CN101244940B

CN101244940B - 钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖及其制备方法

Info

Publication number: CN101244940B
Application number: CN 200810049384
Authority: CN
Inventors: 钟香崇; 马成良; 曹勇; 叶方保; 郭嘉林; 王京京; 邵雷
Original assignee: Zhengzhou University; Shougang Corp
Current assignee: Zhengzhou University; Shougang Corp
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: CN101244940A

Abstract

本发明公开一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，除加入重量百分比为：50～70％的镁砂颗粒、25～35％的镁砂细粉、3～6％的有机结合剂外，还加入下列组分经混炼、困料、成型、热处理后制得：鳞片石墨0～4％；金属粉3～15％；含硼抗氧化剂0.5～3％。本发明钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的抗氧化性、抗渣性能、高温强度、抗热震性提高明显，钢包渣线耐火砖寿命延长，吨钢耐火材料消耗成本下降。本发明还公开了一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的制备方法，本发明方法制得的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，碳含量≤6％，增碳少，降低了对钢水的污染，抗热震性的残余强度保持率为70～80％。

Description

钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及以低碳成分为特征的成型制品，具体地说是一种炼钢领域的钢包渣线用镁碳砖。

二、背景技术

进入21世纪，钢铁企业结构调整，优质品种钢成为大型企业的主导产品，如：优质合金钢、超低碳钢、洁净钢、高强度钢等钢种的比例逐年增加，优质品种钢在冶炼过程中要求严格控制耐火材料中的碳含量，以降低对钢水的增碳，且在二次精炼中钢水温度提高和下降幅度要小，钢包衬的热导率要低，因而导致钢包的使用条件更加苛刻，工作环境更加恶劣，迫切需要对钢水无污染、高耐用性的优质钢包渣线用低碳镁碳砖的出现。目前钢包渣线用普通镁碳砖的总碳含量一般为10～18wt％，而镁碳砖损毁的主要原因之一是由于砖内碳的氧化，从而钢渣容易渗透，使得侵蚀加剧，但目前已开展的低碳镁碳砖方面的研究主要集中于结合剂和碳素原料的研究，如：申请号为200610046434.0中国专利公开的“含防氧化剂C-TiN复合粉体的镁碳砖及其生产方法”分别将C-TiN复合粉体作为防氧化剂和石墨、电熔镁砂、结合剂经混炼、成型、热处理后制得，提高了抗渣性，延长了使用寿命，但由于钛原料成本较高，很难推广使用，且该镁碳砖的碳含量高，将会对钢水增碳；申请号为200710019767.9中国专利公开的“一种非氧化物复合低碳镁碳砖”介绍了在镁碳砖中引入非氧化物(氮化物或硼化物)制备出含碳低于6％的低碳镁碳砖，其保持了高碳镁碳砖的性能，由于其加入的是预合成好的非氧化物，成本高，且可能发生水化反应，性能提高不明显；申请号为99107800.4中国专利公开的“含碳耐火材料的抗氧化剂”介绍了一种抗氧化剂，其由0.15～10％(重量)的锌粉或锌粉和铝、镁、硅、硅钙粉、碳化硅、碳化硼、镁铝合金粉、氮化硅粉中的至少一种组成，其中锌粉≥0.15％，粒度小于0.5mm，加入金属粉仅用来防止含碳耐火材料中碳的氧化，对耐火材料的高温力学性能没有影响。

三、发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对高碳含量的材料污染钢水和上述改进过程中出现的问题而提供一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖及其制备方法，通过添加适量金属粉实现降低镁碳砖中碳的含量，在低碳镁碳砖高温使用过程中原位反应生成非氧化物，非氧化物填充穿插在方镁石骨架结构中起到增强增韧作用，从而显著提高镁碳砖的高温强度和抗热震性，改善其抗氧化性和抗渣性能，满足洁净钢、超低碳钢冶炼的需要。

本发明所采取的技术方案是：

一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，除加入重量百分比为：50～70％的镁砂颗粒、25～35％的镁砂细粉、3～6％的有机结合剂外，还加入下列组分经混炼、困料、成型、热处理后制得：

鳞片石墨 0～4％

金属粉 3～15％

含硼抗氧化剂 0.5～3％。

其中：

鳞片石墨为天然或人造鳞片石墨，碳含量为90～98wt％，粒度≤0.15mm。

金属粉为铝粉、硅粉、镁粉、锌粉、镁铝合金粉金属粉中的一种或两种以上的复合，金属粉不仅起到了抗氧化的作用，而且主要是高温使用过程中金属粉发生原位反应生成非氧化物，然后填充穿插在方镁石骨架结构中起到增强增韧作用，从而显著提高镁碳砖的高温强度和抗热震性，改善其抗氧化性和抗渣性能，

金属粉的粒度小于0.088mm，更利于反应生成非氧化物。

含硼抗氧化剂为碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化钙粉中的至少一种，有效的防止石墨和非氧化物的氧化，使得镁碳砖不易被钢渣润湿和渗透。

含硼抗氧化剂粒度小于0.088mm，更有效的防止石墨和非氧化物的氧化。

一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的制备方法，是由下列重量百分比的各组分：50～70％镁砂颗粒、25～35％的镁砂细粉、0～4％鳞片石墨、3～15％金属粉、0.5～3％含硼抗氧化剂、3～6％的有机结合剂为原料，经混炼、困料、成型、热处理后制得。

其中：

金属粉为粒度小于0.088mm的铝粉、硅粉、镁粉、锌粉、镁铝合金粉金属粉中的一种或两种以上的复合，金属粉不仅起到了抗氧化的作用，而且主要是高温使用过程中金属粉发生原位反应生成非氧化物，然后填充穿插在方镁石骨架结构中起到增强增韧作用，从而显著提高镁碳砖的高温强度和抗热震性，改善其抗氧化性和抗渣性能，

含硼抗氧化剂为粒度小于0.088mm的碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化钙粉中的至少一种，有效的防止石墨和非氧化物的氧化，使得镁碳砖不易被钢渣润湿和渗透。

混炼：(1)先将按配比称好的镁砂细粉、金属粉和粉状有机结合剂予混合均匀，待用；(2)然后在轮碾式混合机中加入大、中、小三个粒度级配的镁砂颗粒干混1-4分钟；(3)再加入液体状有机结合剂，混合2-5分钟后加入石墨，再混合2-5分钟；(4)最后加入(1)中预混过的细粉，混合20-40分钟后出料。

困料：将混练好的原料静置5～12小时。

热处理：成型后的砖坯自然放置16～24小时后，干燥窑中进行热处理，固化温度为180～220℃，固化时间16～36小时。

本发明所能达到的技术效果是：

1、本发明方法制得的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，碳含量≤6％，增碳少，降低了对钢水的污染。

2、本发明组分中的金属粉主要作用是在镁碳砖高温使用过程中发生原位反应生成非氧化物，然后填充穿插在方镁石骨架结构中起到增强增韧作用，从而显著提高镁碳砖的高温强度和抗热震性，改善其抗氧化性和抗渣性能。

3、本发明方法制得的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，体积密度≥2.96g/cm³，显气孔率≤6％，常温耐压强度≥45MPa，1400℃埋碳高温抗折强度≥25Mpa，碳含量≤6％，MgO含量≥80％。

4、本发明方法制得的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，抗热震性采用1100℃、风冷一次的空气急冷法测定残余强度保持率为70～80％(现常用镁碳砖残余强度保持率为50～60％)。

5、本发明方法制得的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，抗氧化性、抗渣性能、高温强度、抗热震性提高明显，钢包渣线耐火砖寿命延长，吨钢耐火材料消耗成本下降。

四、具体实施方式

实施例1：

取51％的镁砂颗粒，35％的镁砂细粉，3.5％的天然鳞片石墨，6％的金属铝粉、4％的镁铝合金粉，0.5％的碳化硼粉，4％的热固性液体酚醛树脂和1％固体粉状酚醛树脂共计500Kg为原料。然后经以下步骤制得钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖：

1、混炼：(1)先将称好的35％的镁砂细粉、6％的金属铝粉、4％的镁铝合金粉、0.5％的碳化硼粉和1％固体粉状酚醛树脂予混合均匀，待用；(2)然后在轮碾式混合机中加入大、中、小三个粒度级配共计51％的镁砂颗粒干混2分钟；(3)再加入4％的热固性液体酚醛树脂，混合4分钟后加入3.5％的天然鳞片石墨，再混合4分钟；(4)最后加入(1)中预混过的细粉，混合30分钟后出料。

2、困料：将混练好的原料静置10小时。

3、成型：1000吨摩擦压砖机成型砖坯。

4、热处理：成型后的砖坯自然放置20小时后，干燥窑中进行热处理，固化温度为200℃，固化时间24小时。

其中：镁砂颗粒的MgO含量为98％、粒度为5～0.088mm，镁砂细粉的MgO含量为98％、粒度小于0.088mm；天然鳞片石墨的碳含量为97wt％，粒度≤0.15mm；金属铝粉、镁铝合金粉和碳化硼粉粒度均小于0.088mm。

本实施例所制备的金属复合低碳镁碳砖检测结果为：显气孔率3.2％，体积密度3.08g/cm³，常温耐压强度70Mpa，1400℃埋碳高温抗折强度32.3Mpa，1500℃保温1h空气气氛下进行抗氧化实验，试样氧化层厚度3.5mm，1600℃保温3h埋碳气氛下进行抗渣实验，渣侵蚀和渗透不明显。

实施例2：

取65％的镁砂颗粒，25％的镁砂细粉，3％的天然鳞片石墨，4.5％的金属铝粉、2％的硅粉，0.5％的硼化锆粉，4.5％的热固性液体酚醛树脂和1％固体粉状酚醛树脂共计500Kg为原料。然后经以下步骤制得钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖：

1、混炼：(1)先将称好的25％的镁砂细粉、4.5％的金属铝粉、2％的硅粉，0.5％的硼化锆粉和1％固体粉状酚醛树脂予混合均匀，待用；(2)然后在轮碾式混合机中加入大、中、小三个粒度级配共计65％的镁砂颗粒干混1分钟；(3)再加入4.5％的热固性液体酚醛树脂，混合2分钟后加入3％的天然鳞片石墨，再混合2分钟；(4)最后加入(1)中预混过的细粉，混合25分钟后出料。

2、困料：将混练好的原料静置8小时。

3、成型：1000吨摩擦压砖机成型砖坯。

其中：镁砂颗粒的MgO含量为98％、粒度为5～0.088mm，镁砂细粉的MgO含量为98％、粒度小于0.088mm；天然鳞片石墨的碳含量为97wt％，粒度≤0.15mm；金属铝粉、硅粉和硼化锆粉粒度均小于0.088mm。

本实施例所制备的金属复合低碳镁碳砖检测结果为：显气孔率2.6％，体积密度3.00g/cm³，常温耐压强度91Mpa，1400℃埋碳高温抗折强度31.5Mpa，1500℃保温1h空气气氛下进行抗氧化实验，试样氧化层厚度3.3mm，1600℃保温3h埋碳气氛下进行抗渣实验，渣侵蚀和渗透不明显。

实施例3：

取58％的镁砂颗粒，30％的镁砂细粉，4％的天然鳞片石墨，6％的金属铝粉，1％的金属锌粉，1％的硼化钙粉，3％的热固性液体酚醛树脂和1％固体粉状酚醛树脂共计500Kg为原料。然后经以下步骤制得钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖：

1、混炼：(1)先将称好的30％的镁砂细粉、6％的金属铝粉、1％的金属锌粉、1％的硼化钙粉和1％固体粉状酚醛树脂予混合均匀，待用；(2)然后在轮碾式混合机中加入大、中、小三个粒度级配共计58％的镁砂颗粒干混3分钟；(3)再加入3％的热固性液体酚醛树脂，混合5分钟后加入4％的天然鳞片石墨，再混合5分钟；(4)最后加入(1)中预混过的细粉，混合35分钟后出料。

2、困料：将混练好的原料静置12小时。

3、成型：1000吨摩擦压砖机成型砖坯。

其中：镁砂颗粒的MgO含量为98％、粒度为5～0.088mm，镁砂细粉的MgO含量为98％、粒度小于0.088mm；天然鳞片石墨的碳含量为97wt％，粒度≤0.15mm；金属铝粉、金属锌粉和硼化钙粉均小于0.088mm。

本实施例所制备的金属复合低碳镁碳砖检测结果为：显气孔率4.7％，体积密度3.02g/cm³，常温耐压强度96Mpa，1400℃埋碳高温抗折强度28.9Mpa，1500℃保温1h空气气氛下进行抗氧化实验，试样氧化层厚度2.3mm，1600℃保温3h埋碳气氛下进行抗渣实验，渣侵蚀和渗透不明显。

综上所述，本技术方案所制备的金属复合低碳镁碳砖，具有碳含量低，高温抗折强度高，抗热震性、抗氧化性及抗渣性好的特点。

Claims

1.一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，除加入重量百分比为：50～70％的镁砂颗粒、25～35％的镁砂细粉、3～6％的有机结合剂外，其特征在于还加入下列组分经混炼、困料、成型、热处理后制得：

鳞片石墨 0～4％

金属粉 6.5～10％

含硼抗氧化剂 0.5～3％。

2.如权利要求1所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，其特征在于：鳞片石墨为天然或人造鳞片石墨，碳含量为90～98wt％，粒度≤0.15mm。

3.如权利要求1所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，其特征在于：金属粉为铝粉、硅粉、镁粉、锌粉、镁铝合金粉金属粉中的一种或两种以上的复合。

4.如权利要求3所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，其特征在于：金属粉的粒度小于0.088mm。

5.如权利要求1所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，其特征在于：含硼抗氧化剂为碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化钙粉中的至少一种。

6.如权利要求5所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖，其特征在于：含硼抗氧化剂粒度小于0.088mm。

7.如权利要求1～6任一所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于混炼包括以下步骤：(1)先将按配比称好的镁砂细粉、金属粉和粉状有机结合剂予混合均匀，待用；(2)然后在轮碾式混合机中加入大、中、小三个粒度级配的镁砂颗粒干混1-4分钟；(3)再加入液体状有机结合剂，混合2-5分钟后加入石墨，再混合2-5分钟；(4)最后加入(1)中预混过的细粉，混合20-40分钟后出料。

8.如权利要求1～6任一所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于困料是将混练好的原料静置5～12小时。

9.如权利要求1～6任一所述的钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于热处理是将成型后的砖坯自然放置16～24小时后，干燥窑中进行热处理，固化温度为180～220℃，固化时间16～36小时。