CN107602087A - 一种耐火低碳镁碳砖 - Google Patents

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许蘅
陈龙
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Abstract

本发明公开了一种耐火低碳镁碳砖,属于耐火材料技术领域。本发明研制的耐火低碳镁碳砖是由级配电熔镁砂、石墨化炭质、蓝晶石、金属粉、热固性树脂、固化剂、助溶剂、异氰酸酯和碳酸氢钙组成,其中,石墨化炭质是以稻壳为原料,经浸泡、冷冻研磨、干燥、炭化和石墨化处理得到,金属粉是由铝粉和铁粉组成,而助溶剂由氧化硼、硼砂和碳酸钠组成,将各组分混合均匀后,注模,压制成型,烘烤固化,出料,即得耐火地毯镁碳砖。本发明技术方案制备的耐火低碳镁碳砖兼具优异的抗渣侵蚀性及抗热震性的特点。

Description

一种耐火低碳镁碳砖
技术领域
本发明公开了一种耐火低碳镁碳砖,属于耐火材料技术领域。
背景技术
由于石墨与炉渣不润湿以及石墨具有良好的导热性,使镁碳砖具有优良的抗渣侵蚀及热震稳定性能而被广泛应用于炼钢生产中。但传统镁碳砖的碳含量一般都在10%~20%之间,在长期的实践应用过程中发现存在如下问题:①由于高热导率增加热损耗,故使出钢温度提高,带来能耗增加,同时加大了耐火材料的侵蚀等一系列问题;②作为特殊精炼炉的炉衬材料,如在VOD中冶炼高质量洁净钢及超低碳钢时,会引起增碳问题;③消耗大量宝贵的石墨资源;④随着冶炼纯净钢、低碳钢和超低碳钢品种比例的增加,镁碳砖对钢水增碳使钢水受到污染的问题变得越来越严重,因此须降低其碳含量来减少对钢水的污染。鉴于以上情况,近年来,精炼钢包用低碳量、性能优异的低碳镁碳砖的开发受到社会相关产业的重视,成为镁碳耐火材料新的发展焦点。
镁碳砖中碳的含量降低后,砖的热导率下降、弹性模量增大,从而使砖的抗热震性能及抗渣侵蚀变差。另外,碳含量降低以后,使熔渣与材料的润湿性增强,材料的综合性能变差。因此,许多科研工作者从改变结合剂和炭素原料以及采用高效抗氧化剂等方面着手开发出性能优异的低碳镁碳砖,但关于低碳镁碳砖抗渣侵蚀性能方面的研究还不多,其综合性能提高幅度不明显,不能满足日新月异的工业生产的需求。
因此,如何改善低碳镁碳砖抗渣腐蚀性能及抗热震性不佳的缺点,以获取更高综合性能的低碳镁碳砖,是其推广与应用于更广阔的领域,满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是:针对传统低碳镁碳砖抗渣腐蚀性能及抗热震性不佳的缺点,提供了一种耐火低碳镁碳砖。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种耐火低碳镁碳砖,是由以下重量份数的原料组成:
级配电熔镁砂 80~120份
石墨化炭质 4~6份
蓝晶石 10~15份
金属粉 8~10份
热固性树脂 4~10份
固化剂 0.1~0.3份
助熔剂 0.1~0.3份
所述耐火低碳镁碳砖具体制备步骤为:
(1)按原料组成称量各组分;
(2)将级配电熔镁砂、蓝晶石混合球磨后,再与石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂混合,注模,压制成型,烘烤固化,出料,即得耐火低碳镁碳砖。
所述级配电熔镁砂由以下重量份数的原料组成:10~30份粒径为3~5mm电熔镁砂,10~30份粒径为1~2mm电熔镁砂,20~40份粒径为0.1~0.8mm电熔镁砂。
所述石墨化炭质具体制备过程为:将稻壳用水浸泡后,冷冻研磨,干燥后缓慢升温炭化,高温石墨化处理后,冷却,得石墨化炭质。
所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:60~80份铝粉,8~10份铁粉。
所述热固性树脂为酚醛树脂2123、酚醛树脂2127或酚醛树脂2130中的任意一种。
所述固化剂为六亚甲基四胺、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:40~50份硼砂,10~15份氧化硼,8~10份碳酸钠。
所述耐火低碳镁碳砖中还可以添加级配电熔镁砂质量3~5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量2~4%的碳酸氢钙。
本发明的有益效果是:
(1)本发明技术方案通过在产品中添加铝粉,铝粉在加工和使用过程中逐渐被氧化后生成氧化铝,在使用过程中,部分氧化铝可在高温环境下与体系中氧化镁反应,生成连续分布的尖晶石结构,将体系中的氧化镁石墨化炭质等成分紧密结合,改善产品内部组织结构,提高内部致密度,从而使产品抗渣侵蚀性能有效提升;
(2)本发明技术方案在产品中添加蓝晶石、石墨化炭质和金属铝粉,在使用过程中,在高温条件下,蓝晶石发生分解并转化为莫来石结构,且蓝晶石分解会产生部分二氧化硅,可与氧化后的铝粉反应,在体系内部形成莫来石骨架,从而提高产品的抗热震性能,而石墨化的炭质中实质上含有石墨化的炭质、二氧化硅及少量碳化硅,在高温条件下,可在助熔剂的作用下,随熔融的二氧化硅等物质填充于骨架结构中,提高产品内部致密度,使产品在高低温转化过程中尺寸保持稳定;
(3)本发明技术方案中少量异氰酸酯和碳酸氢钙的加入,在加工过程中,碳酸氢钙首先发生分解,产生二氧化碳和水,而部分异氰酸酯和水接触后可进一步产生二氧化碳气体,气体的产生,有助于体系中形成流通通道,从而有助于热固性树脂流动并实现对产品的粘结,另外,异氰酸酯还可以作为热固性树脂的固化剂,使流动在流通通道内的树脂固化,从而与碳酸氢钙分解后产生的碳酸钙共同填充于流通通道内,实现对体系内孔隙结构的致密填充,提高产品抗渣侵蚀能力,且填充于流通通道内的物质可补偿产品在热膨胀和收缩过程中的体积变化,从而进一步提高产品的抗热震性能。
附图说明
图1 耐火低碳镁碳砖抗渣侵蚀性具体检测结果。
图2 耐火低碳镁碳砖抗热震性具体检测结果。
具体实施方式
按重量份数计,在混料机中依次加入10~30份粒径为3~5mm电熔镁砂,10~30份粒径为1~2mm电熔镁砂,20~40份粒径为0.1~0.8mm电熔镁砂,于转速为400~600r/min条件下,搅拌混合2~4h,得级配电熔镁砂;按质量比为1:10~1:15将稻壳与水混合后,于室温条件下静置浸泡8~12h,再将浸泡后的稻壳转入冰箱中,于温度为-20~-18℃条件下冷冻6~8h,得冷冻稻壳,并将所得冷冻稻壳倒入石磨中,研磨20~40min,得研磨料,再将所得研磨料转入烘箱中,于温度为105~110℃条件下干燥至恒重,得干燥研磨料,随后将干燥研磨料移入炭化炉,以60~80mL/min速率向炉内通入氩气,在氩气保护状态下,以0.3~0.6℃/min速率程序升温至380~450℃,保温炭化2~4h后,继续以8~10℃/min速率程序升温至2600~2800℃,保温石墨化处理3~5h后,随炉冷却至室温,出料,得石墨化炭质;按重量份数计,依次取80~120份级配电熔镁砂,4~6份石墨化炭质,10~15份蓝晶石,8~10份金属粉,4~10份热固性树脂,0.1~0.3份固化剂,0.1~0.3份助溶剂,先将级配电熔镁砂、蓝晶石倒入球磨罐中,再依次加入级配电熔镁砂质量3~5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量2~4%的碳酸氢钙,并按球料质量比为10:1~20:1加入氧化锆球磨珠,球磨混合4~6h,得球磨料,再将所得球磨料、石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂倒入混料机中,于转速为300~500r/min条件下,搅拌混合2~4h,得混合料,并将所得混合料注入模具中,于压力为200~300MPa条件下,压制成型后,于温度为180~220℃条件下,保温固化12~24h,脱模,出料,自然冷却至室温,即得耐火低碳镁碳砖。所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:60~80份铝粉,8~10份铁粉。所述热固性树脂为酚醛树脂2123、酚醛树脂2127或酚醛树脂2130中的任意一种。所述固化剂为六亚甲基四胺、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:40~50份硼砂,10~15份氧化硼,8~10份碳酸钠。
实例1
按重量份数计,在混料机中依次加入30份粒径为5mm电熔镁砂,30份粒径为2mm电熔镁砂,40份粒径为0.8mm电熔镁砂,于转速为600r/min条件下,搅拌混合4h,得级配电熔镁砂;按质量比为1:15将稻壳与水混合后,于室温条件下静置浸泡12h,再将浸泡后的稻壳转入冰箱中,于温度为-18℃条件下冷冻8h,得冷冻稻壳,并将所得冷冻稻壳倒入石磨中,研磨40min,得研磨料,再将所得研磨料转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥研磨料,随后将干燥研磨料移入炭化炉,以80mL/min速率向炉内通入氩气,在氩气保护状态下,以0.6℃/min速率程序升温至450℃,保温炭化4h后,继续以10℃/min速率程序升温至2800℃,保温石墨化处理5h后,随炉冷却至室温,出料,得石墨化炭质;按重量份数计,依次取120份级配电熔镁砂,6份石墨化炭质,15份蓝晶石,10份金属粉,10份热固性树脂,0.3份固化剂,0.3份助溶剂,先将级配电熔镁砂、蓝晶石倒入球磨罐中,再依次加入级配电熔镁砂质量5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量4%的碳酸氢钙,并按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠,球磨混合6h,得球磨料,再将所得球磨料、石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂倒入混料机中,于转速为500r/min条件下,搅拌混合4h,得混合料,并将所得混合料注入模具中,于压力为300MPa条件下,压制成型后,于温度为220℃条件下,保温固化24h,脱模,出料,自然冷却至室温,即得耐火低碳镁碳砖。所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:80份铝粉,10份铁粉。所述热固性树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为六亚甲基四胺。所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:50份硼砂,15份氧化硼,10份碳酸钠。
实例2
按重量份数计,在混料机中依次加入30份粒径为5mm电熔镁砂,30份粒径为2mm电熔镁砂,40份粒径为0.8mm电熔镁砂,于转速为600r/min条件下,搅拌混合4h,得级配电熔镁砂;按质量比为1:15将稻壳与水混合后,于室温条件下静置浸泡12h,再将浸泡后的稻壳转入冰箱中,于温度为-18℃条件下冷冻8h,得冷冻稻壳,并将所得冷冻稻壳倒入石磨中,研磨40min,得研磨料,再将所得研磨料转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥研磨料,随后将干燥研磨料移入炭化炉,以80mL/min速率向炉内通入氩气,在氩气保护状态下,以0.6℃/min速率程序升温至450℃,保温炭化4h后,继续以10℃/min速率程序升温至2800℃,保温石墨化处理5h后,随炉冷却至室温,出料,得石墨化炭质;按重量份数计,依次取120份级配电熔镁砂,6份石墨化炭质,15份蓝晶石,10份铝粉,10份热固性树脂,0.3份固化剂,0.3份助溶剂,先将级配电熔镁砂、蓝晶石倒入球磨罐中,再依次加入级配电熔镁砂质量5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量4%的碳酸氢钙,并按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠,球磨混合6h,得球磨料,再将所得球磨料、石墨化炭质、铝粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂倒入混料机中,于转速为500r/min条件下,搅拌混合4h,得混合料,并将所得混合料注入模具中,于压力为300MPa条件下,压制成型后,于温度为220℃条件下,保温固化24h,脱模,出料,自然冷却至室温,即得耐火低碳镁碳砖。所述热固性树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为六亚甲基四胺。所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:50份硼砂,15份氧化硼,10份碳酸钠。
实例3
按重量份数计,在混料机中依次加入30份粒径为5mm电熔镁砂,30份粒径为2mm电熔镁砂,40份粒径为0.8mm电熔镁砂,于转速为600r/min条件下,搅拌混合4h,得级配电熔镁砂;按质量比为1:15将稻壳与水混合后,于室温条件下静置浸泡12h,再将浸泡后的稻壳转入冰箱中,于温度为-18℃条件下冷冻8h,得冷冻稻壳,并将所得冷冻稻壳倒入石磨中,研磨40min,得研磨料,再将所得研磨料转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥研磨料,随后将干燥研磨料移入炭化炉,以80mL/min速率向炉内通入氩气,在氩气保护状态下,以0.6℃/min速率程序升温至450℃,保温炭化4h后,继续以10℃/min速率程序升温至2800℃,保温石墨化处理5h后,随炉冷却至室温,出料,得石墨化炭质;按重量份数计,依次取120份级配电熔镁砂,6份石墨化炭质,10份金属粉,10份热固性树脂,0.3份固化剂,0.3份助溶剂,先将级配电熔镁砂倒入球磨罐中,再依次加入级配电熔镁砂质量5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量4%的碳酸氢钙,并按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠,球磨混合6h,得球磨料,再将所得球磨料、石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂倒入混料机中,于转速为500r/min条件下,搅拌混合4h,得混合料,并将所得混合料注入模具中,于压力为300MPa条件下,压制成型后,于温度为220℃条件下,保温固化24h,脱模,出料,自然冷却至室温,即得耐火低碳镁碳砖。所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:80份铝粉,10份铁粉。所述热固性树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为六亚甲基四胺。所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:50份硼砂,15份氧化硼,10份碳酸钠。
实例4
按重量份数计,在混料机中依次加入30份粒径为5mm电熔镁砂,30份粒径为2mm电熔镁砂,40份粒径为0.8mm电熔镁砂,于转速为600r/min条件下,搅拌混合4h,得级配电熔镁砂;按质量比为1:15将稻壳与水混合后,于室温条件下静置浸泡12h,再将浸泡后的稻壳转入冰箱中,于温度为-18℃条件下冷冻8h,得冷冻稻壳,并将所得冷冻稻壳倒入石磨中,研磨40min,得研磨料,再将所得研磨料转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,得干燥研磨料,随后将干燥研磨料移入炭化炉,以80mL/min速率向炉内通入氩气,在氩气保护状态下,以0.6℃/min速率程序升温至450℃,保温炭化4h后,继续以10℃/min速率程序升温至2800℃,保温石墨化处理5h后,随炉冷却至室温,出料,得石墨化炭质;按重量份数计,依次取120份级配电熔镁砂,6份石墨化炭质,15份蓝晶石,10份金属粉,10份热固性树脂,0.3份固化剂,0.3份助溶剂,先将级配电熔镁砂、蓝晶石倒入球磨罐中,并按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠,球磨混合6h,得球磨料,再将所得球磨料、石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂倒入混料机中,于转速为500r/min条件下,搅拌混合4h,得混合料,并将所得混合料注入模具中,于压力为300MPa条件下,压制成型后,于温度为220℃条件下,保温固化24h,脱模,出料,自然冷却至室温,即得耐火低碳镁碳砖。所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:80份铝粉,10份铁粉。所述热固性树脂为酚醛树脂2123。所述固化剂为六亚甲基四胺。所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:50份硼砂,15份氧化硼,10份碳酸钠。
对比例:南京某材料有限公司生产的低碳镁碳砖。
将实例1至4所得的耐火低碳镁碳砖及对比例产品进行性能检测,具体检测方法如下:
1.抗渣侵蚀性:试验采用静态坩埚法。称量7g钢渣(其碱度为3.81)装入坩埚试样的盲孔中,在电炉中以5℃/min的升温速度升至1600℃,保温3h后自然冷却至室温取出试样。将冷却后的试样从中间纵向切成两半,测量渣孔底部被渣熔蚀后的扩孔量(其值越小,表示抗侵蚀性越强);
2.抗热震性:按照GB/T3001采用抗折强度保持率进行评定,试样在埋碳条件下1000℃保温30min,取出试样在空气中自然冷却,并分别检测受热震前后抗折强度并计算抗折强度保持率。
抗渣侵蚀性具体检测结果见附图说明图1。
抗热震性具体检测结果见附图说明书图2。
由图1和图2检测结果可知,本发明技术方案制备的耐火低碳镁碳砖兼具优异的抗渣侵蚀性及抗热震性的特点,在耐火材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (8)

1. 一种耐火低碳镁碳砖,其特征在于:是由以下重量份数的原料组成:
级配电熔镁砂 80~120份
石墨化炭质 4~6份
蓝晶石 10~15份
金属粉 8~10份
热固性树脂 4~10份
固化剂 0.1~0.3份
助熔剂 0.1~0.3份
所述耐火低碳镁碳砖具体制备步骤为:
(1)按原料组成称量各组分;
(2)将级配电熔镁砂、蓝晶石混合球磨后,再与石墨化炭质、金属粉、热固性树脂、固化剂和助熔剂混合,注模,压制成型,烘烤固化,出料,即得耐火低碳镁碳砖。
2.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述级配电熔镁砂由以下重量份数的原料组成:10~30份粒径为3~5mm电熔镁砂,10~30份粒径为1~2mm电熔镁砂,20~40份粒径为0.1~0.8mm电熔镁砂。
3.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述石墨化炭质具体制备过程为:将稻壳用水浸泡后,冷冻研磨,干燥后缓慢升温炭化,高温石墨化处理后,冷却,得石墨化炭质。
4.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述金属粉是由以下重量份数的原料组成:60~80份铝粉,8~10份铁粉。
5.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述热固性树脂为酚醛树脂2123、酚醛树脂2127或酚醛树脂2130中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述固化剂为六亚甲基四胺、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述助熔剂是由以下重量份数的原料组成:40~50份硼砂,10~15份氧化硼,8~10份碳酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种低碳镁碳砖,其特征在于:所述耐火低碳镁碳砖中还可以添加级配电熔镁砂质量3~5%的异氰酸酯和级配电熔镁砂质量2~4%的碳酸氢钙。
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