一种回转窑内部用耐火材料的制作方法

1.本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种回转窑内部用耐火材料。


背景技术：

2.回转窑主要分为水泥窑、冶金化工窑和石灰窑等，对固体物料进行机械、物理或化学处理，广泛应用在冶金、化工等生产行业中，回转窑包括窑壳、胎环、止推滚轮等结构，其中耐火材料对回转窑的运行和安全性有很大影响，对回转窑耐火材料的耐高温性、耐磨蚀性、机械强度等综合性能提出了更高的要求，因此开发高性能的回转窑耐火材料具有重要的意义，如专利cn104140279b公开了利用碳化硅、多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷细粉、硅微粉等为主要原料，制备了高性能的回转窑用耐火材料；文献《sic及添加剂对水泥回转窑用硅莫砖性能的影响》，利用高铝矾土熟料、碳化硅为主要原料，制成了硅莫砖耐火材料，具有更好的强度和抗热震性；目前回转窑耐火材料主要以莫来石作为主要原料，存在强度低、易磨损、使用寿命短等缺点，本发明旨在以碳化硅包覆二氧化硅复合材料作为主要原料，制备高强度、耐磨损性优良的回转窑耐火材料。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种回转窑内部用耐火材料，解决了回转窑耐火材料强度低、磨损量高等性能较差的问题。
4.（二）技术方案为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种回转窑内部用耐火材料，包括碳化硅包覆二氧化硅复合微球、莫来石、纳米二氧化锆、板状刚玉、纳米氮化硼、红柱石，其特征在于：所述回转窑内部用耐火材料中以重量份数计碳化硅包覆二氧化硅复合微球的用量为22-64份、莫来石为25-45份、纳米二氧化锆为2-8份、板状刚玉为2-8份、纳米氮化硼4-10份、红柱石为2-10份。
5.优选的，所述回转窑内部用耐火材料按照如下方法制备：s1、将碳化硅-二氧化硅复合微球、莫来石、纳米二氧化锆、板状刚玉、纳米氮化硼、红柱石混合均匀，然后压制成型得到耐火坯料。
6.s2：将耐火坯料在氮气氛围中进行热处理，升温速率5-10℃/min，热处理温度1300-1600 ℃，时间3-8 h，得到回转窑内部用耐火材料。
7.优选的，所述纳米二氧化锆粒径控制为20-500 nm，纳米氮化硼的粒径控制为50-800 nm。
8.优选的，所述碳化硅包覆二氧化硅复合微球按照如下方法制备：s3：将纳米二氧化硅超声分散到乙醇溶剂中，然后加入氨基硅烷偶联剂，加热至70-85 ℃回流反应2-4 h，离心分离，蒸馏水洗涤，得到改性纳米二氧化硅。
9.s4：将羧基化石墨烯和改性纳米二氧化硅分散到n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入
二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，在20-40 ℃中搅拌反应24-48 h，反应后过滤溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤，得到石墨烯包覆二氧化硅。
10.s5：将石墨烯包覆二氧化硅和单质硅粉混合均匀，在氩气气氛中进行热处理，得到碳化硅包覆二氧化硅复合微球。
11.优选的，所述纳米二氧化硅的粒径控制为10-20 nm；羧基化石墨烯片径为200-500 nm，厚度为0.8-1.2nm，羧基含量2-5%。
12.优选的，所述s4中羧基化石墨烯、改性纳米二氧化硅、二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的质量比例为1-5:1:2-15:0.2-2。
13.优选的，所述s5中石墨烯包覆二氧化硅和单质硅粉的质量比例为1:2-6。
14.优选的，所述s5中热处理过程控制升温速率5-10℃/min，在800-1200 ℃中热处理2-3 h，然后在1500-1800 ℃中热处理2-4 h。
15.（三）有益的技术效果与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：回转窑内部用耐火材料，利用羧基化石墨烯和改性纳米二氧化硅发生酰胺化反应，通过化学接枝方法在纳米二氧化硅表面紧密包覆了一层纳米石墨烯层，然后以纳米石墨烯层作为碳源，与单质硅粉高温热还原反应生成纳米碳化硅，并包覆二氧化硅形成复合微球结构，以碳化硅包覆二氧化硅复合微球作为耐火材料和增强相，与莫来石、纳米二氧化锆、板状刚玉、纳米氮化硼热处理得到回转窑耐火材料，具有优异的耐压强度、抗折强度和耐磨性，在高温下可以产生微膨胀效应，可以抵消了烧结收缩现象，使耐火材料的结构更加紧密，在回转窑旋转过程中可以起到有力支撑，从而提高耐火材料的耐高温性能。
具体实施方式
16.实施例1（1）将0.5 g的平均粒径为15 nm的纳米二氧化硅超声分散到乙醇溶剂中，然后加入0.05 g的3-氨基丙基三甲氧基硅烷，加热至85 ℃回流反应3 h，离心分离，蒸馏水洗涤，得到改性纳米二氧化硅。
17.（2）将0.1 g的羧基化石墨烯和0.1 g的改性纳米二氧化硅分散到n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入0.2 g的二环己基碳二亚胺和0.02 g的4-二甲氨基吡啶，在30 ℃中搅拌反应36 h，反应后过滤溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤，得到石墨烯包覆二氧化硅。
18.（3）将0.2 g的石墨烯包覆二氧化硅和0.4 g的单质硅粉混合均匀，在氩气气氛中进行热处理，控制升温速率10℃/min，在1200 ℃中热处理2 h，然后在1600 ℃中热处理3 h，得到碳化硅包覆二氧化硅复合微球。
19.（4）将1280 g的碳化硅包覆二氧化硅复合微球、500 g莫来石、40 g的平均粒径为200 nm的纳米二氧化锆、40 g的板状刚玉、80 g的平均粒径为500 nm纳米氮化硼、60 g的红柱石。混合均匀，然后压制成型得到耐火坯料。
20.（5）将耐火坯料在氮气氛围中进行热处理，升温速率10 ℃/min，热处理温度1600 ℃，时间3 h，得到回转窑内部用耐火材料。
21.实施例2（1）将0.5 g的纳米二氧化硅超声分散到乙醇溶剂中，然后加入0.03 g的3-氨基丙
基三甲氧基硅烷，加热至85 ℃回流反应4 h，离心分离，蒸馏水洗涤，得到改性纳米二氧化硅。
22.（2）将0.3 g的羧基化石墨烯和0.1 g的改性纳米二氧化硅分散到n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入0.8 g的二环己基碳二亚胺和0.1 g的4-二甲氨基吡啶，在40 ℃中搅拌反应36 h，反应后过滤溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤，得到石墨烯包覆二氧化硅。
23.（3）将0.2 g的石墨烯包覆二氧化硅和0.7 g的单质硅粉混合均匀，在氩气气氛中进行热处理，控制升温速率5 ℃/min，在1000 ℃中热处理3 h，然后在1800 ℃中热处理2 h，得到碳化硅包覆二氧化硅复合微球。
24.（4）将760 g的碳化硅包覆二氧化硅复合微球、760 g莫来石、100 g的平均粒径为200 nm的纳米二氧化锆、120 g的板状刚玉、140 g的平均粒径为500 nm纳米氮化硼、120 g的红柱石。混合均匀，然后压制成型得到耐火坯料。
25.（5）将耐火坯料在氮气氛围中进行热处理，升温速率10 ℃/min，热处理温度1500 ℃，时间4 h，得到回转窑内部用耐火材料。
26.实施例3（1）将0.5 g的纳米二氧化硅超声分散到乙醇溶剂中，然后加入0.05 g的3-氨基丙基三甲氧基硅烷，加热至80 ℃回流反应2 h，离心分离，蒸馏水洗涤，得到改性纳米二氧化硅。
27.（2）将0.5 g的羧基化石墨烯和0.1 g的改性纳米二氧化硅分散到n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入1.5 g的二环己基碳二亚胺和0.2 g的4-二甲氨基吡啶，在20 ℃中搅拌反应48 h，反应后过滤溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤，得到石墨烯包覆二氧化硅。
28.（3）将0.2 g的石墨烯包覆二氧化硅和1.2 g的单质硅粉混合均匀，在氩气气氛中进行热处理，控制升温速率5 ℃/min，在800 ℃中热处理3 h，然后在1500 ℃中热处理4 h，得到碳化硅包覆二氧化硅复合微球。
29.（4）将440 g的碳化硅包覆二氧化硅复合微球、900 g莫来石、160 g的平均粒径为200 nm的纳米二氧化锆、160 g的板状刚玉、100 g的平均粒径为500 nm纳米氮化硼、140 g的红柱石。混合均匀，然后压制成型得到耐火坯料。
30.（5）将耐火坯料在氮气氛围中进行热处理，升温速率10 ℃/min，热处理温度1500 ℃，时间3 h，得到回转窑内部用耐火材料。
31.对比例1（1）将820 g的碳化硅、800 g莫来石、60 g的平均粒径为200 nm的纳米二氧化锆、100 g的板状刚玉、100 g的平均粒径为500 nm纳米氮化硼、120 g的红柱石。混合均匀，然后压制成型得到耐火坯料。
32.（2）将耐火坯料在氮气氛围中进行热处理，升温速率10 ℃/min，热处理温度1500 ℃，时间3 h，得到回转窑内部用耐火材料。
33.通过耐压试验仪测试耐火材料的耐压强度，参照gb/t 5072-2008；通过抗折实验机测试耐火材料的抗折强度，参照gb/t3001-2007；将耐火材料在1000 ℃中保温1 h，然后测试其高温抗折强度，参照gb/t3002-2004；通过磨损试验机测试耐火材料的耐磨性，参照gb/t 18301-2012。
耐压强度（mpa）抗折强度（mpa）高温抗折强度（mpa）体积密度（g/cm3）磨损量（cm3）
实施例1122.723.26.92.723.9实施例2142.626.77.32.653.5实施例3136.822.95.82.694.8对比例1108.717.95.32.817.1
34.磨损量=（m
1-m2）/ρ，m1为磨损前质量，m2为磨损后质量，ρ为体积密度。