[发明专利]一种结合相增强低碳MgO-C耐火材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种结合相增强低碳MgO‑C耐火材料及其制备方法。其方案是：将45～55wt％电熔镁砂颗粒、35～45wt％电熔镁砂细粉、1～5wt％镁铝合金细粉、1～5wt％碳素和2～5.5wt％复合结合剂混碾，成型，固化；于1000～1600℃和保护气氛热处理，制得结合相增强低碳MgO‑C耐火材料。复合结合剂为催化剂和结合剂的混合物；催化剂的制备方法是：将Fe₂O₃粉体洗涤，干燥，得到干燥后的Fe₂O₃粉体；将络合剂溶液和镍盐溶液混合，搅拌，调PH值，加入稳定剂，搅拌，加入干燥后的Fe₂O₃粉体；再加入还原剂溶液，搅拌，洗涤，干燥，于保护气氛和400～700℃条件下保温1～3h，得到催化剂。本发明工艺简单和生产成本低。所制制品力学性能和热震稳定性优良。

技术领域

本发明属于MgO-C耐火材料技术领域。具体涉及一种结合相增强低碳MgO-C耐火材料及其制备方法。

背景技术

MgO-C耐火材料作为碳复合耐火材料的重要种类之一。由于其优异的热震稳定性以及抗侵蚀性广泛应用于冶金行业。在20世纪后期，碳素材料的添加成为增加MgO-C耐火材料使用寿命的主要方法。但是，随着低碳钢的冶炼要求、降低能源消耗、环保发展和石墨资源的不可再生性等各因素促使MgO-C耐火材料向低碳化发展。然而，降低MgO-C耐火材料的碳含量会直接导致其热震稳定性以及抗渣性下降。目前，科研人员主要通过优化MgO-C耐火材料基质来解决上述问题。

结合剂酚醛树脂在热处理过程中经过一系列的脱水缩合反应，在分解释放出小分子气体如H₂、CH₄和H₂O后形成了各向同性的非晶态碳。这种非晶态碳在应力的作用下容易发生脆性断裂降低含碳耐火材料的高温力学性能，并且非晶碳在高温下容易氧化，降低含碳耐火材料的残碳率。目前，通过引入过渡族金属(Fe、Co、Ni)，或过渡族金属氧化物作为催化剂来解决这一问题。“一种耐火材料用改性酚醛树脂及其制备方法”(CN101245128A)专利技术，用溶胶凝胶法制备的铁、或钴、或镍的金属氧化物溶胶前驱体，在40～85℃条件下搅拌3～10小时，然后置于蒸发器中，加入到用无水乙醇稀释的酚醛树脂中来改性酚醛树脂；改性后酚醛树脂在热解过程中能原位生成碳纳米管，并且能促使非晶态碳转变为石墨态碳，提高热解后酚醛树脂的残碳率。但这种改性酚醛树脂的制备过程复杂，难以工业化生产。

“一种低碳MgO-C耐火材料及其制备方法”(CN108863363A)专利技术，采用微纳米尺寸石墨烯部分代替鳞片石墨并均匀分散在基质中。降低了碳含量的同时降低了热导率，提高了力学强度。“一种低碳镁碳耐火材料及其制备方法”(CN103304248A)专利技术，在MgO-C耐火材料中加入0.05～5wt％碳纳米管。提高了MgO-C耐火材料的强度、热震稳定性以及抗渣侵蚀性。但添加低维的碳素材料如石墨烯或碳纳米管会提高生产成本，影响工业化生产。

Wei等(Guoping Wei，Boquan Zhu，Xiangcheng Li，Zheng Ma.Microstructureand mechanical properties of low-carbon MgO-C refractories bonded by a Fenanosheet-modified phenol resin.Ceramics International，2015，41(1)：1553–1566)采用纳米尺寸Fe作为催化剂引入低碳MgO-C耐火材料中。发现基质中生成了碳纳米管，AlN以及MgAlO₄颗粒，原位生成的陶瓷结合相实现了其在基质中均匀分布。但引入Fe粉作为催化剂催化效果单一，难以吸附酚醛树脂在热处理过程中分解的多种烃类气体，催化合成低维陶瓷结合相效果较差。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和成本低的结合相增强低碳MgO-C耐火材料及其制备方法，用该方法制得的结合相增强低碳MgO-C耐火材料的力学性能和热震稳定性优良。