本發明涉及耐火材料技術領域，具體而言涉及一種鎂鉻碳化硅耐火材料及其制備方法。
背景技術：
目前主要應用的鎂鉻材料是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。
目前的生產設備逐漸向大型化的方向發展，因此現在如何在生產過程中增加產量、提高質量、降低成本，成為能否增加生產效益的關鍵因素。在設備的使用過程中由于受化學侵蝕和滲透，以及急劇的周期性溫度變化等影響，材料容易變形。此時如果進行停爐維修則會造成大量的經濟損失，因此需要延長材料的使用壽命，而在其工作環境下要提高材料的使用壽命，降低成本，就需要材料具有優異的熱震穩定性和抗渣侵蝕性。
因此目前需要一種兼具有優良熱震穩定性和抗渣侵蝕性的耐火材料。
技術實現要素：
一種鎂鉻碳化硅耐火材料，包括以下重量份的原料：
高鋁礬土50～60份，鉻剛玉25～30份、石英砂10~15份、焦炭12~18份、硅粉4~12份、氧化鋁粉4～7份、碳酸鈣粉1~3份、二氧化硅粉1~3份、木質素磺酸鈉5~6份、四硼酸鈉5~10份、聚碳硅烷10~15份、三氧化二鉻10～15份、莫來石3~4份、電熔鎂砂5～10份。
首先在本發明中采用了高鋁礬土、鎂砂、鉻剛玉共同使用的方案，其中用鎂砂來加大材料體中的鎂含量，可以提高產品的耐火能力，在燒結過程中，鎂砂中的mgo和鉻剛玉中的cr203成分以及三氧化二鉻在燒結過程中相互擴散，形成點狀二次尖晶石，根據工藝以及所用原料不同，本發明材料在冷卻過程中形成不同程度的二次復合尖晶石以及方鎂石一二次尖晶石復合相等，形成了各相之間直接結合，鉻相被鎂砂包裹的結構。其中本發明在較高的溫度條件下進行合成，在高溫條件下，會有尖晶石發生脫溶情況發生，有利于二次尖晶石的產生，也有利于材料體中各相的相互結合結構的形成。使得產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品的抗渣侵蝕能力的提升。同時產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溫度，促進鉻成分更好地燒結成型，有助于提高產品的抗渣侵蝕能力。另外原料中的三氧化二鋁和氧化鎂也可以形成固溶物，其結構十分穩定，有助于提高產品的抗熱震能力和抗渣侵蝕能力，而且可以提高產品的耐熱性。
本發明使用了木質素磺酸鈉，由于木質素磺酸鈉的組織結構上存在各種活性基，在燒結過程中能與碳化硅晶體表面發生氫鍵作用，可以增強晶體的結構強度，從而增強耐火材料的強度。
其次燒結過程聚碳硅烷裂解為碳化硅纖維。高溫裂解形成的碳化硅纖維在燒結處理時，由于溫度的影響，會在表面生成一層致密的二氧化硅，隨著高溫氧化時間的延長，這層致密二氧化硅逐漸增厚將內部包裹起來，防止進一步氧化，從而增強了耐火材料的抗氧化性，而且碳化硅纖維可以將產生的晶體粘結起來，配合莫來石的粘結作用，增強了本發明的強度和韌性及抗熱震性，從而使耐火材料具有優良的抗熔渣滲透性、抗剝落性能高和抗渣蝕性。
作為優選，在使用前對所述的石英砂進行過篩，取用直徑在1~5微米的石英砂。
作為優選，所述的二氧化硅粉經過改性處理，所述的改性處理包括以下步驟：
a.將四聚丙烯苯磺酸鈉與水混合，配置濃度為0.2~0.5mol/l的改性劑；
b.將改性劑與二氧化硅粉以2：1質量比進行混合，然后在75~90℃條件下進行攪拌，攪拌轉速為400~450r/min，攪拌時間為1~2h。
通過對二氧化硅粉進行改性處理，通過四聚丙烯苯磺酸鈉與水混合制備成為改性劑，通過四聚丙烯苯磺酸鈉和二氧化硅相互結合，形成了單分子吸附層，從而加強了二氧化硅的分散性，從而提高了二氧化硅的活度，提高了二氧化硅與碳化硅的交互作用，幫助二氧化硅更好地分散到材料內，由于二氧化硅的加入有利于可以提高材料的抗氧化性。
作為優選，所述的電熔鎂砂粉經過霧化處理。
霧化處理是指將電熔鎂砂粉高溫熔化以后，在惰性氣體保護下離心霧化，然后在低溫速冷，使鎂液滴凝結成球形。首先采用快速冷卻工藝，電熔鎂砂粉晶粒細小，此外采用霧化工藝，鎂粉是球形，具有流動性好的特點。通過霧化處理可以使電熔鎂砂粉更均勻地混合在耐火材料內，防止局部鎂含量過高或過低影響耐火材料的結構強度及抗熱震性及抗高溫蠕變性。
一種鎂鉻碳化硅耐火材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備碳化硅粉體：將焦炭進行預處理后，將焦炭與石英砂混合，得到混合物，將所述的混合物進行加熱處理，得到碳化硅粉體；
（2）配料準備：將木質素磺酸鈉和四硼酸鈉與水以1:1的比例混合，然后加入碳化硅粉體和其余原料后充分混合，得到混合料；
（3）生坯處理：將在上述步驟（2）中的混合料在22~25mpa壓力下，壓制成型，得到生坯；
（4）燒結處理：將在步驟（3）中所述的烘干的生坯放入燒結爐中進行燒結，得到成品。
作為優選，在步驟（1）中所述的焦炭采用煤質焦炭，所述的預處理過程為將所述的焦炭進行球磨，干燥后過篩得到焦炭粉末，取用直徑在50~100微米之間的焦炭粉末。
首先，本發明采用煤質焦炭，因為煤質焦炭較石油焦炭具有易于研磨的特性，便于進行球磨操作，因為反應是發生在石英砂和焦炭的界面上，由于石英砂包裹住焦炭發生反應，因此焦炭的粒度大小直接決定碳化硅的粒度大小，總體而言焦炭的粒度越小，生產的碳化硅粒度越小，碳化硅的粒度小，而且在這個反應溫度下有碳化硅晶須產生，晶體細密和晶須都有助于碳化硅的晶須的連結，有助于提高碳化硅的強度和韌性。但是，在本發明實施過程中，發現焦炭直徑在50微米以下時，碳化硅發生了團聚的現象反而導致了碳化硅的強度下降，故此本發明采用了直徑在50~100微米之間的焦炭粉末。
作為優選，在步驟（1）中所述的熱處理過程中，升溫速率為40~45℃/min，燒結溫度為1400~1600℃。
作為優選，在步驟（4）過程中先升溫至100~110℃，保溫18~24h，然后繼續升溫至400~500℃時保持溫度在此區間內1~2h再繼續升溫至燒結溫度，燒結溫度為1800~2000℃，燒結時間為12~16h。
首先將發明在100~110℃的條件下保溫，可以減少材料中含水量，起到干燥的作用，有助于減小材料因為除水不盡而發生裂紋的情況，然后在400~500℃的條件下可以使聚碳硅烷中含有的聚硅烷發生轉化形成聚碳硅烷，提供了聚碳硅烷的純度和利用率，增強了本發明的強度和韌性及抗熱震性，從而使耐火材料具有優良的抗熔渣滲透性、抗剝落性能高和抗渣蝕能力。
本發明的有益效果在于本發明兼具有優良熱震穩定性和抗渣侵蝕性，而且本發明的制備方法簡單易實施。
具體實施方式
下面結合具體實施案例對本發明作進一步解釋：
實施例1
一種鎂鉻碳化硅耐火材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
高鋁礬土50～60份，鉻剛玉25～30份、石英砂10~15份、煤質焦炭12~18份、硅粉4~12份、氧化鋁粉4～7份、碳酸鈣粉1~3份、二氧化硅粉1~3份、木質素磺酸鈉5~6份、四硼酸鈉5~10份、聚碳硅烷10~15份、三氧化二鉻10～15份、莫來石3~4份、電熔鎂砂5～10份。
其中，在使用前對所述的石英砂進行過篩，取用直徑在1~5微米的石英砂。
其中，所述的二氧化硅粉經過改性處理，所述的改性處理包括以下步驟：
a.將十二烷基磺酸鈉與水混合，配置濃度為0.2mol/l的改性劑；
b.將改性劑與二氧化硅粉以2：1質量比進行混合，然后在75℃條件下進行攪拌，攪拌轉速為400r/min，攪拌時間為1h。
其中，所述的電熔鎂砂粉經過霧化處理。
一種鎂鉻碳化硅耐火材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備碳化硅粉體：將所述的焦炭進行球磨，干燥后過篩得到焦炭粉末，取用直徑在50~100微米之間的焦炭粉末，將經過預處理的焦炭與石英砂混合，得到混合物，將所述的混合物進行加熱處理，升溫速率為40℃/min，燒結溫度為1600℃，得到碳化硅粉體；
（2）配料準備：將木質素磺酸鈉和四硼酸鈉與水以1:1的比例混合，然后加入碳化硅粉體和其余原料后充分混合，得到混合料；
（3）生坯處理：將在上述步驟（2）中的混合料在25mpa壓力下，壓制成型，得到生坯；
（4）燒結處理：將在步驟（3）中所述的烘干的生坯放入燒結爐中，先升溫至110℃，保溫18h，然后繼續升溫至400℃時保持溫度在此區間內1h再繼續升溫至燒結溫度，燒結溫度為2000℃，燒結時間為12h，得到成品。
實施例2
一種鎂鉻碳化硅耐火材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
高鋁礬土50～60份，鉻剛玉25～30份、石英砂10~15份、煤質焦炭12~18份、硅粉4~12份、氧化鋁粉4～7份、碳酸鈣粉1~3份、二氧化硅粉1~3份、木質素磺酸鈉5~6份、四硼酸鈉5~10份、聚碳硅烷10~15份、三氧化二鉻10～15份、莫來石3~4份、電熔鎂砂5～10份。
其中，在使用前對所述的石英砂進行過篩，取用直徑在1~5微米的石英砂。
其中，所述的二氧化硅粉經過改性處理，所述的改性處理包括以下步驟：
a.將十二烷基磺酸鈉與水混合，配置濃度為0.2mol/l的改性劑；
b.將改性劑與二氧化硅粉以2：1質量比進行混合，然后在75℃條件下進行攪拌，攪拌轉速為400r/min，攪拌時間為1h。
其中，所述的電熔鎂砂粉經過霧化處理。
一種鎂鉻碳化硅耐火材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備碳化硅粉體：將所述的焦炭進行球磨，干燥后過篩得到焦炭粉末，取用直徑在50~100微米之間的焦炭粉末，將經過預處理的焦炭與石英砂混合，得到混合物，將所述的混合物進行加熱處理，升溫速率為40℃/min，燒結溫度為1600℃，得到碳化硅粉體；
（2）配料準備：將木質素磺酸鈉和四硼酸鈉與水以1:1的比例混合，然后加入碳化硅粉體和其余原料后充分混合，得到混合料；
（3）生坯處理：將在上述步驟（2）中的混合料在25mpa壓力下，壓制成型，得到生坯；
（4）燒結處理：將在步驟（3）中所述的烘干的生坯放入燒結爐中，先升溫至110℃，保溫18h，然后繼續升溫至400℃時保持溫度在此區間內1h再繼續升溫至燒結溫度，燒結溫度為2000℃，燒結時間為12h，得到成品。
實施例3
一種鎂鉻碳化硅耐火材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：
高鋁礬土50～60份，鉻剛玉25～30份、石英砂10~15份、煤質焦炭12~18份、硅粉4~12份、氧化鋁粉4～7份、碳酸鈣粉1~3份、二氧化硅粉1~3份、木質素磺酸鈉5~6份、四硼酸鈉5~10份、聚碳硅烷10~15份、三氧化二鉻10～15份、莫來石3~4份、電熔鎂砂5～10份。
其中，在使用前對所述的石英砂進行過篩，取用直徑在1~5微米的石英砂。
其中，所述的二氧化硅粉經過改性處理，所述的改性處理包括以下步驟：
a.將十二烷基磺酸鈉與水混合，配置濃度為0.2mol/l的改性劑；
b.將改性劑與二氧化硅粉以2：1質量比進行混合，然后在75℃條件下進行攪拌，攪拌轉速為400r/min，攪拌時間為1h。
其中，所述的電熔鎂砂粉經過霧化處理。
一種鎂鉻碳化硅耐火材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備碳化硅粉體：將所述的焦炭進行球磨，干燥后過篩得到焦炭粉末，取用直徑在50~100微米之間的焦炭粉末，將經過預處理的焦炭與石英砂混合，得到混合物，將所述的混合物進行加熱處理，升溫速率為40℃/min，燒結溫度為1600℃，得到碳化硅粉體；
（2）配料準備：將木質素磺酸鈉和四硼酸鈉與水以1:1的比例混合，然后加入碳化硅粉體和其余原料后充分混合，得到混合料；
（3）生坯處理：將在上述步驟（2）中的混合料在25mpa壓力下，壓制成型，得到生坯；
（4）燒結處理：將在步驟（3）中所述的烘干的生坯放入燒結爐中，先升溫至110℃，保溫18h，然后繼續升溫至400℃時保持溫度在此區間內1h再繼續升溫至燒結溫度，燒結溫度為2000℃，燒結時間為12h，得到成品。
優選實施例3得到耐火材料的性能數據如下：
顯氣孔率10%，荷重軟化溫度1990℃，常溫耐壓強度45mpa，在taber磨耗試驗機上，以磨輪旋轉1000次得到磨耗量為45.9g加熱永久線變化（1450℃×2h）／%為0.2。
對于抗熱震性的檢測，本發明將優選實施例3抗折強度為18.8mpa然后在1600攝氏度保溫20min后再20攝氏度冷水中急冷，反復進行10次，抗折強度為11.6mpa。
綜上所述本發明具有良好的強度和韌性及強耐磨性和抗侵蝕能力，同時本發明也表現出良好的抗熱震性。