本发明属于耐火材料
技术领域：
，具体涉及一种高强度耐火材料的制备方法。
背景技术：
：耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。但仅以耐火度来定义已不能全面描述耐火材料了，1580℃并不是绝对的。现定义为凡物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50%～60%。它是为高温技术服务的基础材料，是用作高温窑炉等热工设备的结构材料，以及工业高温容器和部件的材料，并且能够承受相应的物理化学变化及机械作用。大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云石）为原料制造的，采用某些工业原料和人工合成原料（如工业氧化铝、碳化硅、合成莫来石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的种类很多。耐火材料按照矿物组成可以分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊耐火材料；按照制造方法可以分为天然矿石和人造制品；按其方式可分为块状制品和不定形耐火材料；按照热处理方式可分为不烧制品、烧成制品和熔铸制品；按照耐火度可分为普通、高级和特级耐火制品；按照化学性质可分为酸性、中性及碱性耐火材料；按照其密度可分为轻质及重质耐火材料；按照其制品的形状和尺寸可分为标准砖、异形砖、特异形砖、管和耐火器皿；还可以按其应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑用耐火材料等。耐火材料应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。自2001年以来，在钢铁、有色、石化、建材等高温工业高速发展的强力拉动下，耐火材料行业保持着良好的增长态势，已成为世界耐火材料的生产和出口大国。2011年中国耐火材料产量约占全球的65%，产销量稳居世界耐火材料第一。无机非金属材料的机械韧性较差是无机非金属和材料中普遍存在的一个问题，作为同属无机非金属材料的耐火材料，其机械韧性也较差，虽然在使用过程中耐火材料几乎不需要进行移动，但是其较差的机械韧性也影响到了其高温时候的抗热震性能，在急冷急热和使用的间隙由于较大的温差耐火材料极易在热胀冷缩作用下发生开裂、剥落等影响耐火材料完整性的情况，降低了耐火材料的使用寿命；同时对于那些需要经常进行移动的耐火材料制品，其较差的机械韧性则会大大增加耐火制品的损坏率，影响其日常使用。目前耐火材料存在：机械强度一般、耐火性能低，热稳定性不足等问题。因此，发明一种优良耐火材料的对耐火材料
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对目前耐火材料机械强度一般、耐火性能低，热稳定性不足的缺陷，提供了一种高强度耐火材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度耐火材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：将煅烧产物、酚醛树脂、氧化钛、质量分数为30～35%的乙醇溶液、过硫酸铵、四甲基乙二胺投入搅拌釜中混合均匀制得预制混合物，将预制混合物倒入模具中，将模具置于恒温恒湿箱中，在温度为30～35℃和相对空气湿度为70～80%的条件下固化，固化后脱模即得高强度耐火材料；所述的煅烧产物的具体制备步骤为：（1）将反应浆液投入抽滤机中进行抽滤，得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应产物，将反应产物与硅粉投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为60～80r/min的条件下研磨40～60min，研磨后过100目筛得到研磨产物；（2）将研磨产物与刚玉粉末投入行星球磨机中研磨混合过50目筛制得待反应混料，将待反应混料投入烘箱中，在温度为100～120℃的条件下干燥4～5h，干燥后投入马弗炉中，密闭马弗炉，将马弗炉内充满氩气，升高炉内温度至240～260℃，恒温预热40～50min，再次升高炉内温度至900～1000℃，高温处理1～2h制得煅烧产物；所述的反应浆液的具体制备步骤为：（1）将豆粕与甘蔗渣投入烧杯中，用蒸馏水浸渍，将烧杯置于水浴温度为90～100℃的水浴锅中，恒温静置40～60min，向烧杯中滴加质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液调节ph值至10～12，恒温下用搅拌装置以300～350r/min的转速搅拌60～80min制得混合液；（2）向烧杯中添加碳黑粉末，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为36～40khz的条件下振荡100～120min制得混合浆液，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中质量分数为10～15%的乙酸溶液，混合均匀制得酸性混合液；（3）向烧杯中加入氧化铝微粉，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为10～15%的盐酸调节ph值至2～3，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后将烧杯投入微波反应器中处理10～15min制得反应浆液。优选的按重量份数计，所述的煅烧产物为14～16份、酚醛树脂为6～8份、氧化钛为1.0～1.2份、质量分数为30～35%的乙醇溶液为20～22份、过硫酸铵为0.2～0.4份、四甲基乙二胺为1～2份。煅烧产物的具体制备步骤（1）中所述的反应产物与硅粉的质量比为20:1。煅烧产物的具体制备步骤（2）中所述的研磨产物与刚玉粉末的质量比为30:1。反应浆液的具体制备步骤（1）中所述的豆粕与甘蔗渣的质量比为5:1。反应浆液的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中添加的碳黑粉末的质量为混合液质量的2～4%。反应浆液的具体制备步骤（2）中所述的向烧杯中滴加的质量分数为10～15%的乙酸溶液的质量为混合浆液质量的20～25%。反应浆液的具体制备步骤（3）中所述的向烧杯中加入的氧化铝微粉的质量为酸性混合液质量的4～6%。本发明的有益技术效果是：（1）本发明首先将豆粕与甘蔗渣投入水中高温水煮，再加入碱液混合制得混合液，随后向混合液中加入碳黑振荡混合，混合后加入乙酸制得酸性混合液，然后向酸性混合液中加入氧化铝，再滴加盐酸调节ph值并进行微波处理制得反应浆液，随后将反应浆液进行抽滤，抽滤后洗涤研磨制得研磨产物，再将研磨产物与刚玉混合研磨，高温处理制得煅烧产物，最后将煅烧产物、酚醛树脂、氧化钛以及其它物料混合，投入模具中固化，脱模即得高强度耐火材料，本发明将豆粕、甘蔗渣经过高温水煮和碱液加热使豆粕和甘蔗渣中的植物纤维分离，同时溶解其中含有的蛋白质、蔗糖等成分，纤维成分通过高温水煮，使纤维碳链断裂，生成小分子纤维成分，提高纤维与周围成分之间的接触面积，从而提高纤维与其它成分之间的接触程度，利用纤维成分粘结耐火材料中各成分，在高温处理后使纤维成分碳化，与周围各成分之间形成共价键吸附作用，从而加强吸附作用，进一步提高耐火材料的结构强度，同时纤维在炭化后具有一定程度的韧性和结构强度，从而提高耐火材料的机械强度和力学性能；（2）本发明将铝离子引入植物纤维中，利用ph值调节生成氢氧化铝成分，经过加热使氢氧化铝分解生成氧化铝成分，分散于纤维成分中，有利于提高纤维成分的力学强度，从而加强耐火材料的结构强度，同时还利用纤维成分增强氧化铝的分散程度，利用纤维成分对耐火材料进行一定程度的包覆作用，增强耐火材料的耐火性能，提高耐火材料的热稳定性，具有广阔的应用前景。具体实施方式将豆粕与甘蔗渣按质量比为5:1投入烧杯中，用蒸馏水浸渍，将烧杯置于水浴温度为90～100℃的水浴锅中，恒温静置40～60min，向烧杯中滴加质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液调节ph值至10～12，恒温下用搅拌装置以300～350r/min的转速搅拌60～80min制得混合液；向上述烧杯中添加混合液质量2～4%的碳黑粉末，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为36～40khz的条件下振荡100～120min制得混合浆液，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中滴加混合浆液质量20～25%的质量分数为10～15%的乙酸溶液，混合均匀制得酸性混合液；向烧杯中加入酸性混合液质量4～6%的氧化铝微粉，用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为10～15%的盐酸调节ph值至2～3，继续用搅拌器以500～600r/min的转速搅拌30～40min，搅拌后将烧杯投入微波反应器中处理10～15min制得反应浆液；将上述反应浆液投入抽滤机中进行抽滤，得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次制得反应产物，将反应产物与硅粉按质量比为20:1投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为60～80r/min的条件下研磨40～60min，研磨后过100目筛得到研磨产物；将上述研磨产物与刚玉粉末按质量比为30:1投入行星球磨机中研磨混合过50目筛制得待反应混料，将待反应混料投入烘箱中，在温度为100～120℃的条件下干燥4～5h，干燥后投入马弗炉中，密闭马弗炉，将马弗炉内充满氩气，升高炉内温度至240～260℃，恒温预热40～50min，再次升高炉内温度至900～1000℃，高温处理1～2h制得煅烧产物；按重量份数计，将14～16份上述煅烧产物、6～8份酚醛树脂、1.0～1.2份氧化钛、20～22份质量分数为30～35%的乙醇溶液、0.2～0.4份过硫酸铵、1～2份四甲基乙二胺投入搅拌釜中混合均匀制得预制混合物，将预制混合物倒入模具中，将模具置于恒温恒湿箱中，在温度为30～35℃和相对空气湿度为70～80%的条件下固化，固化后脱模即得高强度耐火材料。实施例1混合液的制备：将豆粕与甘蔗渣按质量比为5:1投入烧杯中，用蒸馏水浸渍，将烧杯置于水浴温度为90℃的水浴锅中，恒温静置40min，向烧杯中滴加质量分数为8%的氢氧化钠溶液调节ph值至10，恒温下用搅拌装置以300r/min的转速搅拌60min制得混合液；酸性混合液的制备：向上述烧杯中添加混合液质量2%的碳黑粉末，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为36khz的条件下振荡100min制得混合浆液，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中滴加混合浆液质量20%的质量分数为10%的乙酸溶液，混合均匀制得酸性混合液；反应浆液的制备：向烧杯中加入酸性混合液质量4%的氧化铝微粉，用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为10%的盐酸调节ph值至2，继续用搅拌器以500r/min的转速搅拌30min，搅拌后将烧杯投入微波反应器中处理10min制得反应浆液；研磨产物的制备：将上述反应浆液投入抽滤机中进行抽滤，得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次制得反应产物，将反应产物与硅粉按质量比为20:1投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为60r/min的条件下研磨40min，研磨后过100目筛得到研磨产物；煅烧产物的制备：将上述研磨产物与刚玉粉末按质量比为30:1投入行星球磨机中研磨混合过50目筛制得待反应混料，将待反应混料投入烘箱中，在温度为100℃的条件下干燥4h，干燥后投入马弗炉中，密闭马弗炉，将马弗炉内充满氩气，升高炉内温度至240℃，恒温预热40min，再次升高炉内温度至900℃，高温处理1h制得煅烧产物；高强度耐火材料的制备：按重量份数计，将14份上述煅烧产物、6份酚醛树脂、1.0份氧化钛、20份质量分数为30%的乙醇溶液、0.2份过硫酸铵、1份四甲基乙二胺投入搅拌釜中混合均匀制得预制混合物，将预制混合物倒入模具中，将模具置于恒温恒湿箱中，在温度为30℃和相对空气湿度为70%的条件下固化，固化后脱模即得高强度耐火材料。实施例2混合液的制备：将豆粕与甘蔗渣按质量比为5:1投入烧杯中，用蒸馏水浸渍，将烧杯置于水浴温度为95℃的水浴锅中，恒温静置50min，向烧杯中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节ph值至11，恒温下用搅拌装置以325r/min的转速搅拌70min制得混合液；酸性混合液的制备：向上述烧杯中添加混合液质量3%的碳黑粉末，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为38khz的条件下振荡110min制得混合浆液，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中滴加混合浆液质量22.5%的质量分数为12.5%的乙酸溶液，混合均匀制得酸性混合液；反应浆液的制备：向烧杯中加入酸性混合液质量5%的氧化铝微粉，用搅拌器以550r/min的转速搅拌35min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为12.5%的盐酸调节ph值至2.5，继续用搅拌器以550r/min的转速搅拌35min，搅拌后将烧杯投入微波反应器中处理12.5min制得反应浆液；研磨产物的制备：将上述反应浆液投入抽滤机中进行抽滤，得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次制得反应产物，将反应产物与硅粉按质量比为20:1投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为70r/min的条件下研磨50min，研磨后过100目筛得到研磨产物；煅烧产物的制备：将上述研磨产物与刚玉粉末按质量比为30:1投入行星球磨机中研磨混合过50目筛制得待反应混料，将待反应混料投入烘箱中，在温度为110℃的条件下干燥4.5h，干燥后投入马弗炉中，密闭马弗炉，将马弗炉内充满氩气，升高炉内温度至250℃，恒温预热45min，再次升高炉内温度至950℃，高温处理1.5h制得煅烧产物；高强度耐火材料的制备：按重量份数计，将15份上述煅烧产物、7份酚醛树脂、1.1份氧化钛、21份质量分数为32.5%的乙醇溶液、0.3份过硫酸铵、1.5份四甲基乙二胺投入搅拌釜中混合均匀制得预制混合物，将预制混合物倒入模具中，将模具置于恒温恒湿箱中，在温度为32.5℃和相对空气湿度为75%的条件下固化，固化后脱模即得高强度耐火材料。实施例3混合液的制备：将豆粕与甘蔗渣按质量比为5:1投入烧杯中，用蒸馏水浸渍，将烧杯置于水浴温度为100℃的水浴锅中，恒温静置60min，向烧杯中滴加质量分数为12%的氢氧化钠溶液调节ph值至12，恒温下用搅拌装置以350r/min的转速搅拌80min制得混合液；酸性混合液的制备：向上述烧杯中添加混合液质量4%的碳黑粉末，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为40khz的条件下振荡120min制得混合浆液，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中滴加混合浆液质量25%的质量分数为15%的乙酸溶液，混合均匀制得酸性混合液；反应浆液的制备：向烧杯中加入酸性混合液质量6%的氧化铝微粉，用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为15%的盐酸调节ph值至3，继续用搅拌器以600r/min的转速搅拌40min，搅拌后将烧杯投入微波反应器中处理15min制得反应浆液；研磨产物的制备：将上述反应浆液投入抽滤机中进行抽滤，得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次制得反应产物，将反应产物与硅粉按质量比为20:1投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为80r/min的条件下研磨60min，研磨后过100目筛得到研磨产物；煅烧产物的制备：将上述研磨产物与刚玉粉末按质量比为30:1投入行星球磨机中研磨混合过50目筛制得待反应混料，将待反应混料投入烘箱中，在温度为120℃的条件下干燥5h，干燥后投入马弗炉中，密闭马弗炉，将马弗炉内充满氩气，升高炉内温度至260℃，恒温预热50min，再次升高炉内温度至1000℃，高温处理2h制得煅烧产物；高强度耐火材料的制备：按重量份数计，将16份上述煅烧产物、8份酚醛树脂、1.2份氧化钛、22份质量分数为35%的乙醇溶液、0.4份过硫酸铵、2份四甲基乙二胺投入搅拌釜中混合均匀制得预制混合物，将预制混合物倒入模具中，将模具置于恒温恒湿箱中，在温度为35℃和相对空气湿度为80%的条件下固化，固化后脱模即得高强度耐火材料。对比例1与实例1的制备方法基本相同，区别在于缺少反应浆液。对比例2与实例1的制备方法基本相同，区别在于缺少煅烧产物。对比例3广州某公司生产的耐火材料。分别对本发明和对比例中的耐火材料进行性能检测，检测结果如表1所示：检测方法：耐火度测试采用gb/t7322-2007记载的方法进行，最大使用温度≥1800℃。常温耐压强度采用gb/t5072-2008记载的方法进行。荷重软化温度采用gb/t5989-2008记载的方法进行断裂韧性采用本领域公知的senb法进行测试。表1耐火材料性能测定结果测试项目实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3耐火度（℃）190319501998181018501875常温耐压强度（mpa）125130138108115120荷重软化温度（℃）186318751890181018351850断裂韧性（mpa·m1/2）1.451.511.561.361.381.41通过表1能够看出，本发明制备的高强度耐火材料，机械强度较好，耐火性能较高，热稳定性较佳，有广阔的应用前景。以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12