CN100369865C - 一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方镁石—碳化硅—碳复合材料及其制备方法。其技术方案是：按重量百分含量将60～90%的电熔或烧结镁砂、5～35%的碳化硅、2～15%的石墨、0.5～5%的碳黑、0.5～6%的添加剂混合，外加上述混合物重量3～9%的结合剂和0～1%的六次甲基四胺为固化剂，经搅拌混合后压制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小时。本发明所制备的复合材料既具有高熔点又具有较高的导热率，采用碳化硅、石墨和碳黑相结合的方式大大提高了材料的抗氧化性和抗冶金熔渣、金属熔体的渗透性和侵蚀性，同时可以降低碳复合耐火材料对钢水碳含量的影响，因而可广泛用作冶金炉及容器的内衬。

Description

一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。尤其涉及一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化物-非氧化物复合材料是耐火材料发展的重要方向。镁碳质耐火材料已成为钢铁工业用重要的耐火材料，它是由镁砂及石墨以树脂为结合剂制成的。由于石墨不被熔渣润湿，热导率高，因而碳复合材料具有优良的抗渣性和热震稳定性，被广泛用于冶金炉及容器的内衬。在上世纪后期，耐火材料使用寿命的大幅度提高，碳复合耐火材料起了重要作用。随着纯净钢、超低碳钢生产的发展，人们的观念从单纯追求耐火材料的长寿命转移到同时需要考虑耐火材料对钢质量的影响，作为冶炼炉及其内衬的耐火材料会对钢水质量产生直接的影响。而传统镁碳材料中碳的存在亦带来了一些新的问题，主要是对熔钢的增碳问题(李楠著，耐火材料与钢铁的反应及对钢质量的影响，冶金工业出版社，2005)，由于碳复合材料中的碳在高温下可以溶解到钢水中，导致钢水中的碳含量增加，从而影响钢材的质量。

在目前的镁碳复合耐火材料中，SiC是作为抗氧化剂加入的，加入量一般在3％以下，其作用仅仅是保护碳复合材料中的碳不被氧化，而碳复合材料中的碳会在冶炼过程中对钢水增碳，将会影响到钢水的洁净度和钢材的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低碳复合材料对冶炼过程中的钢水碳含量影响的方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：按重量百分含量将60～90％的电熔或烧结镁砂、5～35％的碳化硅、2～15％的石墨、0.5～5％的碳黑、0.5～6％的添加剂混合，外加上述混合物重量3～9％的结合剂和0～1％的六次甲基四胺为固化剂，经搅拌混合后压制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小时。

其中：电熔或烧结镁砂，或为颗粒、或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为3～11mm、细粉粒径为3～95μm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70；碳化硅或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为1～7mm、细粉粒径为2～105μm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70；石墨或为颗粒、或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为0.1～1mm，细粉粒径＜0.1mm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70；碳黑颗粒粒径为0.1～1mm、细粉粒径＜0.1mm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70。

结合剂或为酚醛树脂、或为沥青、或为酚醛树脂和沥青的混合物。

添加剂或为金属铝、或为单质硅、或为碳化硼、或为单质硅与碳化硼的混合物，添加剂的粒径均≤1mm的细粉。

由于采用上述技术方案，本发明是将SiC作为主要成分引入，以形成MgO-SiC-C系耐火材料。SiC引入量在5％以上，碳在SiC中的重量百分含量只有30％，所以SiC对熔钢的增碳行为比碳要小的多。同时，SiC又具有高熔点、不被熔渣润湿，热导率高等优点，这些特性又和石墨很接近。因而MgO-SiC-C系耐火材料也具有优良的抗渣性和热震稳定性。

本发明所制备的复合材料具有高熔点及较高的热导率特点，特别是利用SiC自保护氧化的特性，表面生成的二氧化硅保护膜会将钢液和碳化硅隔离开来。同时，一旦二氧化硅溶于熔渣或液相中，会增加熔渣或液相的粘度，既可缓解熔渣对耐火材料的损坏，又可以阻碍碳与SiC与钢液中的溶解，减少了耐火材料中的碳及SiC对钢水的增碳作用。

本发明所制备的产品可以作为冶金炉及容器的内衬，同时对钢水的增碳行为比传统的碳复合材料要低很多，可满足洁净钢冶炼的需要。

具体实施方式

【实施例】1  一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法。按重量百分含量将70～80％的电熔镁砂颗粒与细粉、5～20％的碳化硅颗粒与细粉、2～10％的石墨、1～4％碳黑、2～3％金属铝粉，外加3～6％的酚醛树脂结合剂进行搅拌混合。

其中：电熔镁砂颗粒粒径在3～11mm之间、细粉粒径为3～95μm，电熔镁砂颗粒与细粉的重量比为40～60∶40～60；碳化硅的颗粒粒径为1～7mm、细粉粒径为50～100μm，颗粒与细粉的重量比为40～60∶40～60；石墨的粒径为50～500μm，碳黑粒径为10～100μm，金属铝粉粒径≤1mm。

混合搅拌均匀后在压机上压制成型，在200～300℃下烘烤16～24小时。即可得到常温耐压强度大于30MPa，显气孔率小于15％的方镁石-碳化硅-碳复合耐火材料。

【实施例】2  一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法。按重量百分含量将65～85％的烧结镁砂颗粒和细粉、6～25％的碳化硅颗粒和细粉、5～15％的石墨、1～3％的碳黑、1～3％的单质硅，外加3～8％的酚醛树脂、0.2～1％的六次甲基四胺为固化剂进行混合。

其中：电熔镁砂颗粒粒径为3～10mm、细粉粒径为50～95μm，碳化硅的颗粒粒径为2～5mm、细粉粒径为5～100μm。上述颗粒和细粉的重量百分含量分别是：30～80∶20～70；石墨的粒径为50～100μm，碳黑的粒径为1～100μm，单质硅的粒径≤1mm。

混合搅拌均匀后在压机上压制成型，在150～250℃下烘烤16～24小时。即可得到常温耐压强度大于30MPa，显气孔率小于18％的方镁石-碳化硅-碳复合耐火材料。

【实施例】3  一种方镁石-碳化硅-碳复合材料及其制备方法。按重量百分含量将75～90％电熔镁砂颗粒和细粉、5～15％碳化硅颗粒和细粉、2～10％石墨、0.5～3％碳黑、0.2～2％碳化硼、外加3～8％的酚醛树脂结合剂、0.2～1％的六次甲基四胺为固化剂进行混合。

其中：电熔镁砂颗粒粒径为3～9mm、细粉粒径为10～90μm，碳化硅的颗粒粒径为1～6mm、细粉粒径为50～100μm。上述颗粒和细粉的重量百分含量分别是为30～80∶20～70。石墨的粒径为50～200μm，碳黑的粒径为10～80μm，碳化硼的粒径≤1mm。

混合搅拌均匀后在压机上压制成型，在150～250℃下烘烤16～24小时。即可得到常温耐压强度大于30MPa，显气孔率小于15％的方镁石-碳化硅-碳复合耐火材料。

Claims (8)

1.一种方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于按重量百分含量将60～90％的电熔或烧结镁砂、5～35％的碳化硅、2～15％的石墨、0.5～5％的碳黑、0.5～6％的添加剂混合，外加上述混合物重量3～9％的结合剂和0～1％的六次甲基四胺为固化剂，经搅拌混合后压制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小时。

2.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述的电熔或烧结镁砂，或为颗粒、或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为3～11mm、细粉粒径为3～95μm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70。

3.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在所述的碳化硅或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为1～7mm、细粉粒径为2～105μm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70。

4.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述的石墨或为颗粒、或为细粉、或为颗粒和细粉的混合物，颗粒粒径为0.1～1mm，细粉粒径＜0.1mm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70。

5.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述的碳黑颗粒粒径为0.1～1mm、细粉粒径＜0.1mm，颗粒与细粉的重量比为30～80∶20～70。

6.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂或为酚醛树脂、或为沥青、或为酚醛树脂和沥青的混合物。

7.根据权利要求1所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法，其特征在于所述的添加剂或为金属铝、或为单质硅、或为碳化硼、或为单质硅与碳化硼的混合物，添加剂的粒径均≤1mm的细粉。

8.根据权利要求1～7项中任一项所述的方镁石-碳化硅-碳复合材料的制备方法所制备的方镁石-碳化硅-碳复合材料。