[發明專利]一種微波預煅燒-燒結兩步強化復相耐火材料性能的方法

有效

• 申請號: 202011483267.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112456969B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 彭志偉;李光輝;唐慧敏;姜濤;古佛全;饒明軍;鐘強;羅駿;張元波;范曉慧;郭宇峰;楊永斌;李騫;尚文興;王捷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B33/138
• 分類號: C04B33/138;C04B35/66;C04B35/622
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹;魏娟

本發明公開了一種預煅燒?燒結微波兩步法強化復相耐火材料性能的方法，包括如下步驟：步驟一、將鎳鐵渣、燒結鎂砂、三氧化鉻混合球磨后獲得混合料，然后向混合料中加入氯化鎂溶液，再壓制成型獲得生團，生團干燥后，置于微波反應器中在1100～1250℃下預煅燒5～40min，得到預煅燒坯。步驟二、將步驟一所得預煅燒坯繼續進行微波燒結即得復相耐火材料，所述微波燒結的溫度為1300～1350℃，所述微波燒結的溫度時間≤20min。本發明獲得抗壓強度為183.4～206.6MPa，耐火度為1845～1873℃，體積密度為3.16～3.61g/cm³，顯氣孔率為1.2％～1.7％的高性能復相耐火材料。本發明具有資源利用率高、產品附加值高、生產成本低、環境友好、工藝簡單等諸多優點。

技術領域

本發明屬于耐火材料領域，具體涉及一種預煅燒-燒結微波兩步法強化復相耐火材料性能的方法。

背景技術

鎳鐵渣是鎳鐵合金冶煉過程中排出的工業固態廢渣，其排放量受原料種類、處理工藝等因素影響。據報道，平均每生產1噸鎳合金約排放6-16噸鎳鐵渣。隨著不銹鋼產業的快速發展，鎳鐵渣成為繼鐵渣、鋼渣和赤泥后的第四大工業冶煉渣。目前國內鎳鐵渣堆存量高達2億噸，并以4000萬噸的年排放量快速增長。超過90％的礦渣以堆存和填埋方式進行處理，造成了巨大的資源浪費和環境污染，限制了鎳鐵冶煉廠和不銹鋼廠的可持續發展。此外，鎳鐵渣硅高、鎂高、鈣低的成分特點導致其在水泥、混凝土等建筑材料生產中配加量和附加值較低，不利于鎳鐵渣的資源增值化處理。與其他冶煉渣相比，出渣大、利用難、產品附加值低是目前鎳鐵渣處理與利用中存在的主要問題。因此，針對鎳鐵渣硅高、鎂高的化學成分特性和主物相為鎂橄欖石相的物相特點，開發研究一條針對并充分利用其成分與物相特性的生產工藝，進而提高鎳鐵渣的利用率和附加值，對于鎳鐵冶煉的健康可持續發展具有重要的意義。

鎂橄欖石是MgO-SiO₂系統中最穩定的物相，具有耐火度高(1890℃)、熱導率低(僅為純MgO的1/3-1/4)、耐壓強度高、化學性質穩定等優點。此外，由于對熔融氧化鐵、高溫金屬熔體以及堿性渣具有較強抗侵蝕能力，對大多數耐火材料具有的較好的化學相容性，鎂橄欖石被廣泛應用于耐火材料領域。以鎂橄欖石為主要成分的耐火材料稱鎂橄欖石型耐火材料，屬于弱堿性耐火材料，是酸性材料與堿性材料之間的良好過渡材料。現有的鎂橄欖石型耐火磚的耐火度為1830～1880℃，體積密度為2.35～2.42g/cm³，抗壓強度為2.0～3.0MPa，被廣泛應用于有色冶煉爐的爐襯材料，玻璃爐窯，煉鋼轉爐的安全襯，玻璃窯蓄熱室格子磚等領域。但是鎂橄欖石的熱膨脹系數較高，導致鎂橄欖石耐火材料的高溫使用性能較差(如抗熱震性)，且現有技術無法兼顧鎂橄欖石型耐火材料的結構性能、力學性能和使用性能，這在一定程度上限制了其應用范圍與使用壽命。

研究表明，在鎂質耐火材料引入適量尖晶石可以增加物相之間的熱膨脹系數差異，促進尖晶石物相周圍產生較大的拉伸環應向力和微裂紋，阻止熱沖擊裂紋的擴展，進而提高耐火材料的高溫使用性能。但是，尖晶石形成過程中會不可避免的產生過量體積膨脹現象，這會惡化復相耐火材料的致密性、強度以及抗渣性能。現有技術生產的含尖晶石耐火材料為了避免低致密性耐火材料，通常降低尖晶石的含量，但是這種方法制備出的耐火材料在耐火度和抗熱震性能方面沒有優勢。

發明內容

針對現有技術無法兼顧鎂橄欖石耐火材料結構性能、力學性能及使用性能的現象，本發明的目的在于提供一種預煅燒-燒結微波兩步法強化復相耐火材料性能的方法。以鎳鐵渣為主要原料，鎂砂為鎂質耐火原料，三氧化二鉻為尖晶石誘導劑，采用預煅燒-燒結微波兩步工藝，將尖晶石相引入鎂橄欖石型耐火材料中，成為耐火材料的次晶相和鍵合相，在提高耐火材料高溫性能的前提下，降低尖晶石形成過程中的過量體積膨脹現象，同時強化燒結過程中物相結晶，真正實現了復相耐火材料結構性能、力學性能及使用性能的同步提升。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明一種預煅燒-燒結微波兩步法強化復相耐火材料性能的方法，包括如下步驟：