本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种耐高温和高热震稳定性的铁钩浇注料及其制备方法。
背景技术：
在资源、环境日益成为制约我国耐火材料行业发展的“瓶颈”，经济和市场发展形势发生变化的情况下，耐火材料行业的发展之路面临着多重考验和挑战。出铁沟是高温铁水和熔渣流经的通道，对日常高炉炼铁的顺行起者至关重要的作用。铁钩浇注料作为出铁沟重要的耐火材料，直接受到铁水和熔渣的高温冲刷和化学腐蚀，同时还受到温度的急冷急热的变化，这就需要高炉铁沟料具有较强的耐高温和热震稳定性等性能。然而，铁钩浇注料的作业现场常产生烟尘和难闻的气味，环境及其恶劣，危害工人的健康，不利于环保。造成该结果的主要原因为：沥青原料比其它碳原料更富有亲水性，而且分散性也优越，大部分的铁钩浇注料使用沥青作为主要原料，但沥青原料通过煤干馏获得的煤系沥青含有苯并芘等致癌性的污染环境物质，在热态施工和干燥升温中，铁钩浇注料的沥青原料中的挥发分气化，并产生烟尘和难闻的气味。
中国专利文献上公开了一种“高炉铁钩浇注料及其制备方法”，其公告号为cn105000898a，该发明由刚玉粉、碳化硅粉、粘土、水泥、α-al2o3、二氧化硅、三聚磷酸钠、铝粉、有机纤维、高铝粉煤灰制成，在保证浇注料满足要求的同时，降低了成本。但是该发明虽然成本较低，但是其各项指标性能并没有检测，同时也没有解决污染问题。因此，如何加大新技术、环保原料在铁钩浇注料设计和制造过程中的应用，在不降低铁沟浇注料性能的前提下，实现无沥青化是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明为了克服传统的铁钩浇注料成份对环境造成污染的问题，提供了一种绿色环保、耐高温和高热震稳定性的铁钩浇注料。
本发明还提供了一种工艺简单的铁钩浇注料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铁钩浇注料，所述铁钩浇注料由以下重量份的原料制成：刚玉粉30～60份，白炭黑15～30份，碳化硅40～55份，远红外陶瓷粉0.5～2份，生物质衍生炭材料3～9份和复合结合剂0.5～1.5份。
本发明采用白炭黑替代二氧化硅，能够节约成本；采用生物质衍生炭材料替代传统的不可再生的碳素材料作为原料，生物质衍生炭材料是以原始生物质(树叶、茎杆、果壳)，生物质衍生物(纤维素、木质素、半纤维素、蛋白质、二糖、单糖)为原料经过煅烧热解处理，经活化剂活化后得到的生物材料，利用生物质原料制备各种碳材料，可以降低碳材料生产成本，实现碳材料的可持续发展。
远红外陶瓷粉能够辐射出比正常物体更多的远红外线(红外辐射率更高)，具有活化功能。本发明在配方组分中加入少量的远红外陶瓷粉，通过分子间的协同作用，增加材料的活性，可以提高铁钩浇注料的耐高温和抗渗透性。
作为优选，所述远红外陶瓷粉由以下重量份的原料组成：0.1～0.8份的mgo，0.05～1份的al2o3，0.2～0.5份的tio2，0.06～0.2份的zro2和0.04～0.4份的fe2o3。
作为优选，所述生物质衍生炭材料为生物质活性碳纤维、生物质碳分子筛和生物质基活性炭中的一种或几种。
作为优选，所述碳化硅的粒径小于0.088mm。
作为优选，所述复合结合剂由以下重量份的原料制成：酚醛树脂7～8份，无水乙醇5～6份，甲醛捕捉剂0.05～0.5份，所述甲醛捕捉剂为含有伯胺基团的化合物。
本发明的铁钩浇注料采用复合结合剂，该复合结合剂为加入甲醛捕捉剂的改性酚醛树脂，甲醛捕捉剂具有伯胺基团，具有下式：r-nh2，其中，r选自-oh，-ch2-ch2-so3h，-ch2(cooh)和-ch(cooh)(ch2ch2conh2)中的一种或几种，可以有效降低体系中的游离醛。其原理为：酸性条件下，甲醛捕捉剂中的伯胺基团与酚醛树脂中游离醛的羰基在45～60℃条件下可以发生亲核加成反应生成rnhch2oh，该结构稳定性很差，可以迅速脱水生成rnh＝ch2，并互相之间发生缩合反应，形成聚合物交联剂。该反应一方面可以减少体系中游离醛的含量，另一方面可以生成网络状的聚合物交联剂，可以对酚醛树脂改性增韧，提高其耐热性能和粘结性。本发明以该复合结合剂制得的铁钩浇注料中游离醛的含量可以大大降低，更为安全、绿色环保，同时复合结合剂的增韧效果大大增加了铁钩浇注料的热震稳定性。
一种铁钩浇注料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述重量份分别称取刚玉粉，白炭黑，碳化硅，远红外陶瓷粉和生物质衍生炭材料混合搅拌均匀，得到预制混合粉；
(2)称取上述重量份的复合结合剂，先将1/2的复合结合剂加入到步骤(1)得到的预制混合粉中，混合均匀后，再加入剩余的复合结合剂，混合均匀得到混合粉；
(3)对步骤(2)中的混合粉进行出料、成型，在115～135mpa下压实，保压时间2～4min；(4)将步骤(3)中成型后的耐火材料经110～120℃干燥10～18h后，埋于装有4～8mm粒度焦炭的匣钵中在1400～1600℃下保温3～5h，冷却后得到铁钩浇注料。
复合结合剂分两次加入有利于充分混合，使得制备的铁钩浇注料的稳定性好。
本发明具有如下有益效果：
(1)以生物质衍生炭材料替代沥青，实现了原料的可再生性以及资源的有效利用；
(2)加入远红外陶瓷粉作为活性材料，有效提高了铁钩浇注料的耐高温和热震稳定性；
(3)该铁钩浇注料用白炭黑替代二氧化硅，节约成本，生产工序简单，易于大规模生产；
(4)复合结合剂加入甲醛捕捉剂能够降低体系的游离醛含量，更为绿色环保。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)分别称取刚玉粉30g，白炭黑15g，碳化硅(粒径＜0.088mm)40g，远红外陶瓷粉0.5g(0.1g的mgo，0.1g的al2o3，0.2g的tio2，0.06g的zro2，0.04g的fe2o3)，生物质活性碳纤维3g混合，搅拌均匀，得到预制混合粉；
(2)称取复合结合剂12.55g(酚醛树脂7g，无水乙醇5g，0.05g的h2n-ch2-ch2-so3h)，先将1/2的复合结合剂加入到步骤(1)得到的预制混合粉中，混合均匀后，再加入剩余的复合结合剂，混合均匀得到混合粉；
(3)对步骤(2)中的混合粉进行出料、成型，在115mpa下压实，保压时间2min；
(4)将步骤(3)中成型后的耐火材料经110℃干燥10h后，埋于装有4mm粒度焦炭的匣钵中在1400℃下保温3h，冷却后得到铁钩浇注料。
实施例2
(1)分别称取刚玉粉60g，白炭黑30g，碳化硅(粒径＜0.088mm)55g，远红外陶瓷粉2g(0.8g的mgo，0.1g的al2o3，0.5g的tio2，0.2g的zro2，0.4g的fe2o3)，生物质碳分子筛3g，生物质基活性炭6g混合，搅拌均匀，得到预制混合粉；
(2)称取复合结合剂16g(酚醛树脂8g，无水乙醇6g，0.3gh2n-ch(cooh)(ch2ch2conh2)，0.2g的nh2oh)，先将1/2的复合结合剂加入到步骤(1)得到的预制混合粉中，混合均匀后，再加入剩余的复合结合剂，混合均匀得到混合粉；
(3)对步骤(2)中的混合粉进行出料、成型，在135mpa下压实，保压时间4min；
(4)将步骤(3)中成型后的耐火材料经120℃干燥18h后，埋于装有8mm粒度焦炭的匣钵中在1600℃下保温5h，冷却后得到铁钩浇注料。
实施例3
(1)分别称取刚玉粉45g，白炭黑25g，碳化硅(粒径＜0.088mm)50g，远红外陶瓷粉1g(0.4g的mgo，0.05g的al2o3，0.25g的tio2，0.1g的zro2，0.2g的fe2o3)，生物质基活性炭6g混合，搅拌均匀，得到预制混合粉；
(2)称取复合结合剂14.3g(酚醛树脂7.5g，无水乙醇5.5g，改性白炭黑1g，0.2g的h2n-ch2(cooh)，0.1gnh2oh)，先将1/2的复合结合剂加入到步骤(1)得到的预制混合粉中，混合均匀后，再加入剩余的复合结合剂，混合均匀得到混合粉；
(3)对步骤(2)中的混合粉进行出料、成型，在125mpa下压实，保压时间3min；
(4)将步骤(3)中成型后的耐火材料经115℃干燥14h后，埋于装有6mm粒度焦炭的匣钵中在1500℃下保温4h，冷却后得到铁钩浇注料。
对比例
对比例与实施例1的不同之处在于，对比例的配方中未加入远红外陶瓷粉，碳素材料为沥青，结合剂为酚醛树脂，其余工艺与实施例1完全相同。
对实施例1-3和对比例制得的铁钩浇注料进行性能检测，结果如表1所示。
表1.性能检测结果
根据表1的结果可以看出，本发明提供的铁钩浇注料相对于传统的铁钩浇注料的游离醛含量大大降低，更为绿色环保；显孔隙率高，耐受温度高，具有良好的抗热震性能，可进出≥1250℃炉膛，不炸裂。
本发明以生物质衍生炭材料替代沥青，实现了原料的可再生性以及资源的有效利用；加入远红外陶瓷粉作为活性材料，有效提高了高炉铁沟料的耐高温和热震稳定性；用白炭黑替代二氧化硅，节约成本，生产工序简单，易于大规模生产；复合结合剂加入甲醛捕捉剂能够降低体系的游离醛含量，更为绿色环保。