CN104496492B

CN104496492B - 一种复合镁碳耐火坩埚及其制备方法

Info

Publication number: CN104496492B
Application number: CN201410528646.7A
Authority: CN
Inventors: 周益城; 周成; 周成平
Original assignee: CHANGXING ZHENGFA THERMOELECTRICITY REFRACTORY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHANGXING ZHENGFA THERMOELECTRICITY REFRACTORY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: CN104496492A

Abstract

本发明提供一种复合镁碳耐火坩埚，由镁矿石、电熔镁砂、金属镁微粉、废弃石墨微粉、氧化铬微粉、添加剂组成。本发明同时提供一种复合镁碳耐火坩埚的制备方法，步骤包括预混、混料、塑形、干燥、烧制和成型，干燥，拣选，检验，包装入库。使用本发明制作的耐火坩埚，抗渣性强、热稳定性强，使用寿命长，工艺简单。

Description

一种复合镁碳耐火坩埚及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是涉及一种复合镁碳耐火坩埚及其制备方法。

背景技术

定型耐火材料一般指耐火砖，其形状有标准规则，也可以根据需要筑切时临时加工。耐火砖简称火砖，用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料，主要用于砌冶炼炉，能耐1，580℃—1，770℃的高温。镁碳坩埚是以高熔点碱性氧化物氧化镁（熔点2800℃）和难以被炉渣侵润的高熔点碳素材料作为原料，添加各种非氧化物添加剂。用炭质结合剂结合而成的复合耐火材料。镁碳砖主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位，镁碳砖作为一种复合耐火材料，有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砂耐剥落性差的最大缺点。其主要特点有：1、具有良好的耐高温性能；2、抗渣能力强；3、抗热震性好；4、高温蠕变低，因此镁碳坩埚在用于真空的非真空感应炉是熔炼高温纯净合金的理想耐火制品，随着科技的进步，在军工，航天工业部已经得到了广泛使用。

中国专利CN1583670A公开了一种由钛及钛合金熔炼坩埚材料，使用了氮化硼和适量的助剂。这种方法制备的坩埚化学性质稳定，坩埚毛坯在烧结时粘结面大，气孔率低，机械强度、热物理性质、抗金属熔体化学侵蚀能力和耐火度均得到提高，然而成本较高，对设备要求较高，使用对象针对性太强。中国专利CN101318812B公开了一种高铝质耐高温坩埚的制备方法，使用了铝土矿熟料、苏州土、碳化硅、熟滑石、锆英石等原料，其化学稳定性好，热物理性质优良，使用寿命长，但是工艺精度高，对设备要求高，原料获得不易。中国专利CN103044041A公开了一种精炼钢包包壁用铝镁砖，使用棕刚玉、尖晶石、亚白刚玉和镁砂粉，提高铝镁砖的使用寿命，但是抗结构剥落性较低，抗渣性一般。中国专利CN102329137B公开了一种无碳铝镁质不烧砖、配制方法及应用，原料包括颗粒剂配电熔白刚玉砂、电熔镁砂、氧化镁微粉和氧化铝超微粉以及少量增塑剂和润湿剂，具有良好的保温性并提高寿命，但是对原料要求高，成本高。中国专利CN100372808C公开了一种含锆镁砖的制作方法，经原料粉碎筛分、配料混料、成型、干燥、烧成五步骤完成，有点是消除了铬的污染，利用氧化锆和氧化镁膨胀系数的差异提高热震稳定性，但是由于原料粒度太大以及纯度不高，导致杂质容易形成氧化物，降低镁砖的高温稳定性。中国专利CN102329138B公开了一种用废弃镁砖及石墨电极材料低成本生产镁碳砖的方法，由镁砂、废弃镁砖、废弃石墨电极粉、添加剂和树脂组成，成本低、性能好，市场竞争力强，但是质量略低，杂质参合导致产品热稳定性较差。

发明内容

为了解决镁碳坩埚工艺流程复杂，成本高，抗渣性差，热稳定性差的问题，我们提出了一种耐高温复合铝镁不烧砖及其制备方法，采用本发明可以有效提高产品抗渣性、热稳定性，提高使用寿命，简化工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

为实现上述目的，本发明提供一种复合镁碳耐火坩埚，由以下质量百分比的原料组成：镁矿石：65-82%；电熔镁砂：10-20%；金属镁微粉：1-5%；废弃石墨微粉：5-20%；氧化铬微粉：1-5%；添加剂：0.5-3%。配方以镁矿石为基础，由于公司位于优质镁矿石产地，因此镁矿石纯度高，引入较少的杂质避免生成氧化物影响产品的高温性能。颗粒细微的电熔镁砂和金属镁微粉在烧制过程中，1000℃左右就开始发生固相烧结反应，并生成原位微细化尖晶石相，使得坩埚有良好的中高温强度，优异的抗渣性和优良的热震稳定性能。使用拣选加工处理后的废弃石墨微粉，全部替代原来的鳞片石墨，有效降低成本，同时循环利用废弃石墨，保护环境。氧化铬能与许多二价金属的氧化物一起加热至高温能生成尖晶石型化合物，对酸碱都具有很好的稳定性，提高产品抗侵蚀性，抗渣性和结构剥落性。

优选地，上述原料的粒度如下：镁矿石：8-1mm；电熔镁砂：＜0.088mm；废弃石墨微粉：＜0.088mm；金属镁微粉：d₅₀=5μm；氧化铬微粉：d₅₀=5μm。

优选地，上述镁矿石中氧化镁含量为95~99%，电熔镁砂中氧化镁含量不低于99%，废弃石墨微粉中固定碳95-99%，金属镁微粉纯度不低于99.5%，氧化铬微粉纯度不低于99.5%。高纯原料的使用，大大减少了二氧化硅的引入，减少了二氧化硅与材料中氧化镁在高温下生成低熔物，有效控制使用过程中与钢水、钢渣中氧化铝和氧化钙反应生成低熔物的可能，保证了良好的高温强度及荷重软化温度，增强了材料抗侵蚀能力，提高寿命。

优选地，上述废弃石墨微粉为电池制作企业的不合格报废品和/或回收石墨电极。降低成本，循环利用废弃产品保护环境。

优选地，上述添加剂由硅溶胶和木质素磺酸钠溶液组成，其重量比为：1:1~3。有机增塑剂分子插入到颗粒、微粉粒子之间，削弱了团聚颗粒间的应力，增加了微粉粒子的移动性、降低了微粉粒子间的团聚度，从而使颗粒、微粉粒子的塑性增加，提高材料的塑性，保证了材料的成型密度，提高了产品半成品成型合格率。木质素磺酸钠有良好的扩散性能，其水溶液为棕色至黑色，有胶体特性，溶液的黏度随浓度的增加而升高。在大规格墙地砖及耐火砖制造过程中，可以使坯体原料微粒牢固粘结起来，可使干坯强度提高20%—60%以上。硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒，颗粒细微，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，使涂料具有较强的粘结力。

本发明同时提供一种复合镁碳耐火坩埚的制备方法，步骤如下：

（1）预混：

将镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中预混5-10分钟，配料误差小于0.1%；

（2）混料：

将另一批镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中混合5-10分钟，加入上述添加剂混合5-10分钟，再加入上述金属镁微粉和氧化铬微粉混合10-30分钟，将步骤（1）中预混的原料加入混砂机，混合10-30分钟，制成泥料，配料误差小于0.1%；

（3）塑形：

将步骤（2）中制得的泥料放入送入坩埚模具内在1~4T/cm2的压力下压制成型；

（4）干燥：

将步骤（3）中压制成型的坩埚自然干燥24h，至水分不高于0.5%；

（5）烧制：

送入隧道窑内，在还原气氛中，1450~1750摄氏度下焙烧2.5~10小时；

（6）成型，干燥，拣选，检验，包装入库。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：提高产品抗渣性、热稳定性，提高使用寿命，简化工艺。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都落入本发明保护范围；且下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

一种复合镁碳耐火坩埚，由以下质量百分比的原料组成：

镁矿石：74%；电熔镁砂：10%；金属镁微粉：2%；废弃石墨微粉：10%；氧化铬微粉：2%；添加剂：2%。生产步骤如下：

（1）预混：将镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中预混5分钟；

（2）混料：将另一批镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中混合5分钟，加入上述添加剂混合5分钟，再加入上述金属镁微粉和氧化铬微粉混合20分钟，将步骤（1）中预混的原料加入混砂机，混合20分钟，制成泥料；

（3）塑形：将步骤（2）中制得的泥料放入送入制砖机模具内在2T/cm²的压力下压制成型；

（4）干燥：将步骤（3）中压制成型的坩埚自然干燥24h，至水分不高于0.5%；

（5）烧制：送入隧道窑内，在还原气氛中，1650摄氏度下焙烧4小时；

（6）成型，干燥，拣选，检验，包装入库。随机取样十份，检测各性能，结果如表1所示。

实施例2：

一种复合镁碳耐火坩埚，由以下质量百分比的原料组成：

镁矿石：69%；电熔镁砂：10%；金属镁微粉：2%；废弃石墨微粉：15%；氧化铬微粉：2%；添加剂：2%。

生产步骤与实施例1基本相同。完成后随机取样10份进行高温性能测试，结果如表1所示。

实施例3：

一种复合镁碳耐火坩埚，由以下质量百分比的原料组成：

镁矿石：71%；电熔镁砂：10%；金属镁微粉：2%；废弃石墨微粉：10%；氧化铬微粉：5%；添加剂：2%。

实施例4：

一种复合镁碳耐火坩埚，由以下质量百分比的原料组成：

镁矿石：66%；电熔镁砂：10%；金属镁微粉：2%；废弃石墨微粉：15%；氧化铬微粉：5%；添加剂：2%。

对比例：

市购普通镁碳耐火坩埚，随机取样10份进行高温性能测试，结果如表1所示。

表1：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						氧化镁含量(%)	86.43	84.54	83.82	82.11	77.34
碳含量(%)	10.32	14.21	10.43	14.95	7.70
						体积密度g/cm³	4.38	4.21	4.87	4.18	3.84
耐火度	1673	1692	1731	1791	1480
						荷重软化点	1753	1732	1728	1870	1500
1600℃抗折强度Mpa	31.9	32.8	34.6	35.6	22.8
						1600℃耐压强度MPa	162	164	171	176	130

从表1中可看出，使用本发明制造的复合镁碳耐火坩埚与市购镁碳耐火坩埚相比氧化镁含量高，碳含量高，杂质含量低，体积密度大，高温性能好。

Claims

1.一种复合镁碳耐火坩埚，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：镁矿石：65-82%；电熔镁砂：10-20%；金属镁微粉：1-5%；废弃石墨微粉：5-20%；氧化铬微粉：1-5%；添加剂：0.5-3%；

所述添加剂由硅溶胶和木质素磺酸钠溶液组成，其重量比为：1:1~3；

上述各原料粒度如下：镁矿石：8-1mm；电熔镁砂：＜0.088mm；废弃石墨微粉：＜0.088mm；金属镁微粉：d₅₀=5μm；氧化铬微粉：d₅₀=5μm。

2.如权利要求1所述的一种复合镁碳耐火坩埚，其特征在于，所述镁矿石中氧化镁含量为95~99%，电熔镁砂中氧化镁含量不低于99%，废弃石墨微粉中固定碳95-99%，金属镁微粉纯度不低于99.5%，氧化铬微粉纯度不低于99.5%。

3.如权利要求1或2所述的一种复合镁碳耐火坩埚，其特征在于，所述废弃石墨微粉为电池制作企业的不合格报废品和/或回收石墨电极。

4.一种如权利要求1所述的复合镁碳耐火坩埚的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）预混：将一批镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中预混5-10分钟；（2）混料：将另一批镁矿石、电熔镁砂和废弃石墨电极微粉送入混砂机中混合5-10分钟，加入上述添加剂混合5-10分钟，再加入上述金属镁微粉和氧化铬微粉混合10-30分钟，将步骤（1）中预混的原料加入混砂机，混合10-30分钟，制成泥料；

（3）塑形：将步骤（2）中制得的泥料放入制砖机模具内在1~4T/cm²的压力下压制成型；（4）干燥：将步骤（3）中压制成型的坩埚自然干燥24h，至水分不高于0.5%；

（5）烧制：送入隧道窑内，在还原气氛中，1450~1750摄氏度下焙烧2.5~10小时；

（6）成型，干燥，拣选，检验，包装入库。