[发明专利]一种含碳耐火材料结合剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及结合剂的合成方法，特别是涉及一种新型含碳耐火材料结合剂的合成方法。

背景技术

耐火材料是指耐火温度不低于1580℃的材料，多为无机非金属材料，这种材料可保持足够的理化性能稳定性而应用于加工行业所处的高温环境中。按照耐火材料的化学成分分类是耐火材料的最常见的分类方式。可划分出：硅石耐火材料、铝硅酸盐耐火材料、镁质耐火材料、镁尖晶石质耐火材料、镁铬质耐火材料、镁白云石质耐火材料、白云石耐火材料、碳复合耐火材料。

耐火材料主要应用于冶金工业(炼铁、炼钢、轧钢、有色金属冶炼、炼焦)，以及硅酸盐、化工、机械、动力等工业部门应用的炉窑等热工设备；也是某些高温容器或设备，以及近代尖端工业(火箭、核热反应堆等)不可缺少的耐高温材料或零件，在工业的发展中是保证生产运行和技术发展必不可少的重要材料。

含Si、Al、Mg、Ca、Cr、Zr等元素的化合物与碳一起使用，形成含碳或碳质耐火材料。碳作为关键元素被应用在碳质或石墨质耐火砖或耐火大件中，加入碳后渗透深度减小从而损坏减轻，同时通过提高导热率和降低热膨胀改善了抗热震性。

树脂及焦油沥青等被用作含碳耐火材料的结合剂，它影响耐火材料的强度及耐侵蚀性。作为耐火材料的结合剂，沥青和树脂混合物在实际使用中于800-1700℃之间加热，结合剂在加热时分解，其中一部分成为气相排出，其排出经过的路线就成为开口气孔。为了控制开口气孔就要减少气体产生量，提高碳化率。沥青在低温下就完成石墨化，但在沥青所形成石墨化层状之间存在气孔，比树脂形成的碳气孔多且不致密；树脂碳化后生成的碳三维网状结构，气孔少但耐氧化性差，残炭较低。

目前，国内碳质耐火材料生产中普遍采用改质沥青或中温沥青作固体结合剂，这种结合剂存在β树脂含量低、粘结性能差，残碳率低和软化点低等缺点，影响碳质耐火材料的理化性能和使用效果。由于其指标性能的差异己越来越不能满足真需要，迫切需要研发国产高性能沥青结合剂。煤沥青是焦油加工中的大宗产品，其产率为煤焦油的54％～56％，其加工利用水平和效益对整个煤焦油加工来说都非常重要，提高沥青产品的附加值也是提高煤焦油深加工企业效益至关重要的发展方向。在此背景下，生产高软化点的含碳耐火材料结合剂成为目前亟待解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述含碳耐火材料结合剂的缺点，提供一种软化点高、残碳量高、苯并[a]芘含量低且不会产生结团现象的含碳耐火材料结合剂的合成方法。

解决上述技术问题所采用的方案是由下述步骤组成：

1、原料净化

将沥青与稀释剂、助滤剂按质量比为1:0.2～5.0:0.01～0.2混合均匀后加入热过滤釜内的滤网上，升温至80～200℃，用氮气加压过滤，压力控制在0.1～0.4MPa，得到净化沥青。

上述的沥青为中温沥青或高温沥青；稀释剂为萘油、甲苯、煤油中的任意一种，助滤剂为硅藻土、细砂、珍珠粉、酸性白土、氧化镁中的任意一种。

2、减压缩聚

将步骤1得到的净化沥青加入反应釜中，在温度为230～390℃、真空度为0.060～0.096MPa下恒温搅拌反应30～60分钟，得到含碳耐火材料结合剂。

上述步骤1中，优选将沥青与稀释剂、助滤剂按质量比为1:0.5～1.5:0.01～0.10混合均匀后加入热过滤釜内的滤网上，升温至110～150℃，用氮气加压过滤，压力控制在0.2～0.3MPa，得到净化沥青，其中所述滤网的目数优选为1500～2000目。

上述步骤2中，优选将步骤1得到的净化沥青先制备成改性沥青再加入反应釜中，在温度为230～390℃、真空度为0.060～0.096MPa下恒温搅拌反应30～60分钟，得到含碳耐火材料结合剂。

本发明的步骤2中，进一步优选将净化沥青或改性沥青加入反应釜中，在温度为290～370℃、真空度为0.075～0.096MPa下恒温搅拌反应30～60分钟，得到含碳耐火材料结合剂；最佳选择将净化沥青或改性沥青加入反应釜中，在温度为330～360℃、真空度为0.090～0.096MPa下恒温搅拌反应60分钟，得到含碳耐火材料结合剂。

上述改性沥青的制备方法为：将净化沥青与已熔化的酚类化合物、醛类化合物按质量比为1:0.03～0.2:0.1～0.3混合，所得混合物在搅拌状态下加热至80～160℃，再加入净化沥青质量0.3％～3％的酸，恒温反应120～210分钟，然后在150～240℃下蒸馏60～120分钟，得到改性沥青。