本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種鎂鉻耐火磚及其制備方法。

背景技術(shù)：

鎂鉻磚以氧化鎂和三氧化二鉻為主要成分，方鎂石和尖晶石為主要礦物組分的耐火材料制品。

目前的生產(chǎn)設(shè)備逐漸向大型化方向發(fā)展，因此現(xiàn)在如何在生產(chǎn)過程中增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本成為能否增加生產(chǎn)效益的關(guān)鍵因素。在設(shè)備的使用過程中由于受化學(xué)侵蝕和滲透，以及急劇的周期性溫度變化等影響，磚體容易變形。此時如果進行停爐維修則會造成大量的經(jīng)濟損失，因此需要延長磚體的使用壽命，而在其工作環(huán)境下要提高磚體的使用壽命，降低成本，就需要磚體具有優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性。

而目前的鎂鉻磚的性能并不理想，采用直接結(jié)合鎂鉻磚，雖具有優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性，但抗渣侵蝕性不強；電熔再結(jié)合鎂鉻磚，其抗渣侵蝕性能強，但熱震穩(wěn)定性不好。

因此目前需要一種兼具有優(yōu)良熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性的鎂鉻磚。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，提供一種兼具有優(yōu)良熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性及具有較低的導(dǎo)熱性的鎂鉻耐火磚，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種鎂鉻耐火磚，包括以下重量份的組分：

鎂鉻尖晶石30~38份，高純鎂砂20~25份，鉻鐵礦6~10份，燒結(jié)鎂鉻合成料5~10份，cr2o3超細(xì)粉3~5份，結(jié)合劑2~5份，fe2o3粉末15~25份，al2o3粉末8~16份，cao粉末0.5~1份，sio2粉末0.5~2份、tio2粉1~2份，金屬鉻粉1~6份。

首先在本發(fā)明中采用了鎂鉻尖晶石、高純鎂砂、鉻鐵礦、燒結(jié)鎂鉻合成料、cr2o3超細(xì)粉、al2o3粉末共同使用的方案，其中用鎂砂來加大磚體中的鎂含量，可以提高產(chǎn)品的耐火能力，用燒結(jié)鎂鉻合成料5~10份和cr2o3超細(xì)粉3~5份來調(diào)節(jié)產(chǎn)品中的三氧化二鉻的含量，使得原料中各組分的含量易于控制，增加產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，增加合格率，減少成本。而采取上述原料共同使用的方案，在燒結(jié)過程中，鎂砂中的mgo和鉻鐵礦中的cr203成分在燒結(jié)過程中相互擴散，在方鎂石內(nèi)部形成點狀二次尖晶石;本發(fā)明材料在冷卻過程中形成不同程度的二次復(fù)合尖晶石以及方鎂石一二次尖晶石復(fù)合相等，形成了各相之間直接結(jié)合，鉻相被鎂砂包裹的結(jié)構(gòu)。其中本發(fā)明在較高的溫度條件下進行合成，在高溫條件下，會有尖晶石發(fā)生脫溶情況發(fā)生，有利于二次鎂鉻尖晶石的產(chǎn)生，也有利于磚體中各相的相互結(jié)合結(jié)構(gòu)的形成。使得產(chǎn)品具有更好的致密性，同時較多的抗渣性良好的二次鎂鉻尖晶石的生成有利于產(chǎn)品的抗渣侵蝕能力的提升。同時產(chǎn)品中的三氧化二鐵與三氧化二鉻可以固溶，有助于降低鉻成分的燒結(jié)溫度，促進鉻成分更好地?zé)Y(jié)成型，有助于提高產(chǎn)品的抗渣侵蝕能力。另外原料中的三氧化二鋁和氧化鎂也可以形成固溶物，其結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，有助于提高產(chǎn)品的抗熱震能力和抗渣侵蝕能力。而且其可以提高產(chǎn)品的耐熱性。

另外在本發(fā)明中在材料中加入了鉻粉，由于在燒結(jié)時，在低氧分壓的情況下，cr2o3會發(fā)生分解生成鉻蒸汽和氧氣氣體，而cr2o3的傳質(zhì)屬于蒸發(fā)-凝結(jié)機制，由于蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)的本質(zhì)是頸部區(qū)域的填充，只是改變氣孔的形狀，并沒有排除氣孔，發(fā)生致密化，因此它對于體積密度和氣孔率均沒有影響。液位cr2o3燒結(jié)致密化受體積擴散所控制，因此體積擴散由三價鉻離子和氧離子擴散共同組成，但三價鉻離子體積較大，也不易形成鉻離子空位，故體積擴散以氧離子擴散為主，因此，在低氧分壓下，cr2o3會被還原而釋放出氧，從而在cr2o3晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的氧離子空位，使得氧離子的擴散更加容易進行，加速cr2o3的燒結(jié)，使得產(chǎn)品可以在短時間內(nèi)致密化，在上述過程中，加入了鉻金屬的作用在于鉻可以與氧離子發(fā)生反應(yīng)生成三氧化二鉻，此時由于產(chǎn)品的氣孔率低，因此有助于cr2o3的分解過程進行，而且防止六價鉻的產(chǎn)生，從而加速這個過程的重復(fù)進行，同時由于新生成的三氧化二鉻活性較高，更易于進入氧化鎂的相中，使得氧化鎂的結(jié)構(gòu)熵增加，從而產(chǎn)生更多的尖晶石，進而導(dǎo)致晶體上的外延生長和粘連，使得晶體之間形成相互連接的情況從而加強了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，加強了產(chǎn)品的抗熱震能力和耐壓強度及抗渣侵蝕能力。

而本發(fā)明采用的鉻金屬的量較少這樣的作用在于防止鉻金屬的含量過高，鉻含量過高會導(dǎo)致產(chǎn)品在加熱中發(fā)生熱膨脹，造成產(chǎn)品的氣孔率變大，導(dǎo)致產(chǎn)品的抗熱震能力和耐壓強度及抗渣侵蝕能力下降，另外較少的鉻粉可以在一定程度上降低產(chǎn)品的導(dǎo)熱性。

作為優(yōu)選，所述的結(jié)合劑采用羧甲基淀粉鈉。

首先羧甲基淀粉鈉是優(yōu)秀的結(jié)合劑，可以滿足生產(chǎn)所需，有助于提高產(chǎn)品的強度和抗渣性，其次采用羧甲基淀粉鈉價格便宜，可以降低生產(chǎn)成本。

作為優(yōu)選，所述的羧甲基淀粉鈉采用以下方法制備：

a.將20~30重量份的一氯乙酸與70~80重量份的乙醇溶液混合制備成一氯乙酸-乙醇溶液，將9~10重量份的氫氧化鈉溶解在90~91份水中，得到氫氧化鈉溶液；

b.將5~6重量份的馬鈴薯淀粉渣放入容器中然后加入7~8重量份的95%的乙醇，對混合物進行攪拌，攪拌時間為5~10min；

c.將上述的攪拌后的混合物中加入2~3重量份的氫氧化鈉溶液，在30~40℃條件下反應(yīng)5~10分鐘；

d.向步驟c中的溶液加入1.5~2重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，加熱至65~70℃，反應(yīng)20~25min；

e.向步驟d得到的溶液中加入4~6重量份的氫氧化鈉溶液，保持溫度，反應(yīng)18~23min；

f.向步驟e得到的混合物中加入1.5~2重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，保持溫度，反應(yīng)35~40min；

g.將步驟f得到的混合物降溫至35℃以下，用醋酸調(diào)節(jié)ph為7~8之間，過濾，以乙醇洗滌，干燥，得到羧甲基淀粉鈉。

采用上述方法制備羧甲基淀粉鈉，首先材料為馬鈴薯淀粉渣，為廢棄物的回收利用，降低成本的同時起到了節(jié)約資源和保護環(huán)境的作用。另外在本發(fā)明中，需要具有較一般羧甲基淀粉鈉具有更強粘性和高取代度的羧甲基淀粉鈉，因此本發(fā)明采用了上述步驟制備羧甲基淀粉鈉，通過二次反應(yīng)使得反應(yīng)更加徹底，而且可以提高羧甲基淀粉鈉的取代度，羧甲基淀粉鈉在熱處理的時候會填充在晶體之間的空隙中起到粘結(jié)的作用，便于晶體之間結(jié)構(gòu)的形成，從而提高產(chǎn)品的熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性。

作為優(yōu)選，所述的fe2o3粉末為納米fe2o3粉末。

本發(fā)明采用了納米fe2o3粉末，可以加強納米fe2o3粉末在材料中的分散性，可以加強fe2o3-mgo的產(chǎn)生從而加強二次尖晶石的產(chǎn)生，從而提高產(chǎn)品的抗侵蝕能力，同時本發(fā)明還使用了二氧化鈦粉末，二氧化鈦粉末可以加強三氧化二鐵的分散性，同時提高產(chǎn)品的抗熱震性和耐高溫能力，同時加入納米fe2o3粉末可以加強對渣的粘性，因此可以加強產(chǎn)品的抗渣侵蝕能力。

作為優(yōu)選，所述的納米fe2o3粉末采用以下方法處理：將納米fe2o3放入水中，進行超聲處理5~10min，再加入六偏磷酸鈉，繼續(xù)進行超聲處理5~10min，然后過濾，沉淀用甲苯洗滌3~4次，干燥，得到處理后的納米fe2o3。

本發(fā)明通過將納米fe2o3粉末進行超聲處理，因為納米fe2o3粉末有易發(fā)生團聚的問題，如果直接使用會發(fā)生團聚的fe2o3粉末分散效果不佳，導(dǎo)致fe2o3與mgo結(jié)合不完全，從而降低了產(chǎn)品的抗熱震能力和耐壓強度及抗渣侵蝕能力，為了防止這個過程的發(fā)生，本發(fā)明對其進行上述處理，首先可以通過超聲波中所具有的能量將團聚的納米fe2o3粉末打散，加入六偏磷酸鈉，六偏磷酸鈉附著在納米fe2o3粉末表面上，對納米fe2o3粉末起到表面改性的作用，從而防止納米fe2o3粉末的團聚的發(fā)生。從而使得納米fe2o3粉末可以充分混合在產(chǎn)品中發(fā)揮作用。

作為優(yōu)選，所述的高純鎂砂包括以下粒度：1~3mm的高純鎂砂10~12份，0.09~1mm的高純鎂砂6~8份，粒度在0.09mm以下的高純鎂砂3~5份。

一種鎂鉻耐火磚的制備方法，包括以下步驟：

（1）混料：將原料混合，在混料機內(nèi)混合攪拌40~50min，得到混合料；

（2）壓制：將混合料放入模具中，在30mpa的壓力下壓制成型，得到生坯；

（3）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)加熱得到成品。

作為優(yōu)選，在步驟（3）所述的熱處理過程為先將生坯在100~150℃下預(yù)熱18~24h后，升溫至2000~2200℃保溫4~5h。

本發(fā)明采用了高溫環(huán)境進行熱處理，目的在于加大二次尖晶石的產(chǎn)生從而加強本發(fā)明的抗渣侵蝕能力和抗熱震性。

作為優(yōu)選，在步驟（3）中所述的熱處理過程在氮氣保護下進行。

在燒結(jié)時，在低氧分壓的情況下，cr2o3會發(fā)生分解生成鉻蒸汽和氧氣氣體，而cr2o3的傳質(zhì)屬于蒸發(fā)-凝結(jié)機制，由于蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)的本質(zhì)是頸部區(qū)域的填充，只是改變氣孔的形狀，并沒有排除氣孔，發(fā)生致密化，因此它對于體積密度和氣孔率均沒有影響。液位cr2o3燒結(jié)致密化受體積擴散所控制，因此體積擴散由三價鉻離子和氧離子擴散共同組成，但三價鉻離子體積較大，也不易形成鉻離子空位，故體積擴散以氧離子擴散為主，因此，在低氧分壓下，cr2o3會被還原而釋放出氧，從而在cr2o3晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的氧離子空位，使得氧離子的擴散更加容易進行，加速cr2o3的燒結(jié)，使得產(chǎn)品可以在短時間內(nèi)致密化，提高了產(chǎn)品的抗渣侵蝕能力和抗熱震性，同時也提高了產(chǎn)品的耐壓強度和抗折能力。而如果氧含量高則會反應(yīng)產(chǎn)生六價鉻，而不會發(fā)生上述的離子擴散現(xiàn)象，同時六價鉻對環(huán)境有污染。因此使用氮氣氣氛有助于降低氧分壓，從而提高產(chǎn)品的致密性，進而提高產(chǎn)品的抗渣侵蝕能力和抗熱震性，同時也提高了產(chǎn)品的耐壓強度和抗折能力。

本發(fā)明的有益效果在于：（1）本發(fā)明具有優(yōu)良的抗熱震性和抗渣侵蝕能力（2）本發(fā)明提供的制備方法簡單易于實施。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施案例對本發(fā)明作進一步解釋：

實施例1

一種鎂鉻耐火磚，包括以下重量份的組分：

鎂鉻尖晶石30~38份，1mm的高純鎂砂10份，0.09~1mm的高純鎂砂6份，粒度在0.09mm以下的高純鎂砂3份，鉻鐵礦6份，燒結(jié)鎂鉻合成料5份，cr2o3超細(xì)粉3份，羧甲基淀粉鈉2份，納米fe2o3粉末15份，al2o3粉末8份，cao粉末0.5份，sio2粉末0.5份、tio2粉1份，金屬鉻粉1份。

其中，所述的羧甲基淀粉鈉采用以下方法制備：

a.將20重量份的一氯乙酸與70重量份的乙醇溶液混合制備成一氯乙酸-乙醇溶液，將10重量份的氫氧化鈉溶解在90份水中，得到氫氧化鈉溶液；

b.將5重量份的馬鈴薯淀粉渣放入容器中然后加入7重量份的95%的乙醇，對混合物進行攪拌，攪拌時間為5min；

c.將上述的攪拌后的混合物中加入2重量份的氫氧化鈉溶液，在30℃條件下反應(yīng)5分鐘；

d.向步驟c中的溶液加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，加熱至65℃，反應(yīng)20min；

e.向步驟d得到的溶液中加入4重量份的氫氧化鈉溶液，保持溫度，反應(yīng)18min；

f.向步驟e得到的混合物中加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，保持溫度，反應(yīng)35min；

g.將步驟f得到的混合物降溫至35℃以下，用醋酸調(diào)節(jié)ph為7，過濾，以乙醇洗滌，干燥，得到羧甲基淀粉鈉。

其中所述的納米fe2o3粉末采用以下方法處理：將納米fe2o3放入水中，進行超聲處理5min，再加入六偏磷酸鈉，繼續(xù)進行超聲處理5min，然后過濾，沉淀用甲苯洗滌3次，干燥，得到處理后的納米fe2o3。

一種鎂鉻耐火磚的制備方法，包括以下步驟：

（1）混料：將原料混合，在混料機內(nèi)混合攪拌40min，得到混合料；

（2）壓制：將混合料放入模具中，在30mpa的壓力下壓制成型，得到生坯；

（3）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)，先將生坯在100℃下預(yù)熱18h后，升溫至1800℃保溫5h，而且所述的熱處理過程在氮氣保護下進行。

實施例2

一種鎂鉻耐火磚，包括以下重量份的組分：

鎂鉻尖晶石30~38份，1mm的高純鎂砂10份，0.09~1mm的高純鎂砂6份，粒度在0.09mm以下的高純鎂砂3份，鉻鐵礦6份，燒結(jié)鎂鉻合成料5份，cr2o3超細(xì)粉3份，羧甲基淀粉鈉2份，納米fe2o3粉末15份，al2o3粉末8份，cao粉末0.5份，sio2粉末0.5份、tio2粉1份，金屬鉻粉1份。

其中，所述的羧甲基淀粉鈉采用以下方法制備：

a.將20重量份的一氯乙酸與70重量份的乙醇溶液混合制備成一氯乙酸-乙醇溶液，將10重量份的氫氧化鈉溶解在90份水中，得到氫氧化鈉溶液；

b.將5重量份的馬鈴薯淀粉渣放入容器中然后加入7重量份的95%的乙醇，對混合物進行攪拌，攪拌時間為5min；

c.將上述的攪拌后的混合物中加入2重量份的氫氧化鈉溶液，在30℃條件下反應(yīng)5分鐘；

d.向步驟c中的溶液加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，加熱至65℃，反應(yīng)20min；

e.向步驟d得到的溶液中加入4重量份的氫氧化鈉溶液，保持溫度，反應(yīng)18min；

f.向步驟e得到的混合物中加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，保持溫度，反應(yīng)35min；

g.將步驟f得到的混合物降溫至35℃以下，用醋酸調(diào)節(jié)ph為7，過濾，以乙醇洗滌，干燥，得到羧甲基淀粉鈉。

其中所述的納米fe2o3粉末采用以下方法處理：將納米fe2o3放入水中，進行超聲處理5min，再加入六偏磷酸鈉，繼續(xù)進行超聲處理5min，然后過濾，沉淀用甲苯洗滌3次，干燥，得到處理后的納米fe2o3。

一種鎂鉻耐火磚的制備方法，包括以下步驟：

（1）混料：將原料混合，在混料機內(nèi)混合攪拌40min，得到混合料；

（2）壓制：將混合料放入模具中，在30mpa的壓力下壓制成型，得到生坯；

（3）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)，先將生坯在100℃下預(yù)熱18h后，升溫至1800℃保溫5h，而且所述的熱處理過程在氮氣保護下進行。

實施例3

一種鎂鉻耐火磚，包括以下重量份的組分：

鎂鉻尖晶石38份，1~3mm的高純鎂砂12份，0.09~1mm的高純鎂砂8份，粒度在0.09mm以下的高純鎂砂5份，鉻鐵礦10份，燒結(jié)鎂鉻合成料10份，cr2o3超細(xì)粉5份，羧甲基淀粉鈉5份，納米fe2o3粉末25份，al2o3粉末16份，cao粉末1份，sio2粉末2份、tio2粉2份，金屬鉻粉6份。

其中，所述的羧甲基淀粉鈉采用以下方法制備：

a.將20重量份的一氯乙酸與70重量份的乙醇溶液混合制備成一氯乙酸-乙醇溶液，將10重量份的氫氧化鈉溶解在90份水中，得到氫氧化鈉溶液；

b.將5重量份的馬鈴薯淀粉渣放入容器中然后加入7重量份的95%的乙醇，對混合物進行攪拌，攪拌時間為5min；

c.將上述的攪拌后的混合物中加入2重量份的氫氧化鈉溶液，在30℃條件下反應(yīng)5分鐘；

d.向步驟c中的溶液加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，加熱至65℃，反應(yīng)20min；

e.向步驟d得到的溶液中加入4重量份的氫氧化鈉溶液，保持溫度，反應(yīng)18min；

f.向步驟e得到的混合物中加入1.5重量份的一氯乙酸-乙醇溶液，保持溫度，反應(yīng)35min；

g.將步驟f得到的混合物降溫至35℃以下，用醋酸調(diào)節(jié)ph為7，過濾，以乙醇洗滌，干燥，得到羧甲基淀粉鈉。

其中所述的納米fe2o3粉末采用以下方法處理：將納米fe2o3放入水中，進行超聲處理5min，再加入六偏磷酸鈉，繼續(xù)進行超聲處理5min，然后過濾，沉淀用甲苯洗滌3次，干燥，得到處理后的納米fe2o3。

一種鎂鉻耐火磚的制備方法，包括以下步驟：

（1）混料：將原料混合，在混料機內(nèi)混合攪拌40min，得到混合料；

（2）壓制：將混合料放入模具中，在30mpa的壓力下壓制成型，得到生坯；

（3）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)，先將生坯在100℃下預(yù)熱18h后，升溫至1800℃保溫5h，而且所述的熱處理過程在氮氣保護下進行。

然后對本發(fā)明優(yōu)選實施例2進行檢測顯氣孔率7%，常溫耐壓強度41mpa，在taber磨耗試驗機上以磨輪旋轉(zhuǎn)1000次得到磨耗量為46.4g，加熱永久線變化（1450℃×2h）／%為0.26。

對于抗熱震性的檢測，本發(fā)明將優(yōu)選實施例3的材料經(jīng)過1450攝氏度3小時處理測其抗折強度，抗折強度為18.3mpa然后在1100攝氏度保溫20min后再20攝氏度冷水中急冷，反復(fù)進行10次，抗折強度為10.4mpa。

綜上所述，本發(fā)明具有抗熱震性能強，抗渣蝕性強的特點。