)明制備的耐火材料結(jié)構(gòu)密實，在使用過程中不易受到侵蝕，延長了其使用壽命。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
（1）取菱鐵礦放入粉碎機中粉碎，過300目篩，收集過篩顆粒A，按質(zhì)量比1:3，將過篩顆粒與質(zhì)量分數(shù)為5％氫氧化鈉溶液放入攪拌機中，以200r/min攪拌30～40min，再靜置20～30min，去除漂浮于液體表面的雜質(zhì)后，進行過濾，將濾渣置于100℃烘箱中干燥3～5h，收集干燥物；
（2）按質(zhì)量比3:1～5:1，將上述干燥物與煙煤放入球磨機中，按球料比15:1，加入直徑為50mm鋼球，以300r/min球磨2～3h，再將球磨混合物放入熔煉爐中，設定溫度為1540～1550℃，熔煉1～2h后，以10mL/min向熔煉爐中通入氧氣，通氧時間為2～3min，收集熔渣；
（3）將上述收集的熔渣與其質(zhì)量40～50％的鋁粉混合均勻，放入高溫爐中，使用氧氣進行保護，取鋁粉質(zhì)量20～30％的鎂條，點燃后放入高溫爐中，待鎂條完全燃燒后，靜置10～15min后，收集高溫爐中的混合物，并將混合物放入粉碎機中粉碎，過200目篩，收集過篩顆粒B；
（4）將上述過篩顆粒B放入反應釜中，使用混合氣將反應釜中的空氣排出，升溫至500～700℃，以200r/min攪拌2～4h，隨后自然冷卻至室溫，出料收集出料物，并將出料物放入碾磨機中，以400r/min碾磨20～30min，收集碾磨物，得耐火材料基料；所述混合氣為一氧化碳和甲烷按摩爾比1:1混合而成；
（5）按重量份數(shù)計，取50～60份上述耐火材料基料、10～12份水、5～7份莫來石及2～4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入混合機中混合均勻，得混合料，再將混合料放入模具中，并將模具置于擠壓機中壓制成型，得毛胚，再將毛胚在120～130℃干燥箱中干燥6～8h，隨后將干燥后的毛胚放入煅燒爐中，使用氮氣保護，設定溫度為1260～1310℃，保溫燒結(jié)3～5h后，隨爐冷卻至室溫，收集煅燒物，即可得到耐火材料。
本發(fā)明制備的耐火材料耐火度達到1950℃以上，顯氣孔率為12～16％，侵蝕分形維數(shù)為1.0143～1.0329，1000℃下沖蝕磨損率低于35.72mm3·g-1，抗折強度達到20.42MPa以上，抗壓強度達到135.85MPa以上，1100℃下進行水冷熱震實驗次數(shù)35～40次未出現(xiàn)開裂，具有優(yōu)異的抗熱震性。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的耐火材料整體結(jié)構(gòu)密實，具有較強的抗侵蝕能力，侵蝕分形維數(shù)為1.0143～1.032，且其耐火溫度達到1950℃以上；
（2）本發(fā)明制備的耐火材料抗折強度達到20.42MPa以上，抗壓強度達到135.85MPa以上，延長了其使用壽命；
（3）本發(fā)明制備的耐火材料原材料獲取簡單，制備步驟簡易，成本低，可廣泛應用于熔融還原爐等熔融金屬容器的內(nèi)襯，耐火模具，鋼水澆注等領(lǐng)域。
具體實施方式
首先取菱鐵礦放入粉碎機中粉碎，過300目篩，收集過篩顆粒A，按質(zhì)量比1:3，將過篩顆粒與質(zhì)量分數(shù)為5％氫氧化鈉溶液放入攪拌機中，以200r/min攪拌30～40min，再靜置20～30min，去除漂浮于液體表面的雜質(zhì)后，進行過濾，將濾渣置于100℃烘箱中干燥3～5h，收集干燥物；按質(zhì)量比3:1～5:1，將上述干燥物與煙煤放入球磨機中，按球料比15:1，加入直徑為50mm鋼球，以300r/min球磨2～3h，再將球磨混合物放入熔煉爐中，設定溫度為1540～1550℃，熔煉1～2h后，以10mL/min向熔煉爐中通入氧氣，通氧時間為2～3min，收集熔渣；將上述收集的熔渣與其質(zhì)量40～50％的鋁粉混合均勻，放入高溫爐中，使用氧氣進行保護，取鋁粉質(zhì)量20～30％的鎂條，點燃后放入高溫爐中，待鎂條完全燃燒后，靜置10～15min后，收集高溫爐中的混合物，并將混合物放入粉碎機中粉碎，過200目篩，收集過篩顆粒B；將上述過篩顆粒B放入反應釜中，使用混合氣將反應釜中的空氣排出，升溫至500～700℃，以200r/min攪拌2～4h，隨后自然冷卻至室溫，出料收集出料物，并將出料物放入碾磨機中，以400r/min碾磨20～30min，收集碾磨物，得耐火材料基料；所述混合氣為一氧化碳和甲烷按摩爾比1:1混合而成；最后按重量份數(shù)計，取50～60份上述耐火材料基料、10～12份水、5～7份莫來石及2～4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入混合機中混合均勻，得混合料，再將混合料放入模具中，并將模具置于擠壓機中壓制成型，得毛胚，再將毛胚在120～130℃干燥箱中干燥6～8h，隨后將干燥后的毛胚放入煅燒爐中，使用氮氣保護，設定溫度為1260～1310℃，保溫燒結(jié)3～5h后，隨爐冷卻至室溫，收集煅燒物，即可得到耐火材料。
實例1
首先取菱鐵礦放入粉碎機中粉碎，過300目篩，收集過篩顆粒A，按質(zhì)量比1:3，將過篩顆粒與質(zhì)量分數(shù)為5％氫氧化鈉溶液放入攪拌機中，以200r/min攪拌40min，再靜置30min，去除漂浮于液體表面的雜質(zhì)后，進行過濾，將濾渣置于100℃烘箱中干燥5h，收集干燥物；按質(zhì)量比5:1，將上述干燥物與煙煤放入球磨機中，按球料比15:1，加入直徑為50mm鋼球，以300r/min球磨3h，再將球磨混合物放入熔煉爐中，設定溫度為1550℃，熔煉2h后，以10mL/min向熔煉爐中通入氧氣，通氧時間為3min，收集熔渣；將上述收集的熔渣與其質(zhì)量50％的鋁粉混合均勻，放入高溫爐中，使用氧氣進行保護，取鋁粉質(zhì)量30％的鎂條，點燃后放入高溫爐中，待鎂條完全燃燒后，靜置15min后，收集高溫爐中的混合物，并將混合物放入粉碎機中粉碎，過200目篩，收集過篩顆粒B；將上述過篩顆粒B放入反應釜中，使用混合氣將反應釜中的空氣排出，升溫至700℃，以200r/min攪拌4h，隨后自然冷卻至室溫，出料收集出料物，并將出料物放入碾磨機中，以400r/min碾磨30min，收集碾磨物，得耐火材料基料；所述混合氣為一氧化碳和甲烷按摩爾比1:1混合而成；最后按重量份數(shù)計，取60份上述耐火材料基料、12份水、7份莫來石及4份木質(zhì)素磺酸鈣，放入混合機中混合均勻，得混合料，再將混合料放入模具中，并將模具置于擠壓機中壓制成型，得毛胚，再將毛胚在130℃干燥箱中干燥8h，隨后將干燥后的毛胚放入煅燒爐中，使用氮氣保護，設定溫度為1310℃，保溫燒結(jié)5h后，隨爐冷卻至室溫，收集煅燒物，即可得到耐火材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的耐火材料耐火度達到2000℃，顯氣孔率為16％，侵蝕分形維數(shù)為1.0329，1000℃下沖蝕磨損率為34.72mm3·g-1，抗折強度達到21.42MPa，抗壓強度達到136.85MPa，1100℃下進行水冷熱震實驗次數(shù)40次未出現(xiàn)開裂，具有優(yōu)異的抗熱震性。
實例2
首先取菱鐵礦放入粉碎機中粉碎，過300目篩，收集過篩顆粒A，按質(zhì)量比1:3，將過篩顆粒與質(zhì)量分數(shù)為5％氫氧化鈉溶液放入攪拌機中，以200r/min攪拌30min，再靜置20min，去除漂浮于液體表面的雜質(zhì)后，進行過濾，將濾渣置于100℃烘箱中干燥3h，收集干燥物；按質(zhì)量比3:1，將上述干燥物與煙煤放入球磨機中，按球料比15:1，加入直徑為50mm鋼球，以300r/min球磨2h，再將球磨混合物放入熔煉爐中，設定溫度為1540℃，熔煉1h后，以10mL/min向熔煉爐中通入氧氣，通氧時間為2min，收集熔渣；將上述收集的熔渣與其質(zhì)量40％的鋁粉混合均勻，放入高溫爐中，使用氧氣進行保護，取鋁粉質(zhì)量20％的鎂條，點燃后放入高溫爐中，待鎂條完全燃燒后，靜置10min后，收集高溫爐中的混合物，并將混合物放入粉碎機中粉碎，過200目篩，收集過篩顆粒B；將上述過篩顆粒B放入反應釜中，使用混合氣將反應釜中的空氣排出，升溫至500℃，以200r/min攪拌2h，隨后自然冷卻至室溫，出料收集出料物，并將出料物放入碾磨機中，以400r/min碾磨20min，收集碾磨物，得耐火材料基料；所述混合氣為一氧化碳和甲烷按摩爾比1:1混合而成；最后按重量份數(shù)計，取50份上述耐火材料基料、10份水、5份莫來石及2份木質(zhì)素磺酸鈣，放入混合機中混合均勻，得混合料，再將混合料放入模具中，并將模具置于擠壓機中壓制成型，得毛胚，再將毛胚在120℃干燥箱中干燥6h，隨后將干燥后的毛胚放入煅燒爐中，使用氮氣保護，設定溫度為1260℃，保溫燒結(jié)3h后，隨爐冷卻至室溫，收集煅燒物，即可得到耐火材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的耐火材料耐火度達到2100℃，顯氣孔率為12％，侵蝕分形維數(shù)為1.0143，1000℃下沖蝕磨損率為31.78mm3·g-1，抗折強度達到22.52MPa，抗壓強度達到155.85MPa，1100℃下進行水冷熱震實驗次數(shù)35次未出現(xiàn)開裂，具有優(yōu)異的抗熱震性。
實例3
首先取菱鐵礦放入粉碎機中粉碎，過300目篩，收集過篩顆粒A，按質(zhì)量比1:3，將過篩顆粒與質(zhì)量分數(shù)為5％氫氧化鈉溶液放入攪拌機中，以200r/min攪拌35min，再靜置25min，去除漂浮于液體表面的雜質(zhì)后，進行過濾，將濾渣置于100℃烘箱中干燥4h，收集干燥物；按質(zhì)量比4:1，將上述干燥物與煙煤放入球磨機中，按球料比15:1，加入直徑為50mm鋼球，以300r/min球磨3h，再將球磨混合物放入熔煉爐中，設定溫度為1545℃，熔煉1h后，以10mL/min向熔煉爐中通入氧氣，通氧時間為2min，收集熔渣；將上述收集的熔渣與其質(zhì)量45％的鋁粉混合均勻，放入高溫爐中，使用氧氣進行保護，取鋁粉質(zhì)量25％的鎂條，點燃后放入高溫爐中，待鎂條完全燃燒后，靜置12min后，收集高溫爐中的混合物，并將混合物放入粉碎機中粉碎，過200目篩，收集過篩顆粒B；將上述過篩顆粒B放入反應釜中，使用混合氣將反應釜中的空氣排出，升溫至600℃，以200r/min攪拌3h，隨后自然冷卻至室溫，出料收集出料物，并將出料物放入碾磨機中，以400r/min碾磨25min，收集碾磨物，得耐火材料基料；所述混合氣為一氧化碳和甲烷按摩爾比1:1混合而成；最后按重量份數(shù)計，取55份上述耐火材料基料、12份水、6份莫來石及3份木質(zhì)素磺酸鈣，放入混合機中混合均勻，得混合料，再將混合料放入模具中，并將模具置于擠壓機中壓制成型，得毛胚，再將毛胚在125℃干燥箱中干燥7h，隨后將干燥后的毛胚放入煅燒爐中，使用氮氣保護，設定溫度為1280℃，保溫燒結(jié)4h后，隨爐冷卻至室溫，收集煅燒物，即可得到耐火材料。
經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的耐火材料耐火度達到2150℃以上，顯氣孔率為14％，侵蝕分形維數(shù)為1.0251，1000℃下沖蝕磨損率為31.41mm3·g-1，抗折強度達到20.78MPa，抗壓強度達到141.85MPa，1100℃下進行水冷熱震實驗次數(shù)40次未出現(xiàn)開裂，具有優(yōu)異的抗熱震性。