CN104829252A - 一种氧化钙碳砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化钙碳砖及其制备方法，涉及一种耐火砖及其制备方法，大颗粒选用氧化钙为主要成分的钙基砂或碳酸钙覆膜的氧化钙基砂，<0.088mm颗粒的氧化钙基砂为基料，以鳞片石墨为碳源，以无水酚醛树脂为结合剂，以乌洛托品为固化剂，以金属镁粉为抗氧剂；各原料混合均匀，压实成型后，经150-350℃热处理，制备系列氧化钙碳砖。该方法制备高性能氧化钙碳砖，可用于冶炼洁净钢，起到部分替代镁碳砖、铝镁炭砖及镁钙碳砖和白云石碳砖的作用，将有效的保护我国的优质菱镁矿、矾土矿和石墨资源，降低耐火材料的生产成本，带来巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种氧化钙碳砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐火砖及其制备方法，特别是涉及一种氧化钙碳砖及其制备方法。 

背景技术

镁碳砖是以镁砂（高温烧结镁砂或电熔镁砂）和碳素材料为原料，用各种碳质结合剂制成的耐火材料。由于镁碳砖及镁钙碳砖具有耐火度高、抗热震性优良和抗侵蚀能力强等优良特性而被广泛应用于钢铁企业，如转炉炼钢和电炉炼钢。镁碳砖的骨料为高纯度的电熔或烧结镁砂（一般MgO≥95%），基质部分为高纯石墨和高纯镁砂。随着菱镁矿和石墨资源的过渡开发，这些国家战略资源面临着枯竭的危险，尤其是特级菱镁矿和石墨储量已经很少。

钢铁冶金正在向大型、连续、高效、长寿、洁净化方向发展，对冶炼技术的要求越来越高，因此对冶炼用耐火材料的质量提出了更高的需求，性能更加优异的新型耐火材料的研究开发，为实现钢铁材料的洁净化冶炼创造了条件，也要求满足长寿、环保、节能及保护我国珍惜优质矿产资源等方面的要求。

氧化钙系耐火材料具有良好的耐高温、抗渣性、热力学稳定性、净化钢液、环保等特点，是冶炼高质量洁净钢生产中的首选耐火材料。目前由于我国菱镁矿、矾土矿资源的过渡开发，使这些资源面临枯竭的危险。而我国的白云石矿和方解石矿储量，矿藏极为丰富，纯度高，分布广，因此利用白云石开发高性能氧化钙系耐火材料，对保护我国优质菱镁矿和矾土资源具有十分重要的战略和现实意义。

随着钢铁工业的不断发展，氧化钙系耐火材料的应用将会越来越广泛，但其水化和使用寿命等问题仍然没有很好地解决，始终困扰着氧化钙系耐火材料的大规模应用及快速发展。

为此，各国做了大量的研究，并取得了一定的进展，某些技术已经应用的于工业生产，但还没有从根本上解决其抗水化的问题。本专利可成功的制备出高氧化钙含量、抗水化性能优良的氧化钙碳砖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化钙碳砖及其制备方法，该方法制备的氧化钙碳砖可净化钢液，部分替代镁碳砖、铝镁炭砖及镁钙碳砖和白云石碳砖，有效的保护我国的优质菱镁矿、矾土矿和石墨资源，降低耐火材料的生产成本，大幅提高钢铁质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

 一种氧化钙碳砖，其所述氧化钙碳砖各原料按重量份配比如下：

 5-3mm的大颗粒砂                   12-15份；

 3-1mm的氧化钙基砂                  33-36份；

 0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份；

 0.088mm的氧化钙基砂              16-20份；

 鳞片石墨                             5-15份；

 金属镁粉                            0.5-2.5份；

 酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为氧化钙基砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

所述的一种氧化钙碳砖，其所述大颗粒选用氧化钙为主要成分的钙基砂或碳酸钙覆膜的氧化钙基砂，0.088mm颗粒的氧化钙基砂为基料，以鳞片石墨为碳源，以无水酚醛树脂为结合剂，以乌洛托品为固化剂，以金属镁粉为抗氧剂；各原料混合均匀，压实成型后，经150-350℃热处理，制备系列氧化钙碳砖。

所述的一种氧化钙碳砖，其所述大颗粒砂包括8-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0mm粒度的氧化钙基砂，氧化钙基砂包括CaO含量为50-100wt%的钙砂和钙镁砂，CaO含量为50-100wt%的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂；CaO含量为50-100wt%的钙砂和钙镁砂包括电熔钙镁砂和烧结钙镁砂及碳酸镁和/或碳酸钙覆膜的钙砂和钙镁砂； CaO含量为50-100wt%的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂包括烧结和/或碳酸钙覆膜的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂。

所述的一种氧化钙碳砖，其所述粒度为8-5mm、5-3mm的大颗粒骨料或选用电熔镁砂。

所述的一种氧化钙碳砖，其所述0.088mm颗粒为钙基砂或碳酸钙覆膜的氧化钙基砂。

一种氧化钙碳砖制备方法，其所述方法包括以下制备步骤：

将5-3mm、3-1mm和0-1mm的氧化钙基砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，加入粒度0.088mm的氧化钙基砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混1-3分钟，然后将各种粒度的钙基砂混1-3分钟；加入酚醛树脂，混2-4分钟，最后加入金属镁粉，混3分钟，出料；将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在2.85-3.45g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，即制得氧化钙碳砖。

本发明的优点与效果是：

本发明采用具有优良抗水化性能的氧化钙质砂，彻底解决了CaO-C砖的水化问题，而且增加氧化钙碳砖的强度，使其应用领域不断扩大，起到部分替代镁碳砖、铝镁炭砖及镁钙碳砖和白云石碳砖的作用，将有效的保护我国的优质菱镁矿、矾土矿和石墨资源，降低耐火材料的生产成本，净化钢液，而且本申请专利制备的氧化钙碳砖具有优良的抗水化性能，可省去常规含钙砖浸蜡和真空包装等环节，带来巨大的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详述。

实施例1：

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上的粗颗粒、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为85-100wt%的电熔钙镁砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，将粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的电熔氧化钙砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的电熔钙镁砂约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

≥5-3mm的氧化钙基砂                 12-15份、

3-1mm的氧化钙基砂                  33-36份、

0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mm的氧化钙基砂              16-20份、

鳞片石墨                             5-15份、

金属镁粉                            0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为电熔钙镁砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在2.85-3.45g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥80%，C=5-11%，体积密度(BD)≥2.88 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥2.80 g/cm³，CCS≥20 MPa。

实施例2：  一种制备氧化钙碳砖的方法

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上的粗颗粒、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为50-85wt%的表面碳酸钙覆膜的烧结钙镁砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，将粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的烧结氧化钙砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的表面碳酸钙覆膜的烧结钙镁砂与石墨约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

≥5-3mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂                 12-15份、

3-1mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂                  33-36份、

0-1mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂              16-20份、

鳞片石墨                                      5-15份、

金属镁粉                                     0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为烧结钙镁砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在2.85-3.45g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥50%，C=10-15%，体积密度(BD)≥2.90 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥2.82 g/cm³，CCS≥20 MPa。

实施例3：  一种制备氧化钙碳砖的方法

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上的粗颗粒、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为50-100wt%的表面碳酸钙覆膜的烧结CaO-ZrO₂砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，加入粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的烧结CaO-ZrO₂砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的烧结CaO-ZrO₂砂与石墨约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

≥5-3mm的氧化钙基砂                 12-15份、

3-1mm的氧化钙基砂                  33-36份、

0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mm的氧化钙基砂              16-20份、

鳞片石墨                             5-15份、

金属镁粉                            0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为烧结CaO-ZrO₂砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在3.25-4.55g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥50%，C=10-15%，体积密度(BD)≥3.40 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥3.35 g/cm³，CCS≥20 MPa。

实施例4：

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上的粗颗粒、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为50-100wt%的表面碳酸钙覆膜的烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，加入粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的烧结烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与石墨约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

≥5-3mm的氧化钙基砂                 12-15份、

3-1mm的氧化钙基砂                  33-36份、

0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mm的氧化钙基砂              16-20份、

鳞片石墨                             5-15份、

金属镁粉                            0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在3.15-4.5g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥50%，C=8-12%，体积密度(BD)≥3.40 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥3.35 g/cm³，CCS≥20 MPa。

实施例5：一种制备氧化钙碳砖的方法

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上的粗颗粒、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为50-100wt%的表面碳酸钙覆膜的烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，加入粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的烧结烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的烧结CaO-ZrO₂-SiO₂砂与石墨约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

≥5-3mm的氧化钙基砂                 12-15份、

3-1mm的氧化钙基砂                  33-38份、

0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mm CaCO₃覆膜的氧化钙基砂              15-20份、

鳞片石墨                                      12-20份、

金属镁粉                                     0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为氧化钙基砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在3.35-3.75g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥50%，C=8-12%，体积密度(BD)≥3.40 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥3.35 g/cm³，CCS≥20 MPa。

实施例6 ： 一种制备氧化钙碳砖的方法

（一）方法如下：

1）将5-3mm及以上粗颗粒的电熔镁砂、3-1mm和0-1mm的氧化钙含量为50-85wt%的表面碳酸钙覆膜的烧结钙镁砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，将粒度＜0.088mm的氧化钙覆膜的烧结氧化钙砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混约1-3分钟，然后将各种粒度的表面碳酸钙覆膜的烧结钙镁砂与石墨约混1-3分钟；加入酚醛树脂，混约2-4分钟，最后加入金属镁粉，混约3分钟，出料；

所述各原料按重量份配比如下：

8-5mm的电熔镁砂                    4-5份、

5-3mm的电熔镁砂                    8-10份、

3-1mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂                  33-38份、

0-1mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂                  20-25份、

＜0.088mmCaCO₃覆膜的氧化钙基砂              15-20份、

鳞片石墨                             12-20份

金属镁粉                            0.5-2.5份、

酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为烧结钙镁砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2） 将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在2.85-3.45g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，制得氧化钙碳砖。

（二）检测结果

氧化钙碳砖的测试结果如下：CaO≥50%，C=10-15%，体积密度(BD)≥2.90 g/cm³，耐压强度（CCS）≥40 MPa，显气孔率（AP）≤8.0%。

1500℃×2h/s 还原烧成时的指标：AP≤14%，BD≥2.82 g/cm³，CCS≥20 MPa。

Claims (6)

1.  一种氧化钙碳砖，其特征在于，所述氧化钙碳砖各原料按重量份配比如下：

 5-3mm的大颗粒砂                   12-15份；

 3-1mm的氧化钙基砂                  33-36份；

 0-1mm的氧化钙基砂                  20-25份；

 0.088mm的氧化钙基砂              16-20份；

 鳞片石墨                             5-15份；

 金属镁粉                            0.5-2.5份；

 酚醛树脂、乌洛托品和金属镁粉为外加剂；酚醛树脂的加入量为氧化钙基砂、石墨总重量的2.5-4.5%，乌洛托品的加入量为酚醛树脂的6-15%。

2.根据权利要求1所述的一种氧化钙碳砖，其特征在于，所述大颗粒选用氧化钙为主要成分的钙基砂或碳酸钙覆膜的氧化钙基砂，0.088mm颗粒的氧化钙基砂为基料，以鳞片石墨为碳源，以无水酚醛树脂为结合剂，以乌洛托品为固化剂，以金属镁粉为抗氧剂；各原料混合均匀，压实成型后，经150-350℃热处理，制备系列氧化钙碳砖。

3.根据权利要求1所述的一种氧化钙碳砖，其特征在于，所述大颗粒砂包括8-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0mm粒度的氧化钙基砂，氧化钙基砂包括CaO含量为50-100wt%的钙砂和钙镁砂，CaO含量为50-100wt%的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂；CaO含量为50-100wt%的钙砂和钙镁砂包括电熔钙镁砂和烧结钙镁砂及碳酸镁和/或碳酸钙覆膜的钙砂和钙镁砂； CaO含量为50-100wt%的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂包括烧结和/或碳酸钙覆膜的CaO-ZrO₂砂、CaO-ZrO₂-SiO₂砂。

4. 根据权利要求1所述的一种氧化钙碳砖，其特征在于，所述粒度为8-5mm、5-3mm的大颗粒骨料或选用电熔镁砂。

5.根据权利要求1所述的一种氧化钙碳砖，其特征在于，所述0.088mm颗粒为钙基砂或碳酸钙覆膜的氧化钙基砂。

6.一种氧化钙碳砖制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：

将5-3mm、3-1mm和0-1mm的氧化钙基砂与总石墨含量50%的鳞片石墨和乌洛托品混约1-3分钟，加入粒度0.088mm的氧化钙基砂与另外占总石墨含量50%的鳞片石墨混1-3分钟，然后将各种粒度的钙基砂混1-3分钟；加入酚醛树脂，混2-4分钟，最后加入金属镁粉，混3分钟，出料；将混好的物料于模具中成坯，成型时砖坯的密度控制在2.85-3.45g/cm³，于150-350℃下进行热处理，热处理0.5-24h，即制得氧化钙碳砖。