CN103387396B - 一种提钒转炉用镁铁碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种提钒转炉用镁铁碳砖及其制备方法，属于耐火材料技术领域，提钒转炉用镁铁碳砖的按重量百分比含电熔镁砂62~84%，鳞片状石墨10~18%，铁粉5~12%，网状固定碳1~3%，抗氧化剂0~5%；制备方法为：（1）将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和有机结合剂混合，加入或不加入抗氧化剂，混合均匀后获得混合物料；（2）将混合物料在200~250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；（3）将砖坯在150~250℃温度下，进行12~32小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖。本发明的提钒转炉用镁铁碳砖实用性能好，制备方法简单，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种提钒转炉用镁铁碳砖及其制备方法。
背景技术
镁碳砖由于具有良好的抗渣侵蚀性、可热震和高温强度，广泛应用与炼钢转炉工作衬，使得转炉使用寿命发生了革命性地提高；特别自溅渣护炉技术问世以来，将镁碳砖与溅渣护炉技术相结合，使转炉寿命达到了20000炉次甚至更高的水平。众所周知，炼钢转炉工作衬用镁碳砖在1600℃以上的高温、高氧化性和高碱度的环境下工作，镁碳砖中的碳一旦被氧化形成脱碳层，脱碳层很容易在高温条件下烧结而获得较高的强度，并与原砖层牢固地结合在一起；当采用溅渣护炉技术时，溅渣层也可以与已经烧结的脱碳层牢固地结合，并形成挂渣层而延长炉衬的使用寿命。
钒钛磁铁矿作为我国的特色资源，利用转炉进行铁水提钒和半钢冶炼是目前我国被普遍采用的一种提钒工艺；但由于提钒转炉用镁碳砖在低温（1400℃左右）、高氧化性、酸性环境下工作，镁碳砖被氧化而形成脱碳层以后，脱碳层中的镁砂颗粒难以在1400℃左右的低温条件下烧结；因此，提钒转炉中的镁碳砖一旦形成脱碳层，由于不能很好地烧结，脱碳层的强度很低，在冶炼过程中很容易在熔池的冲刷作用下脱落，不仅严重影响提钒转炉的使用寿命，也直接影响钒渣质量；当采用溅渣护炉技术时，同样由于脱碳层强度低，容易导致溅渣层与脱碳层在熔池的冲刷作用下一起脱落，溅渣效果很不理想；鉴于上述原因，目前我国提钒转炉的使用寿命普遍偏低，一般在8000炉次左右，远低于普通炼钢转炉；因此，传统的镁碳砖难以满足提钒转炉生产需要，亟待开发新型耐火材料品种。
发明内容
针对现有提钒转炉用镁碳砖在技术上存在的上述问题，本发明提供一种提钒转炉用镁铁碳砖及其制备方法，通过改变耐火砖的成分，达到提高脱碳层与溅渣层的抗冲刷性，促进转炉寿命提高的效果。
本发明的提钒转炉用镁铁碳砖的组分按重量百分比含电熔镁砂62~84%，鳞片状石墨10~18%，铁粉5~12%，网状固定碳1~3%，抗氧化剂0~5%。
上述的抗氧化剂为铝粉、硅粉和/或B4C粉末，重量纯度≥99%，粒度≤300目。
上述的鳞片状石墨中片状固定碳的重量含量为90~98%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm。
上述的网状固定碳是指有机结合剂经加热后形成的网络结构固定碳；所述的有机结合剂为酚醛树脂或沥青，有机结合剂的固定碳的重量含量≥45%。
上述的电熔镁砂中MgO重量含量≥97%，电熔镁砂的粒径≤5mm。
上述的铁粉的重量纯度≥95%，粒度≤200目。
本发明的提钒转炉用镁铁碳砖的制备方法按以下步骤进行：
1、将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和有机结合剂混合，加入或不加入抗氧化剂，混合均匀后获得混合物料；
2、将混合物料在200~250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
3、将砖坯在150~250℃温度下，进行12~32小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖。
上述方法中的混合均匀是选用混砂机进行混合，混合时间至少20min。
上述方法中，电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、有机结合剂和抗氧化剂的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的62~84%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的10~18%，有机结合剂中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的1~3%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的5~12%，抗氧化剂占提钒转炉用镁铁碳砖的0~5%。
本发明的提钒转炉用镁铁碳砖采用电熔镁砂作为骨料，保持镁铁碳砖的耐高温；鳞片状石墨有利于提高耐火材料的抗热震性和抗腐蚀性能；有机结合剂经过热处理后，可形成网状固定碳的网络结构存在于镁铁碳砖中，能够保持镁铁碳砖的高温强度和抗渣渗透性；镁铁碳砖中的铁粉可以在使用过程中氧化，与氧化镁形成浮士体，产生的体积效应及其烧结活性可使脱碳层充分烧结并实现与原砖层牢固结合，满足溅渣护炉工艺需要。
本发明的提钒转炉用镁铁碳砖实用性能好，制备方法简单，具有良好的应用前景。
具体实施方式
本发明实施例中采用的电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、沥青、铝粉、硅粉和B4C粉末为市购产品。抗氧化剂中铝粉、硅粉和B4C粉末的混合比例可以为任意比例。
本发明实施例中选用的酚醛树脂为市购热固性液态酚醛树脂。
本发明实施例中选用的混砂机为S1410轮碾式混砂机。
本发明实施例中压制成型选用的设备为HLDS-1000T摩擦压力机。
本发明实施例中制备的提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度为38~46MPa。
实施例1
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤3mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为94%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度95%，铁粉粒度≤200目；采用的有机结合剂为酚醛树脂，固定碳的重量含量45%；采用的抗氧化剂为铝粉，重量纯度99%，粒度≤300目；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和酚醛树脂混合，再加入铝粉，将全部物料放入混砂机中，混合时间25min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在200℃温度下，进行24小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，其组分按重量百分比含电熔镁砂76%，鳞片状石墨10%，铁粉8%，网状固定碳3%，铝粉3%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、酚醛树脂和铝粉的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的76%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的10%，酚醛树脂中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的3%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的8%，铝粉占提钒转炉用镁铁碳砖的3%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度42MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉金属熔池部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过14200炉次。
实施例2
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤3mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为98%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度95%，铁粉粒度≤200目；采用的有机结合剂为酚醛树脂，固定碳的重量含量46%；采用的抗氧化剂为铝粉，重量纯度99%，粒度≤300目；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和酚醛树脂混合，再加入铝粉，将全部物料放入混砂机中，混合时间30min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在250℃温度下，进行24小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，其组分按重量百分比含电熔镁砂62%，鳞片状石墨18%，铁粉12%，网状固定碳3%，铝粉5%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、酚醛树脂和铝粉的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的62%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的18%，酚醛树脂中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的3%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的12%，铝粉占提钒转炉用镁铁碳砖的5%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度39MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉渣线部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过14200炉次。
实施例3
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤3mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为90%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度95%，铁粉粒度≤325目；采用的有机结合剂为酚醛树脂，固定碳的重量含量47%；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和酚醛树脂混合，将全部物料放入混砂机中，混合时间20min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在250℃温度下，进行24小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，其成分按重量百分比含电熔镁砂71%，鳞片状石墨18%，铁粉8%，网状固定碳3%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和酚醛树脂的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的71%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的18%，酚醛树脂中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的3%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的8%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度38MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉金属熔池部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过14500炉次。
实施例4
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤3mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为92%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度95%，铁粉粒度≤400目；采用的有机结合剂为酚醛树脂，固定碳的重量含量45%；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和有机结合剂混合，将全部物料放入混砂机中，混合时间25min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在200MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在200℃温度下，进行24小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，成分按重量百分比含电熔镁砂84%，鳞片状石墨10%，铁粉5%，网状固定碳1%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和酚醛树脂的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的84%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的10%，酚醛树脂中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的1%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的5%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度42MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉金属熔池部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过13200炉次。
实施例5
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤5mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为96%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度96%，铁粉粒度≤300目；采用的有机结合剂为沥青，固定碳的重量含量48%；采用的抗氧化剂为硅粉和B4C粉末的混合粉末，硅粉和B4C粉末的混合比例为1:1，硅粉和B4C粉末的重量纯度99%，粒度≤300目；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和沥青混合，再加入混合粉末，将全部物料放入混砂机中，混合时间20min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在220MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在150℃温度下，进行32小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，成分按重量百分比含电熔镁砂62%，鳞片状石墨18%，铁粉12%，网状固定碳3%，B4C粉末2%，硅粉3%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、沥青、硅粉和B4C粉末的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的62%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的18%，沥青中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的3%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的12%，硅粉占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的3%，B4C粉末占提钒转炉用镁铁碳砖的2%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度42MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉金属熔池部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过13500炉次。
实施例6
采用的电熔镁砂中MgO重量含量97%，电熔镁砂的粒径≤5mm；采用的鳞片状石墨中片状固定碳重量含量为90%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；采用的铁粉的重量纯度96%，铁粉粒度≤200目；采用的有机结合剂为沥青，固定碳的重量含量50%；采用的抗氧化剂为铝粉、硅粉和B4C粉末的混合粉末，铝粉、硅粉和B4C粉末的混合比例为1:1:1，铝粉、硅粉和B4C粉末的重量纯度99%，粒度≤300目；
将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和沥青混合，再加入混合粉末，将全部物料放入混砂机中，混合时间30min，获得混合物料；
采用摩擦压力机将混合物料在250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯在250℃温度下，进行12小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖，成分按重量百分比含电熔镁砂69%，鳞片状石墨14%，铁粉10%，网状固定碳2%，铝粉1%，硅粉2%，B4C粉末2%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、沥青和混合粉末的用量的计算方法为：电熔镁砂占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的69%，鳞片状石墨占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的14%，沥青中的固定碳占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的2%，铁粉占提钒转炉用镁铁碳砖的10%，铝粉占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的1%， 硅粉占提钒转炉用镁铁碳砖的总重量的2%，B4C粉末占提钒转炉用镁铁碳砖的2%；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度46MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉渣线部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过13800炉次。
实施例7
采用的电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、沥青同实施例5；采用的抗氧化剂为硅粉，重量纯度99%，粒度≤300目； 混合方法同实施例5，获得混合物料；采用摩擦压力机将混合物料在220MPa的压力下压制成型，制成砖坯；热处理方法同实施例5，获得提钒转炉用镁铁碳砖，成分按重量百分比含电熔镁砂78%，鳞片状石墨12%，铁粉6%，网状固定碳2%，硅粉3%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度42MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉金属熔池部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过13500炉次。
实施例8
采用的电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉、沥青同实施例5；采用的抗氧化剂为B4C粉末，重量纯度99%，粒度≤300目； 混合方法同实施例5，获得混合物料；采用摩擦压力机将混合物料在220MPa的压力下压制成型，制成砖坯；热处理方法同实施例5，获得提钒转炉用镁铁碳砖，成分按重量百分比含电熔镁砂68%，鳞片状石墨16%，铁粉11%，网状固定碳1%，B4C粉末4%；其中网状固定碳是有机结合剂酚醛树脂经加热后形成的网络结构固定碳；
提钒转炉用镁铁碳砖的常温耐压强度44MPa；将提钒转炉用镁铁碳砖用于80吨提钒转炉渣线部位，在溅渣护炉条件下，溅渣层与炉衬结合牢固，提钒转炉用镁铁碳砖的使用寿命超过14200炉次。
Claims (1)
1.一种提钒转炉用镁铁碳砖，其特征在于：其组分按重量百分比含电熔镁砂62~84%，鳞片状石墨10~18%，铁粉5~12%，网状固定碳1~3%，抗氧化剂0~5%；所述的电熔镁砂中MgO重量含量≥97%，电熔镁砂的粒径≤5mm；所述的抗氧化剂为铝粉、硅粉和/或B4C粉末，重量纯度≥99%，粒度≤300目；所述的鳞片状石墨中片状固定碳的重量含量为90~98%，鳞片状石墨的粒径≤0.15mm；所述的网状固定碳是指有机结合剂经加热后形成的网络结构的固定碳；所述的有机结合剂为酚醛树脂或沥青，有机结合剂的固定碳的重量含量≥45%；所述的铁粉的重量纯度≥99%，粒度≤200目；
制备方法按以下步骤进行：
（1）将电熔镁砂、鳞片状石墨、铁粉和有机结合剂混合，加入或不加入抗氧化剂，混合均匀后获得混合物料；
（2）将混合物料在200~250MPa的压力下压制成型，制成砖坯；
（3）将砖坯在150~250℃温度下，进行12~32小时的热处理，获得提钒转炉用镁铁碳砖。
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