本發明涉及耐火材料技術領域，尤其涉及一種耐高溫和高熱震穩定性的鐵鉤澆注料及其制備方法。
背景技術：
在資源、環境日益成為制約我國耐火材料行業發展的“瓶頸”，經濟和市場發展形勢發生變化的情況下，耐火材料行業的發展之路面臨著多重考驗和挑戰。出鐵溝是高溫鐵水和熔渣流經的通道，對日常高爐煉鐵的順行起者至關重要的作用。鐵鉤澆注料作為出鐵溝重要的耐火材料，直接受到鐵水和熔渣的高溫沖刷和化學腐蝕，同時還受到溫度的急冷急熱的變化，這就需要高爐鐵溝料具有較強的耐高溫和熱震穩定性等性能。然而，鐵鉤澆注料的作業現場常產生煙塵和難聞的氣味，環境及其惡劣，危害工人的健康，不利于環保。造成該結果的主要原因為：瀝青原料比其它碳原料更富有親水性，而且分散性也優越，大部分的鐵鉤澆注料使用瀝青作為主要原料，但瀝青原料通過煤干餾獲得的煤系瀝青含有苯并芘等致癌性的污染環境物質，在熱態施工和干燥升溫中，鐵鉤澆注料的瀝青原料中的揮發分氣化，并產生煙塵和難聞的氣味。
中國專利文獻上公開了一種“高爐鐵鉤澆注料及其制備方法”，其公告號為cn105000898a，該發明由剛玉粉、碳化硅粉、粘土、水泥、α-al2o3、二氧化硅、三聚磷酸鈉、鋁粉、有機纖維、高鋁粉煤灰制成，在保證澆注料滿足要求的同時，降低了成本。但是該發明雖然成本較低，但是其各項指標性能并沒有檢測，同時也沒有解決污染問題。因此，如何加大新技術、環保原料在鐵鉤澆注料設計和制造過程中的應用，在不降低鐵溝澆注料性能的前提下，實現無瀝青化是本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明為了克服傳統的鐵鉤澆注料成份對環境造成污染的問題，提供了一種綠色環保、耐高溫和高熱震穩定性的鐵鉤澆注料。
本發明還提供了一種工藝簡單的鐵鉤澆注料的制備方法。
為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
一種鐵鉤澆注料，所述鐵鉤澆注料由以下重量份的原料制成：剛玉粉30～60份，白炭黑15～30份，碳化硅40～55份，遠紅外陶瓷粉0.5～2份，生物質衍生炭材料3～9份和復合結合劑0.5～1.5份。
本發明采用白炭黑替代二氧化硅，能夠節約成本；采用生物質衍生炭材料替代傳統的不可再生的碳素材料作為原料，生物質衍生炭材料是以原始生物質(樹葉、莖桿、果殼)，生物質衍生物(纖維素、木質素、半纖維素、蛋白質、二糖、單糖)為原料經過煅燒熱解處理，經活化劑活化后得到的生物材料，利用生物質原料制備各種碳材料，可以降低碳材料生產成本，實現碳材料的可持續發展。
遠紅外陶瓷粉能夠輻射出比正常物體更多的遠紅外線(紅外輻射率更高)，具有活化功能。本發明在配方組分中加入少量的遠紅外陶瓷粉，通過分子間的協同作用，增加材料的活性，可以提高鐵鉤澆注料的耐高溫和抗滲透性。
作為優選，所述遠紅外陶瓷粉由以下重量份的原料組成：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。
作為優選，所述生物質衍生炭材料為生物質活性碳纖維、生物質碳分子篩和生物質基活性炭中的一種或幾種。
作為優選，所述碳化硅的粒徑小于0.088mm。
作為優選，所述復合結合劑由以下重量份的原料制成：酚醛樹脂7～8份，無水乙醇5～6份，甲醛捕捉劑0.05～0.5份，所述甲醛捕捉劑為含有伯胺基團的化合物。
本發明的鐵鉤澆注料采用復合結合劑，該復合結合劑為加入甲醛捕捉劑的改性酚醛樹脂，甲醛捕捉劑具有伯胺基團，具有下式：r-nh2，其中，r選自-oh，-ch2-ch2-so3h，-ch2(cooh)和-ch(cooh)(ch2ch2conh2)中的一種或幾種，可以有效降低體系中的游離醛。其原理為：酸性條件下，甲醛捕捉劑中的伯胺基團與酚醛樹脂中游離醛的羰基在45～60℃條件下可以發生親核加成反應生成rnhch2oh，該結構穩定性很差，可以迅速脫水生成rnh＝ch2，并互相之間發生縮合反應，形成聚合物交聯劑。該反應一方面可以減少體系中游離醛的含量，另一方面可以生成網絡狀的聚合物交聯劑，可以對酚醛樹脂改性增韌，提高其耐熱性能和粘結性。本發明以該復合結合劑制得的鐵鉤澆注料中游離醛的含量可以大大降低，更為安全、綠色環保，同時復合結合劑的增韌效果大大增加了鐵鉤澆注料的熱震穩定性。
一種鐵鉤澆注料的制備方法，包括以下步驟：
(1)按上述重量份分別稱取剛玉粉，白炭黑，碳化硅，遠紅外陶瓷粉和生物質衍生炭材料混合攪拌均勻，得到預制混合粉；
(2)稱取上述重量份的復合結合劑，先將1/2的復合結合劑加入到步驟(1)得到的預制混合粉中，混合均勻后，再加入剩余的復合結合劑，混合均勻得到混合粉；
(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在115～135mpa下壓實，保壓時間2～4min；(4)將步驟(3)中成型后的耐火材料經110～120℃干燥10～18h后，埋于裝有4～8mm粒度焦炭的匣缽中在1400～1600℃下保溫3～5h，冷卻后得到鐵鉤澆注料。
復合結合劑分兩次加入有利于充分混合，使得制備的鐵鉤澆注料的穩定性好。
本發明具有如下有益效果：
(1)以生物質衍生炭材料替代瀝青，實現了原料的可再生性以及資源的有效利用；
(2)加入遠紅外陶瓷粉作為活性材料，有效提高了鐵鉤澆注料的耐高溫和熱震穩定性；
(3)該鐵鉤澆注料用白炭黑替代二氧化硅，節約成本，生產工序簡單，易于大規模生產；
(4)復合結合劑加入甲醛捕捉劑能夠降低體系的游離醛含量，更為綠色環保。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。
實施例1
(1)分別稱取剛玉粉30g，白炭黑15g，碳化硅(粒徑＜0.088mm)40g，遠紅外陶瓷粉0.5g(0.1g的mgo，0.1g的al2o3，0.2g的tio2，0.06g的zro2，0.04g的fe2o3)，生物質活性碳纖維3g混合，攪拌均勻，得到預制混合粉；
(2)稱取復合結合劑12.55g(酚醛樹脂7g，無水乙醇5g，0.05g的h2n-ch2-ch2-so3h)，先將1/2的復合結合劑加入到步驟(1)得到的預制混合粉中，混合均勻后，再加入剩余的復合結合劑，混合均勻得到混合粉；
(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在115mpa下壓實，保壓時間2min；
(4)將步驟(3)中成型后的耐火材料經110℃干燥10h后，埋于裝有4mm粒度焦炭的匣缽中在1400℃下保溫3h，冷卻后得到鐵鉤澆注料。
實施例2
(1)分別稱取剛玉粉60g，白炭黑30g，碳化硅(粒徑＜0.088mm)55g，遠紅外陶瓷粉2g(0.8g的mgo，0.1g的al2o3，0.5g的tio2，0.2g的zro2，0.4g的fe2o3)，生物質碳分子篩3g，生物質基活性炭6g混合，攪拌均勻，得到預制混合粉；
(2)稱取復合結合劑16g(酚醛樹脂8g，無水乙醇6g，0.3gh2n-ch(cooh)(ch2ch2conh2)，0.2g的nh2oh)，先將1/2的復合結合劑加入到步驟(1)得到的預制混合粉中，混合均勻后，再加入剩余的復合結合劑，混合均勻得到混合粉；
(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在135mpa下壓實，保壓時間4min；
(4)將步驟(3)中成型后的耐火材料經120℃干燥18h后，埋于裝有8mm粒度焦炭的匣缽中在1600℃下保溫5h，冷卻后得到鐵鉤澆注料。
實施例3
(1)分別稱取剛玉粉45g，白炭黑25g，碳化硅(粒徑＜0.088mm)50g，遠紅外陶瓷粉1g(0.4g的mgo，0.05g的al2o3，0.25g的tio2，0.1g的zro2，0.2g的fe2o3)，生物質基活性炭6g混合，攪拌均勻，得到預制混合粉；
(2)稱取復合結合劑14.3g(酚醛樹脂7.5g，無水乙醇5.5g，改性白炭黑1g，0.2g的h2n-ch2(cooh)，0.1gnh2oh)，先將1/2的復合結合劑加入到步驟(1)得到的預制混合粉中，混合均勻后，再加入剩余的復合結合劑，混合均勻得到混合粉；
(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在125mpa下壓實，保壓時間3min；
(4)將步驟(3)中成型后的耐火材料經115℃干燥14h后，埋于裝有6mm粒度焦炭的匣缽中在1500℃下保溫4h，冷卻后得到鐵鉤澆注料。
對比例
對比例與實施例1的不同之處在于，對比例的配方中未加入遠紅外陶瓷粉，碳素材料為瀝青，結合劑為酚醛樹脂，其余工藝與實施例1完全相同。
對實施例1-3和對比例制得的鐵鉤澆注料進行性能檢測，結果如表1所示。
表1.性能檢測結果
根據表1的結果可以看出，本發明提供的鐵鉤澆注料相對于傳統的鐵鉤澆注料的游離醛含量大大降低，更為綠色環保；顯孔隙率高，耐受溫度高，具有良好的抗熱震性能，可進出≥1250℃爐膛，不炸裂。
本發明以生物質衍生炭材料替代瀝青，實現了原料的可再生性以及資源的有效利用；加入遠紅外陶瓷粉作為活性材料，有效提高了高爐鐵溝料的耐高溫和熱震穩定性；用白炭黑替代二氧化硅，節約成本，生產工序簡單，易于大規模生產；復合結合劑加入甲醛捕捉劑能夠降低體系的游離醛含量，更為綠色環保。