CN107244925A

CN107244925A - 一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法

Info

Publication number: CN107244925A
Application number: CN201710218430.4A
Authority: CN
Inventors: 朱凌; 黄朝晖; 吴小文
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2017-10-13

Abstract

本发明涉及一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，属于耐火材料制备技术领域。本发明以镁砂(电熔镁砂或烧结镁砂)和碳素原料(鳞片石墨、炭黑或电极屑)为主要原料，添加葡萄糖为结合剂以及其他添加剂，经配料、混练、困料、成型、干燥等工艺过程制备出免烧镁碳砖。所述耐火材料通过葡萄糖结合剂固化提供低温强度，通过葡萄糖结合剂受热分解炭化形成碳结构提供中、高温强度。与传统的酚醛树脂结合的镁碳砖相比，葡萄糖结合的镁碳砖具有环境友好和成本低的优势。该制备方法还为葡萄糖结合剂应用于其它耐高温材料提供了技术和理论基础。

Description

一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法

技术领域：

[0001]本发明涉及一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，属于耐火材料制备技术领域。

背景技术：

[0002]含碳耐火材料是适应钢铁冶金新技术、新工艺发展起来的高性能耐火材料，镁碳砖是耐火材料体系中的重要部分，它兼具了 Mg0和碳的高熔点、化学稳定性好的优异性能，同时碳的引入克服了MgO热膨胀系数高、易被熔渣润湿、抗剥落性差的不足，使得镁碳砖具有抗侵蚀性、抗热震稳定性好以及对金属熔体和高温熔渣的抗渗透性强等优点，主要被使用在洁净钢冶炼钢包、出铁场和铁水储运罐、连铸、炼铁高炉本体等部位，为钢铁冶金工业的技术进步和安全生产发挥着至关重要的作用。

[0003]镁碳砖是一种免烧砖，主要依靠结合剂来保障材料的常温和中高温强度，故结合剂是镁碳砖生产制备的核心向题。生产镁碳砖最常用的结合剂就是煤焦油沥青和酚醛树月旨。但是，煤焦油沥青的主要的致命缺点是含有致癌的芳香烃，尤其是苯并芘，而酚醛树脂在作为含碳耐火材料结合剂使用的时候，在研发、生产和使用的过程中都会放出一定量的甲醛和酚类化合物等有害气体，对环境和人体健康产生不利影响。因此，急需寻找环保型结合剂来替代酚醛树脂和煤焦油沥青，制备高性能、低成本、低污染的镁碳砖。

[0004]鉴于酚醛树脂和煤焦油沥青对人体健康和环境带来的严重危害，有人建议使用糖类作为结合剂，这种非芳香族有机高分子化合物，可以在一定程度上防止这些问题。因此，本发明创造性地采用环保糖类化合物葡萄糖作为结合剂替代酚醛树脂等传统结合剂来制备环保型高性能镁碳砖，通过糖类物质的低温固化获得优良的初始强度，在钢包等实际领域应用中通过糖类碳化形成碳网络结构来获得中、高温强度，最终实现镁碳砖制备与使用过程的低成本、高性能和环保化。并且葡萄糖原料来源广泛易得，而且环保几乎无污染，价格也相对酚醛树脂便宜，适合大规模推广使用的可行性。本发明也为开发环保型高性能低成本含碳耐火材料提供科学依据和理论基础。

发明内容：

[0005]本发明是鉴于镁碳砖常用的结合剂为酚醛树脂和煤焦油沥青，在研发、生产和使用过程中会释放出甲醛和酚类化合物等有害气体，对环境和人体健康造成严重危害的问题，提出一种以环保型糖类化合物葡萄糖替代酚醛树脂和煤焦油沥青作为结合剂制备的高性能环保镁碳砖。本发明以镁砂（电熔镁砂或烧结镁砂)和碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为主要原料、添加其他添加剂(金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或 B4C，其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入），获得一种新型环保免烧镁碳砖，应用于钢铁冶炼的钢包渣线部位和转炉内衬材料，通过葡萄糖溶液的低温固化获得优良的初始强度，在钢包等实际领域应用中通过糖类碳化形成碳网络结构来获得中高温强度，实现Mg〇-C质耐火材料制备与使用过程的低成本、高性能和环保化。

[0006]本发明提出的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:该耐火材料是采用镁砂（电熔镁砂或烧结镁砂）和碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为主要原料，添加葡萄糖为结合剂，添加其他添加剂(添加剂为金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或B4C，其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入），然后经过配料、混练、困料、成型、干燥等工艺过程制备出免烧镁碳砖。所述的配料、混料、困料、成型、干燥等工艺过程与通常免烧耐火砖的过程类似。所述这种葡萄糖结合的镁碳砖砖与煤焦油沥青或酚醛树脂结合的镁碳砖相比可以有效的避免类似煤焦油沥青或酚醛树脂等高分子有机物作为镁碳砖结合剂，在研发、生产和使用过程中释放出甲醛和酚类化合物等有害气体，对环境和人体健康造成严重危害的问题，且葡萄糖来源广泛，价格相对便宜，可以降低镁碳砖的生产成本，具有环保和成本低的优势。

[0007] 在上述葡萄糖结合镁碳砖中，所述的镁砂颗粒和细粉(电熔镁砂或烧结镁砂)为通常市售工业矿物原料，镁砂小颗粒和细粉也可以通过大颗粒镁砂破碎筛分获得。其质量要求为MgO含量大于97 • 0%，其他CaO、Si〇2、Fe2〇3等杂质总含量不超过3 • 0%，粒度控制在小于 5.0mm，其加入量为总配料质量的0.1 %〜99.0% (质量百分比）。

[0008]在上述匍匈糖结合儀碳砖中，所述碳素原料(鱗片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为通常市售的工业原料，其质量要求为碳的含量大于99.0%，其他杂质总含量小于1 •0%，粒度控制在小于3.0mm，其加入量为总配料质量的0• 1 %〜99.0% (质量百分比）。

[0009]在上述葡萄糖结合镁碳砖中，所述选用的添加剂为金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或B4C等抗氧化剂，所述添加剂其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，三者之间的混合比例没有特殊要求，粒度控制在小于3 • 0 mm，其加入量为总配料质量的 0.1%〜30.0% (质量百分比）。

[0010]在上述葡萄糖结合镁碳砖中，所述外加葡萄糖结合剂由葡萄糖结晶粉末和水按照一定配比混合获得，所用葡萄糖结晶粉末为市售工业原料，其杂质Fe含量小于〇. 03%，杂质 Si含量小于0.2%，杂质Cu含量小于〇. 005%，葡萄糖结合剂加入量为总配料质量的〇.丨％〜 15.0% (质量百分比）。

[0011 ]本发明提出的葡萄糖结合镁碳砖的制备方法的特征制备工艺过程依次为：

[0012] (1)将镁砂颗粒和细粉(电熔镁砂或烧结镁砂，镁砂小颗粒和细粉也可以通过大颗粒镁砂破碎筛分获得）、碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)和添加剂细粉(金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或B4c等)按一定配比混合均匀后加入混练机中，再加入葡萄糖结合剂(结合剂也可以分批加入），混练时间为为保持葡萄糖具有较好的流动性和润湿性，需要混炼机有加热装置保持物料温度为约2(rc〜20(rC。

[0013] (2)将上述混练获得的混合原料经过困料后按照通常耐火砖的成形工艺制成砖还，并对成型好的砖坯进行干燥热处理，使得干燥热处理后砖坯具有一定的强度。干燥热处理温度没有特定的限制，一般不超过500°C，如果砖坯在500-C以上进行干燥热处理，那么砖还需要埋碳保护以防止氧化。得到所述的葡萄糖结合镁碳砖，它可以直接应用于钢包渣线部位以及转炉、电炉的炉衬材料，这种免烧镁碳砖可以通过葡萄糖结合剂的固化获得低温强度，然后通过在使用过程中葡萄糖结合剂的炭化而获取满足使用性能的中、高温强度要求。

[00M]本发明根据传统镁碳砖的制备工艺，采用镁砂颗粒和细粉(电熔镁砂或烧结镁砂，镁砂小颗粒和细粉也可以通过大颗粒镁砂破碎筛分获得）、碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为主要原料，以环保葡萄糖溶液作为结合剂制备出镁碳砖，通过葡萄糖溶液的低温固化，使电熔镁砂、鱗片石墨、金属铝粉等材料获得优良的初始强度。由此发明得到的镁碳砖一方面兼具电熔镁砂的熔点高和化学稳定性好以及鳞片石墨的高导热、抗渣侵蚀性强、热震稳定性好的优点，另一方面使用低成本无污染葡萄糖作为结合剂，有效地避免了使用煤焦油沥青或酚醛树脂结合镁碳砖的研发、制备、生产过程中的有害气体的释放，同时降低了生产成本，还为葡萄糖应用于含碳耐火材料提供了技术和理论基础。 [0015]

附图说明:无具体实施方式：

[0016]本发明首先将所述原料按所述比例先进行配料，放入混炼机中混炼O.i-Mh，混练获得的混合原料经过困料后按照通常耐火砖的成形工艺制成砖坯，并对成型好的砖坯进行干燥热处理获得免烧葡萄糖结合镁碳砖。

[0017]下面通过具体实例更详细地介绍本发明，但以下实例仅用于帮助更容易地理解本发明，本发明并不限于这些实施例。

[0018] 实施例1

[0019] 一种葡萄糖结合镁碳砖的生产工艺过程：

[0020]原料：电熔镁砂质量要求为MgO含量大于97.0%，其他CaO、Si〇2、Fe2〇3等杂质总含量小于3.0%，粒度分别为1mm〜3mm、0mm〜lmm、0.074mm。粒度为1mm〜3mm电熔镑砂颗粒加入量为30%，粒度为Oram〜1mm电熔镁砂颗粒加入量为35%，粒度为0.074mm电熔镁砂细粉加入量为23%，电熔镁砂的总加入量为88% (质量百分比）。鳞片石墨质量要求为碳的含量大于99• 0%，其他杂质总含量小于1 • 0%，粒度为〇 • 15mm，总加入量为9 • 0% ;添加剂采用金属铝粉，金属铝粉质量要求为Al2〇3含量大于99.5%，杂质Fe最高含量为0 • 2%，其他杂质总含量小于0 • 3 %，粒度选用0 • 15mm，总加入量为3 • 0 %。蔗糖结晶粉末干燥失重小于0.03 %，灼烧残渣小于0.01%，将葡萄糖结晶粉末与去离子水按照质量比1:1配制蔗糖溶液，获得葡萄糖结合剂，其加入量为外加4.0%。

[0021] 配料:将粗、中颗粒的电熔•镁砂（1mm〜3mm、0mm〜1mm)加入搅拌混砂机中混合2分钟，然后加入葡萄糖结合剂混合2小时，然后依次加入鳞片石墨、电熔镁砂细粉以及金属铝粉一起在强制搅拌混砂机中混合2小时。

[0022] 成型：把混合好的物料困料24小时，后在压砖机中压制成为500mm (长）X 450mm (宽）X90mm (厚）的坯体，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是1000吨的摩擦压砖机，也可以是6000吨高吨位液压机。

[0023] 干燥:成型好的砖坯在180°C的温度下干燥24小时，干燥热处理后砖坯的水分应控制在小于0.1%。上述干燥好的砖坯即为所述的镁碳砖，通过葡萄糖结合剂的固化获得低温强度，然后通过在使用过程中葡萄糖结合剂的炭化而获取满足使用性能的中、高温强度要求。

[0024]获得4%葡萄糖结合镁碳砖的理化性能为：主要物相为方镁石、石墨和单质铝；显气孔率，15 • 05 % ;体积密度，2.68g/cm3;耐压强度，28.67MPa;常温抗折强度，1.63MPa。

[0025] 实施例2

[0026] —种葡萄糖结合镁碳砖的生产工艺过程：

[0027]原料：电熔镁砂质量要求为MgO含量大于97.0%，其他CaO、Si〇2、Fe2〇3等杂质总含量小于3• 0%，粒度分别为1mm〜3mm、0mm〜1_、0• 074mm。粒度为1mm〜3mm电溶镑砂颗粒加入量为30 %，粒度为〇mm〜1mm电熔镁砂颗粒加入量为35 %，粒度为0.074mm电熔镁砂细粉加入量为23%，电熔镁砂的总加入量为88% (质量百分比）。鳞片石墨质量要求为碳的含量大于99.0%，其他杂质总含量小于1.0%，粒度为0.15mm，总加入量为9.0%;添加剂采用金属铝粉，金属铝粉质量要求为Al2〇3含量大于99 • 5%，杂质Fe最高含量为0 • 2%，其他杂质总含量小于0 • 3%，粒度选用0 • lanm，总加入量为3 • 0%。蔗糖结晶粉末干燥失重小于〇. 〇3 %，灼烧残渣小于0_01%，将葡萄糖结晶粉末与去离子水按照质量比1:1配制蔗糖溶液，获得葡萄糖结合剂，其加入量为外加4.0 %。

[0028] 配料:将粗、中颗粒的电溶镁砂（1mm〜3mm、0mm〜lram)加入搅拌混砂机中混合2分钟，然后加入葡萄糖结合剂混合2小时，然后依次加入鳞片石墨、电熔镁砂细粉以及金属铝粉一起在强制搅拌混砂机中混合2小时。

[0029]成型：把混合好的物料困料24小时，后在压砖机中压制成为500mm (长）X 450mm (宽）X9〇mm (厚）的坯体，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是10〇0吨的摩擦压砖机，也可以是6000吨高吨位液压机。

[0030] 干燥:成型好的砖坯在180°C的温度下干燥24小时，干燥热处理后砖坯的水分应控制在小于0.1%。上述千燥好的砖坯即为所述的镁碳砖，通过葡萄糖结合剂的固化获得低温强度，然后通过在使用过程中葡萄糖结合剂的炭化而获取满足使用性能的中、高温强度要求。

[0031] 获得6%葡萄糖结合镁碳砖的理化性能为：主要物相为方镁石、石墨和单质铝；显气孔率，12 • 39 % ;体积密度，2 • 70g/cm3;耐压强度，27.67MPa;常温抗折强度，3 • 66MPa。

[0032] 实施例3

[0033] 一种葡萄糖结合镁碳砖的生产工艺过程：

[0034]原料：电熔镁砂质量要求为MgO含量大于97.0 %，其他CaO、Si〇2、Fe2〇3等杂质总含量小于3 •0%，粒度分别为1mm〜3mm、0mm〜1mm、0.074mm。粒度为1mm〜3mm电溶镁砂颗粒加入量为30 %，粒度为0mm〜1mm电熔镁砂颗粒加入量为35 %，粒度为0 • 074mm电熔镁砂细粉加入量为23%，电熔镁砂的总加入量为88% (质量百分比）。鳞片石墨质量要求为碳的含量大于99.0%，其他杂质总含量小于1.0%，粒度为〇. 15mm，总加入量为9.0% ;添加剂采用金属铝粉，金属铝粉质量要求为Al2〇3含量大于99.5%，杂质Fe最高含量为0.2%，其他杂质总含量小于0.3 %，粒度选用0.15mm，总加入量为3.0 %。蔗糖结晶粉末干燥失重小于0.03 %，灼烧残渣小于0.01%，将葡萄糖结晶粉末与去离子水按照质量比1:1配制蔗糖溶液，获得葡萄糖结合剂，其加入量为外加4.0%。

[0035] 配料:将粗、中颗粒的电熔•镁砂（1mm〜3mm、0mm〜1mm)加入搅拌混砂机中混合2分钟，然后加入葡萄糖结合剂混合2小时，然后依次加入鳞片石墨、电熔镁砂细粉以及金属铝粉一起在强制搅拌混砂机中混合2小时。

[0036] 成型：把混合好的物料困料24小时，后在压砖机中压制成为500mm (长）X 450mm (宽）X90mm (厚）的坯体，压砖机可以是大型振动加压成型机，也可以是1000吨的摩擦压砖机，也可以是6000吨高吨位液压机。

[0037]千燥:成型好的砖坯在18(TC的温度下干燥24小时，干燥热处理后砖坯的水分应控制在小于0.1%。上述干燥好的砖坯即为所述的镁碳砖，通过葡萄糖结合剂的固化获得低温强度，然后通过在使用过程中葡萄糖结合剂的炭化而获取满足使用性能的中、高温强度要求。

[0038]获得8%葡萄糖结合镁碳砖的理化性能为：主要物相为方镁石、石墨和单质铝；显气孔率，16 • 67 % ;体积密度，2.62g/cm3;耐压强度，25 • 00MPa;常温抗折强度，6.42MPa。

Claims

1.本发明涉及一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:采用镁砂颗粒和细粉 (电熔镁砂或烧结镁砂）、碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为主要原料，添加葡萄糖溶液为结合剂以及其他添加剂，然后经过配料、混练、困料、成型、干燥等工艺过程制备出的免烧镁碳砖。这种镁碳砖主要应用在钢包的渣线部位以及用作转炉、电炉的炉衬材料。

2.根据权利要求1所述的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:镁砂颗粒和细粉(电熔镁砂或烧结镁砂)为通常市售工业矿物原料，镁砂小颗粒和细粉也可以通过大颗粒镁砂破碎筛分获得。其质量要求为MgO含量大于97.0%，其他ca〇、Si〇2、Fe2〇3等杂质总含量不超过3 • 0%，粒度控制在小于5 • 0mm，其加入量为总配料质量的0.丨％〜99.0% (质量百分比)。

3. 根据权利要求1所述的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:所述碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)为通常市售的工业原料，其质量要求为碳的含量大于"•〇%，其他杂质总含量小于1.0%，粒度控制在小于3.0mm，其加入量为总配料质量的0.1 %〜99.0% (质量百分比）。

4. 根据权利要求1所述的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:所述选用的添加剂为金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或hC等抗氧化剂，所述添加剂其用法可以是分别单独加入，也可以是它们的混合物加入，三者之间的混合比例没有特殊要求，粒度控制在小于3.0mm，其加入量为总配料质量的0.1%〜30.0% (质量百分比）。

5.根据权利要求1所述的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，其特征在于:所述外加葡萄糖结合剂由葡萄糖结晶粉末和水按照一定配比混合获得，所用葡萄糖结晶粉末为市售工业原料，其杂质Fe含量小于0_〇3%，杂质Si含量小于〇.2%，杂质Cu含量小于0.005%，葡萄糖结合剂加入量为总配料质量的0.1%〜15.0% (质量百分比）。

6.根据权利要求1所述的一种葡萄糖结合镁碳砖的制备方法，所述的制备工艺过程依次为： (1) 将镁砂颗粒和细粉(电熔镁砂或烧结镁砂，镁砂小颗粒和细粉也可以通过大颗粒镁砂破碎筛分获得）、碳素原料(鳞片石墨、炭黑、电极屑等性能相当的碳素原料)和添加剂细粉(金属铝粉、金属Si粉、金属Mg粉或B4C等)按一定配比混合均匀后加入混练机中，再加入葡萄糖结合剂(结合剂也可以分批加入），混练时间为〇.丨〜卩处，为保持葡萄糖具有较好的流动性和润湿性，需要混炼机有加热装置保持物料温度为约2〇。(：〜200 °C。 (2) 将上述混练获得的混合原料经过困料后按照通常耐火砖的成形工艺制成砖坯，并对成型好的砖坯进行千燥热处理，使得干燥热处理后砖坯具有一定的强度。干燥热处理温度没有特定的限制，一般不超过500°C，如果砖坯在500。(：以上进行干燥热处理，那么砖坯需要埋碳保护以防止氧化。得到所述的葡萄糖结合镁碳砖，它可以直接应用于钢包渣线部位以及转炉、电炉的炉衬材料，这种免烧镁碳砖可以通过葡萄糖结合剂的固化获得低温强度，然后通过在使用过程中葡萄糖结合剂的炭化而获取满足使用性能的中、高温强度要求。