CN103864449B - 一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。其技术方案是：将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~15wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、0~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体的低碳镁碳质耐火材料。本发明制备的低碳镁碳质耐火材料的碳含量为3~6wt%，具有基质结构均匀、抗氧化效果好、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能高和抗渣蚀性强的特点。
Description
技术领域
本发明属于镁碳质耐火材料技术领域。尤其涉及一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。
背景技术
镁碳质耐火材料是上世纪七十年代在镁质耐火材料的基础上添加石墨而逐步发展起来的。传统镁碳质耐火材料中的碳（石墨）含量一般为10~20%。由于石墨具有较高的导热率以及不被熔渣浸润等特点，耐火材料的抗渣蚀性能及抗剥落性能得到大幅度提高。三十多年来，镁碳质耐火材料被广泛应用于炼钢转炉、电炉、精炼炉炉衬、钢包渣线等部位。
随着冶炼技术的快速发展，对耐火材料的使用要求也越来越高。洁净钢生产工艺要求耐火材料尽可能减少对钢水的二次污染；炉外精炼的过程中要求尽可能减少钢水的温降，即要求炉衬材料具有低的热导率。为了降低能耗，避免和减少耐火材料组分对钢液产生污染，在洁净钢和超洁净钢的冶炼过程中，一般要求尽可能降低镁碳质耐火材料中的含碳量，使用低碳镁碳质耐火材料。
降低镁碳质耐火材料的碳含量，可以降低材料的热导率，但势必造成材料的某些性能的下降：如，材料的热导率下降，弹性模量增大，会导致材料的抗热震性能变差；此外，碳含量降低后，熔渣与材料的润湿性增强，材料抵抗熔渣渗透的性能及抗熔渣侵蚀性能也会变差。因此，在低碳镁碳质耐火材料中石墨加入量大幅度降低的情况下，如何保证低碳耐火材料具有优良的抗剥落性能及抗熔渣渗透、侵蚀性能是当前低碳镁碳质耐火材料研究领域的重要研究方向。
研究表明，在基质部分引入可促进树脂碳石墨化转变的纳米尺度可石墨化前躯体，可有效改善和提高低碳镁碳质耐火材料抗氧化性能、抗剥落性能、抗熔渣渗透和抗侵蚀性能。但纳米尺度可石墨化前躯体在低碳镁碳质耐火材料基质中的高度分散十分关键。这是因为纳米颗粒具有强烈的体积效应、表面界面效应等，再加上颗粒间的范德华力、静电力以及溶剂的表面张力等的作用，纳米颗粒通常会产生严重的团聚，传统的机械混合方式很难破坏这种团聚结构。这种团聚结构的存在会造成镁碳质耐火材料基质部分结构的不均匀，进而影响材料的性能。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种基质结构均匀、抗氧化效果好、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能高和抗渣蚀性强的低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~15wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、0~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。
所述电熔镁砂颗粒的MgO含量≥97wt%，体积密度≥3.45g/cm3，粒度为5~0.088mm。
所述电熔镁砂细粉的MgO含量≥97wt%，粒度≤0.088mm。
所述鳞片石墨的固定碳含量≥94wt%，粒度为0.1~0.15mm。
所述金属铝粉、Al-Mg合金和结晶硅粉的粒度均≤0.088mm。
所述树脂为粉状酚醛树脂、热固性液态酚醛树脂和热塑性液态酚醛树脂中的一种。
所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法是：
采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0~10wt%的金属镍粉、0~10wt%的金属铁粉和0~10wt%的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。
再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，然后置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
在所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法中：
所述碳酸镁为菱镁矿、工业碳酸镁、化学纯碳酸镁、分析纯碳酸镁中的一种，碳酸镁的
粒径小于0.147mm。
所述碱式碳酸镁为工业碱式碳酸镁、化学纯碱式碳酸镁、分析纯碱式碳酸镁中的一种，碱式碳酸镁的粒径小于0.147mm。
所述金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径均小于0.147mm。
所述钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球︰中球︰小球=2︰4︰1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明在低碳镁碳质耐火材料基质中引入高度分散的、具有促进树脂炭石墨化转变的纳米晶尖晶石-碳复合粉体，解决了纳米尺度可石墨化前躯体在低碳镁碳质耐火材料基质中的分散问题，强化了材料基质组成与结构均匀性，且在服役温度条件下可明显促进树脂碳的石墨化转变，所制得的低碳镁碳质耐火材料具有基质部分结构均匀。
本发明所制备的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体，所述低碳镁碳质耐火材料的碳含量为3~6wt%，服役温度条件下酚醛树脂碳石墨化程度高、抗氧化效果明显提高、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能好和抗渣蚀性强。
因此，本发明具有基质结构均匀、抗氧化效果好、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能高和抗渣蚀性强的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和树脂统一描述如下，具体实施例中不再赘述。
所述电熔镁砂颗粒的MgO含量≥97wt%，体积密度≥3.45g/cm3，粒度为5~0.088mm。
所述电熔镁砂细粉的MgO含量≥97wt%，粒度≤0.088mm。
所述鳞片石墨的固定碳含量≥94wt%，粒度为0.1~0.15mm。
所述金属铝粉、Al-Mg合金和结晶硅粉的粒度均≤0.088mm。
所述酚醛树脂为粉状酚醛树脂、热固性液态酚醛树脂和热塑性液态酚醛树脂中的一种。
所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法是：
采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0~10wt%的金属镍粉、0~10wt%的金属铁粉和0~10wt%的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。
再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，然后置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
在所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法中：
所述碳酸镁为菱镁矿、工业碳酸镁、化学纯碳酸镁、分析纯碳酸镁中的一种，碳酸镁的粒径小于100目；
所述碱式碳酸镁为工业碱式碳酸镁、化学纯碱式碳酸镁、分析纯碱式碳酸镁中的一种，碱式碳酸镁的粒径小于100目；
所述金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径均小于100目；
所述钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球︰中球︰小球=2︰4︰1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
实施例1
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、12~15wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的粉状酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例2
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、12~15wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热固性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例3
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、12~15wt%的纳米晶尖晶石~碳复合粉体、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热塑性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例4
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~12wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、1~3wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的粉状酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体的低碳镁碳质耐火材料。
实施例5
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~12wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、1~3wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热固性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例6
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、10~12wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、1~3wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热塑性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例7
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~10wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、3~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的粉状酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例8
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~10wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、3~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热固性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例9
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法。将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~10wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、3~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的热塑性酚醛树脂，在高速混碾机中混练，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料。所制得的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式在低碳镁碳质耐火材料基质中引入高度分散的、具有促进树脂炭石墨化转变的纳米晶尖晶石-碳复合粉体，解决了纳米尺度可石墨化前躯体在低碳镁碳质耐火材料基质中的分散问题，强化了材料基质组成与结构均匀性，且在服役温度条件下可明显促进树脂碳的石墨化转变，所制得的低碳镁碳质耐火材料基质部分结构均匀。
本具体实施方式制备的低碳镁碳质耐火材料含有纳米晶尖晶石-碳复合粉体，所述低碳镁碳质耐火材料的碳含量为3~6wt%，服役温度条件下酚醛树脂碳石墨化程度高、抗氧化效果明显提高、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能好和抗渣蚀性强。
因此，本具体实施方式具有基质结构均匀、抗氧化效果好、高温强度大、抗熔渣渗透性优良、抗剥落性能高和抗渣蚀性强的特点。
Claims (8)
1.一种低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于将65~70wt%的电熔镁砂颗粒、15~20wt%的电熔镁砂细粉、5~15wt%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、0~5wt%的鳞片石墨、1~3wt%的金属铝粉、0~3wt%的Al-Mg合金和0~3wt%的结晶硅粉为原料混合，外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂，在高速混碾机中混炼，用6300KN的压砖机压制成型；自然干燥24小时，于200~230℃条件下干燥24小时，制得低碳镁碳质耐火材料；
所述电熔镁砂颗粒的粒度为5~0.088mm；所述电熔镁砂细粉的粒度≤0.088mm。
2.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂颗粒的MgO含量≥97wt%，体积密度≥3.45g/cm3。
3.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的MgO含量≥97wt%。
4.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的固定碳含量≥94wt%，粒度为0.1~0.15mm。
5.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述金属铝粉、Al-Mg合金和结晶硅粉的粒度均≤0.088mm。
6.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述树脂为粉状酚醛树脂、热固性液态酚醛树脂和热塑性液态酚醛树脂中的一种。
7.根据权利要求1所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法，其特征在于所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法是：
采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3︰28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0~10wt%的金属镍粉、0~10wt%的金属铁粉和0~10wt%的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料；
再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1︰(40~60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，然后置于行星球磨机上球磨2~50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
在所述纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法中：
所述碳酸镁为菱镁矿、工业碳酸镁、化学纯碳酸镁、分析纯碳酸镁中的一种，碳酸镁的
粒径小于0.147mm；
所述碱式碳酸镁为工业碱式碳酸镁、化学纯碱式碳酸镁、分析纯碱式碳酸镁中的一种，碱式碳酸镁的粒径小于0.147mm；
所述金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径均小于0.147mm；
所述钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球︰中球︰小球=2︰4︰1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
8.一种低碳镁碳质耐火材料，其特征在于所述低碳镁碳质耐火材料是根据权利要求1~7项中任一项所述的低碳镁碳质耐火材料的制备方法所制备的低碳镁碳质耐火材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191210 Address after: 066000 Jiangjiawa Village, Duzhuang Town, Haigang District, Qinhuangdao City, Hebei Province Patentee after: QINHUANGDAO SHOUGANG HEIQI REFRACTORY MATERIAL Co.,Ltd. Address before: 430081 construction of Qingshan District, Hubei, Wuhan Patentee before: Wuhan University of Science and Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 066000 jiangjiawa village, Duzhuang Town, Haigang District, Qinhuangdao City, Hebei Province Patentee after: Qinhuangdao Shounai New Materials Co.,Ltd. Address before: 066000 jiangjiawa village, Duzhuang Town, Haigang District, Qinhuangdao City, Hebei Province Patentee before: QINHUANGDAO SHOUGANG HEIQI REFRACTORY MATERIAL Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A low-carbon magnesium carbon refractory material and its preparation method Effective date of registration: 20230829 Granted publication date: 20151230 Pledgee: Qinhuangdao Bank Co.,Ltd. Beidaihe Branch Pledgor: Qinhuangdao Shounai New Materials Co.,Ltd. Registration number: Y2023980054347 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |