CN102775172B - 一种镁碳复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁碳复合材料及其制备方法。其技术方案是：先将60~90wt%的镁砂、5~30wt%的菱镁矿细粉、1~7wt%的石墨、1~5wt%的添加剂和2~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型；然后在150~350℃条件下烘烤2~24小时，制得镁碳复合材料。所述镁砂为电熔镁砂颗粒、烧结镁砂颗粒、电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉中的一种以上。本发明所制备的复合材料既具有高熔点又具有较强的抗氧化性、热震稳定性、抗冶金熔渣和金属熔体的渗透和侵蚀能力，且该材料的热导率低于传统的镁碳复合材料，能减少热量散失，有利于节能。所制备的复合材料适用于冶金炉及容器的内衬。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域。尤其涉及一种镁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。MgO-C耐火材料已成为钢铁工业用重要的耐火材料，它是由镁砂和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。
随着能源的日益短缺，节能降耗已成为各行各业所面临的一个重要课题。传统镁碳材料中的石墨加入量在12%以上，由于存在大量的石墨，导致材料的热导率高，使用过程中的热量散失大，很容易将工作面接触的热量传递出去，不利于节能降耗。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种热导率低、抗侵蚀性和抗热震稳定性较强的镁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：先将60~90wt%的镁砂、5~30wt%的菱镁矿细粉、1~7wt%的石墨、1~5wt%的添加剂和2~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型；然后在150~350℃条件下烘烤2~24小时，制得镁碳复合材料。
所述镁砂为电熔镁砂颗粒、烧结镁砂颗粒、电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉中的一种以上。
所述镁砂中的MgO含量≥95wt%；电熔镁砂颗粒和烧结镁砂的粒径为0.2~11mm，电熔镁砂细粉和烧结镁砂的粒径为3~200μm。
所述石墨中的C含量≥90wt%石，石墨的粒径为2~500μm。
所述菱镁矿细粉中的MgO含量≥43wt%，菱镁矿粉的粒径为1~20μm。
所述添加剂为金属铝、单质硅、铝硅合金和碳化硼中的一种以上，添加剂的粒径为20~500μm。
所述结合剂为酚醛树脂、或为沥青、或为酚醛树脂和沥青的混合物、或为酚醛树脂和六次甲基四胺的混合物；其中，酚醛树脂的残碳率>40%。
由于采用上述技术方案，本发明在制备过程中引入一定数量的极细的菱镁矿粉，在使用过程中，一方面结合剂在较低温度下首先炭化并形成微小气孔通道，在较高温度下，菱镁矿粉分解并释放出气体，生成的气体会从结合剂炭化形成的气孔通道排除并在材料中形成微孔，从而降低了材料的热导率；且由于形成了微孔，材料的强度还会提高，同时对材料的热震稳定性增加有帮助。另一方面，所制备的镁碳复合材料中的石墨加入量比传统镁碳材料低得多，能降低材料的热导率。
本发明所制备的镁碳复合材料既具有高熔点又具有较强抗氧化性、热震稳定性、抗冶金熔渣和金属熔体的渗透和侵蚀能力，且热导率低于传统的镁碳复合材料，能减少热量散失，以利节能降耗。所制备镁碳复合材料适用于冶金炉及容器的内衬。
具体实施例
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
电熔镁砂颗粒、烧结镁砂颗粒、电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉的MgO含量≥95wt%；电熔镁砂颗粒和烧结镁砂的粒径为0.2~11mm，电熔镁砂细粉和烧结镁砂的粒径为3~200μm。
石墨中的C含量≥90wt%石，石墨的粒径为2~500μm。
菱镁矿细粉中的MgO含量≥43wt%，菱镁矿粉的粒径为1~20μm。
金属铝、单质硅、铝硅合金和碳化硼的粒径为20~500μm。
酚醛树脂的残碳率>40%。
实施例1
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将60~70wt%的电熔镁砂颗粒、20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂和2~3wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在150~230℃条件下烘烤2~8小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为金属铝；结合剂为酚醛树脂。
实施例2
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将60~70wt%的烧结镁砂颗粒、20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂和2~3wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在150~230℃条件下烘烤2~8小时。制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为单质硅粉；结合剂为沥青。
实施例3
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的电熔镁砂颗粒、5~10wt%的电熔镁砂细粉、20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂、2~3wt%的结合剂，搅拌混合，压制成型；然后在150~230℃下烘烤2~8小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为铝硅合金粉；结合剂为酚醛树脂和六次甲基四胺的混合物。
实施例4
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%烧结镁砂颗粒、5~10wt%烧结镁砂细粉、20~30wt%菱镁矿粉、1~3wt%石墨、3~5wt%的添加剂、3~5wt%的结合剂，搅拌混合，压制成型，然后在230~350℃下烘烤8~15小时。制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为碳化硼；结合剂为酚醛树脂和沥青的混合物。
实施例5
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的烧结镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~20wt%的菱镁矿细粉、1~3wt%的石墨、3~5wt%的添加剂和3~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在230~350℃下烘烤8~15小时。制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为碳化硼和铝硅合金粉的混合物；结合剂为酚醛树脂。
实施例6
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的烧结镁砂细粉、10~20wt%的菱镁矿细粉、1~3wt%的石墨、3~5wt%的添加剂、3~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在230~350℃下烘烤15~24小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为碳化硼和金属铝粉的混合物；结合剂为沥青。
实施例7
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将50~52wt的%电熔镁砂颗粒、5~8wt%的烧结镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~20wt%的菱镁矿粉、1~3wt%的石墨、3~5wt%的添加剂和3~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在230~350℃条件下烘烤15~24小时。制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为碳化硼和单质硅粉的混合物；结合剂为酚醛树脂。
实施例8
一种镁碳复合材料及其制备方法。现将55~60wt%的电熔镁砂颗粒、10~15wt%的烧结镁砂颗粒、10~150wt%的烧结镁砂细粉、5~10wt%的菱镁矿细粉、1~3wt%的石墨、1~3wt%的添加剂和2~4wt%的结合剂搅拌混合，压制成型；然后在150~230℃条件下烘烤15~24小时。制得到一种镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为金属铝粉和单质硅粉的混合物；结合剂为酚醛树脂。
实施例9
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将50~52wt的%烧结镁砂颗粒、5~8wt%的烧结镁砂细粉、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~20wt%的菱镁矿粉、1~3wt%的石墨、3~5wt%的添加剂和3~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在230~350℃条件下烘烤15~24小时。制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为碳化硼和单质硅粉的混合物；结合剂为酚醛树脂。
实施例10
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将60~80wt%电熔镁砂细粉、10~30wt%菱镁矿细粉、1~3wt%石墨、1~3wt%的添加剂和2~4wt%的结合剂搅拌混合压制成型；然后在230~350℃条件下烘烤15~24小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为金属铝粉、单质硅粉和碳化硼的混合物，结合剂为酚醛树脂。
实施例11
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将60~80wt%的烧结镁砂细粉、10~30wt%的菱镁矿细粉、1~3wt%的石墨、1~3wt%的添加剂和2~4wt%的结合剂搅拌混合，压制成型；然后在230~350℃条件下烘烤15~24小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为金属铝粉、单质硅粉、碳化硼和铝硅合金粉的混合物，结合剂为酚醛树脂和沥青的混合物。
实施例12
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的电熔镁砂颗粒、5~10wt%的烧结镁砂颗粒、20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂、2~3wt%的结合剂，搅拌混合，压制成型；然后在150~230℃下烘烤2~8小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为铝硅合金粉；结合剂为酚醛树脂和六次甲基四胺的混合物。
实施例13
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将55~60wt%的电熔镁砂细粉、5~10wt%的烧结镁砂细粉、20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂、2~3wt%的结合剂，搅拌混合，压制成型；然后在150~230℃下烘烤2~8小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为铝硅合金粉；结合剂为酚醛树脂和六次甲基四胺的混合物。
实施例14
一种镁碳复合材料及其制备方法。先将30~32 wt %电熔镁砂颗粒、20~22wt%烧结镁砂颗粒、5~8%电熔镁砂细粉、5~8%烧结镁砂细粉20~30wt%的菱镁矿细粉、4~7wt%的石墨、1~3wt%的添加剂和2~3wt%的结合剂搅拌混合，压制成型，然后在150~230℃条件下烘烤2~8小时，制得镁碳复合材料。
本实施例中：添加剂为金属铝；结合剂为酚醛树脂。
本具体实施方式在制备过程中引入一定数量的极细的菱镁矿细粉，在使用过程中，一方面结合剂在较低温度下首先炭化并形成微小气孔通道，在较高温度下，菱镁矿细粉分解并释放出气体，生成的气体会从结合剂炭化形成的气孔通道排除并在材料中形成微孔，从而降低了材料的热导率。而且由于形成了微孔，材料的强度还会提高，同时对材料的热震稳定性增加有帮助。另一方面，所制备的镁碳复合材料中石墨的加入量比传统镁碳材料低得多，能降低材料的热导率。
因此，本具体实施方式所制备的镁碳复合材料既具有高熔点又具有较强抗氧化性、热震稳定性、抗冶金熔渣和金属熔体的渗透和侵蚀能力，且热导率低于传统的镁碳复合材料，能减少热量散失，以利节能。所制备的镁碳复合材料适用于冶金炉及容器的内衬。
Claims (7)
1.一种镁碳复合材料的制备方法，其特征在于先将60~90wt%的镁砂、5~30wt%的菱镁矿细粉、1~7wt%的石墨、1~5wt%的添加剂和2~5wt%的结合剂搅拌混合，压制成型；然后在150~350℃条件下烘烤2~24小时，制得镁碳复合材料；
所述镁砂为电熔镁砂颗粒、烧结镁砂颗粒、电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的镁碳复合材料的制备方法，其特征在于所述镁砂中的MgO含量≥95wt%；电熔镁砂颗粒和烧结镁砂颗粒的粒径为0.2~11mm，电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉的粒径为3~200μm。
3.根据权利要求1所述的镁碳复合材料的制备方法，其特征在于所述石墨中的C含量≥90wt%，石墨的粒径为2~500μm。
4.根据权利要求1所述的镁碳复合材料的制备方法，其特征在于所述菱镁矿细粉中的MgO含量≥43wt%，菱镁矿粉的粒径为1~20μm。
5.根据权利要求1所述的镁碳复合材料的制备方法，其特征在于所述添加剂为金属铝、单质硅、铝硅合金和碳化硼中的一种以上，添加剂的粒径为20~500μm。
6.根据权利要求1所述的镁碳复合材料的制备方法，其特征在于所述结合剂为酚醛树脂、或为沥青、或为酚醛树脂和沥青的混合物、或为酚醛树脂和六次甲基四胺的混合物；其中，酚醛树脂的残碳率>40%。
7.根据权利要求1~6项中任一项所述的镁碳复合材料的制备方法所制备的镁碳复合材料。
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