CN102584277A - 一种低碳镁碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种低碳镁碳砖及其制备方法。其技术方案是：先以57~75wt%的电熔镁砂颗粒、18~32wt%的电熔镁砂细粉、1~6wt%的鳞片石墨、1~12wt%的添加剂和1~4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。所述添加剂的制备方法是：用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得。本发明具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
Description
技术领域
本发明属于镁碳砖技术领域，具体涉及一种低碳镁碳砖及其制备方法。
背景技术
兴起于20世纪70年代的镁碳砖，由于具有良好的抗热震性和抗侵蚀性能，被广泛用于炼钢工业中。但传统镁碳砖由于碳含量较高，导热系数较大，导致能耗大，同时在VOD精炼钢包中会引起钢水增碳以及消耗大量宝贵的石墨不可再生资源等问题。随着炉外精炼工艺的大力发展，低碳钢和超低碳钢的产量越来越高，因此镁碳砖的低碳化成为耐火领域的研究热点之一。
低碳镁碳砖由于碳含量的减少，使得石墨原本具有的热导率大、热膨胀系数小和弹性模量小的特性难以再现，导致低碳镁碳砖的抗热震性变差。
为解决低碳镁碳砖抗热震性差的缺点，日本研究人员通过采用纳米尺度的炭黑以及复合石墨化炭黑改性酚醛树脂，形成杂化树脂和高性能杂化树脂，用作结合剂，所制得的低碳镁碳砖比传统镁碳砖有更好的抗热震性和抗氧化性(藤原洋司，難波克成，高長茂幸. ナノテクMgO-Cれんがの開凳(1報）“ナノ構造アトリツクスの効果”.耐火物，2004，56(3）：120)。国内也有研究人员采用加入不同数量的纳米炭黑改性酚醛树脂，并用作镁碳砖的结合剂，所制得的低碳镁碳砖的抗热震性及抗氧化性等方面与传统镁碳砖相比都有显著的改善和提高(Li Lin, Tang Guang-sheng, He Zhiyong. et al. Influences of Black Carbon Addition on Mechanical Performance of Low-Carbon MgO-C Composite. Journal of Iron and Steel Research, International, 2010, 17(12): 75~78)。但适合工业化生产的复合石墨化炭黑的制备技术尚不成熟，纳米炭黑和复合石墨化炭黑在酚醛树脂中的分散技术也是一大难题。
以上方法制备低碳镁碳砖，均是从结合剂改性出发，结合纳米技术，来提高材料的性能，但是制备成本较高，且酚醛树脂粘度较大，炭黑及复合石墨化炭黑的分散较难，因此工业化生产程度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备成本低、工艺简单和工业化程度高的低碳镁碳砖的制备方法，所制备的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以57~75wt%的电熔镁砂颗粒、18~32wt%的电熔镁砂细粉、1~6wt%的鳞片石墨、1~12wt%的添加剂和1~4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。
添加剂的制备方法是：用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得该添加剂。含铝化合物为业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上。
在上述技术方案中：电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为22~32wt%，2~1mm为20~25wt%，、1~0.088mm为15~18wt%；电熔镁砂细粉的粒度≤0.088mm；鳞片石墨的粒度≤0.149mm；抗氧化剂为Al粉、Si粉中的一种或两种，粒度≤0.088mm；压制成型的压力为120~280MPa。
由于采用上述方案，本发明将采用自制的二铝酸钙材料用作添加剂，即用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得到所述的添加剂。用该添加剂所制备的低碳镁碳砖具有以下优点：
1、本发明采用的添加剂制备成本低，工艺简单，降低了低碳镁碳砖的制备成本；
2、本发明制备低碳镁碳砖的工艺简单，适合工业化生产；
3、本发明制备的低碳镁碳砖的热震稳定性主要和材料本身的热膨胀系数、弹性模量及热导率等因素有关。热膨胀系数越小，越有利于材料的抗热震性。二铝酸钙具有高熔点((1765±25)℃)和低的热膨胀系数(200℃，1.4×10-6/℃；1400℃，4.4×10-6/℃)，理论上，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，可以提高其抗热震性。同时，根据Al2O3-MgO-CaO三元相图分析，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，在高温下，其内部会生成少量的液相，在一定程度上可以吸收热应力，堵塞气孔，使得所制得的材料具有优良的抗热震性和抗氧化性。
因此，本发明具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
在本具体实施方式中，电熔镁砂细粉的粒度≤0.088mm；鳞片石墨的粒度≤0.149mm；抗氧化剂的粒度≤0.088mm；添加剂的制备方法是：用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得；其中的含铝化合物为业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上。具体实施例中不再赘述。
实施例1
一种低碳镁碳砖及其制备方法：先以57~64wt%的电熔镁砂颗粒、24~32wt%的电熔镁砂细粉、2~4wt%的鳞片石墨、5~12wt%的添加剂和2~4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2~4wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。
本实施例中：压制成型的压力为120~180MPa；抗氧化剂为Al粉；电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为22~26wt%，2~1mm为20~22wt%，1~0.088mm为15~16wt%。
本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为：7.8%~8.5%，体积密度为：3.01~3.03g/cm3，耐压强度47.0~51.5MPa：，侵蚀层厚度：4.3~4.9mm，1400℃时热膨胀系数为：7.7~8.1×10-6/℃。
实施例2
一种低碳镁碳砖及其制备方法：先以62~68wt%的电熔镁砂颗粒、23~29wt%的电熔镁砂细粉、1~3wt%的鳞片石墨、4~9wt%的添加剂和1~2wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。
本实施例中：压制成型的压力为170~220MPa；抗氧化剂为Al粉和Si粉的混合物；电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为25~28wt%、2~1mm为21~23wt%、1~0.088mm为16~17wt%。
本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为：7.0%~7.5%，体积密度为：3.02~3.05g/cm3，耐压强度：52.0~58.5MPa，侵蚀层厚度：3.5~4.0mm，1400℃时热膨胀系数为：6.8~7.2×10-6/℃。
实施例3
一种低碳镁碳砖及其制备方法：先以65~70wt%的电熔镁砂颗粒、19~24wt%的电熔镁砂细粉、4~6wt%的鳞片石墨、3~7wt%的添加剂和1~2wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。
本实施例中：压制成型的压力为200~260MPa；抗氧化剂为Si粉；电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为27~29wt%、2~1mm为22~24wt%、1~0.088mm为16~17wt%。
本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为：6.5%~6.9%，体积密度为：3.05~3.07g/cm3，耐压强度：60.5~68.0MPa，侵蚀层厚度：2.9~3.3mm，1400℃时热膨胀系数为：6.5~6.9×10-6/℃。
实施例4
一种低碳镁碳砖及其制备方法：先以69~75wt%的电熔镁砂颗粒、18~23wt%的电熔镁砂细粉、1~3wt%的鳞片石墨、1~5wt%的添加剂和1~2wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料4~6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。
本实施例中：压制成型的压力为210~280MPa；抗氧化剂为Al粉和Si粉的混合物；电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为29~32wt%、2~1mm为23~25wt%、1~0.088mm为17~18wt%。
本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为：6.8%~7.4%，体积密度为：3.03~3.06g/cm3，耐压强度：50.0~57.5MPa，侵蚀层厚度：3.2~3.5mm，1400℃时热膨胀系数为：7.0~7.5×10-6/℃。
本具体实施方式所制备的低碳镁碳砖具有以下优点：
1、本具体实施方式采用的添加剂制备成本低，工艺简单，降低了低碳镁碳砖的制备成本；
2、本具体实施方式制备的低碳镁碳砖工艺简单，适合工业化生产；
3、本具体实施方式制备的低碳镁碳砖的热震稳定性主要和材料本身的热膨胀系数、弹性模量及热导率等因素有关。热膨胀系数越小，越有利于材料的抗热震性。二铝酸钙具有高熔点((1765±25)℃)和低的热膨胀系数(200℃，1.4×10-6/℃；1400℃，4.4×10-6/℃)，理论上，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，可以提高其抗热震性。同时，根据Al2O3-MgO-CaO三元相图分析，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，在高温下，其内部会生成少量的液相，在一定程度上可以吸收热应力，堵塞气孔，使得所制得的材料具有优良的抗热震性和抗氧化性。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
Claims (8)
1.一种低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于先以57~75wt%的电熔镁砂颗粒、18~32wt%的电熔镁砂细粉、1~6wt%的鳞片石墨、1~12wt%的添加剂和1~4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖；
添加剂的制备方法是：用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得。
2.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂颗粒的级配是：3~2mm为22~32wt%，2~1mm为20~25wt%，1~0.088mm为15~18wt%。
3.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的粒度≤0.088mm。
4.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的粒度≤0.149mm。
5.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述抗氧化剂为Al粉、Si粉中的一种或两种，粒度≤0.088mm。
6.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述压制成型的压力为120~280MPa。
7.根据权利要求1所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上。
8.根据权利要求1~7项中任一项所述的低碳镁碳砖的制备方法所制备的低碳镁碳砖。
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