CN108863414B - 一种高性能的镁碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高性能的镁碳砖及其制备方法，主要包括如下质量份的原料：电熔镁砂颗粒60‑75份，120目‑400目的电熔镁砂细粉10‑25份，铝粉1‑5份，尖晶石‑铝酸钙复相材料0.1‑5份，鳞片石墨10‑16份，结合剂2‑4份；所述电熔镁砂颗粒为3‑5mm、1‑3mm、0.075‑1mm三种颗粒以质量比(3‑5)：(3‑5)：(2‑4)混合而成。本发明实施例的镁碳砖通过引入尖晶石‑铝酸钙复相材料，从而在高温下在镁碳砖表面产生低熔点物质，缓解热应力，减小热震损伤和机械损伤，从而达到防止镁碳砖砖体开裂的目的。
Description
技术领域
本发明涉及镁碳砖加工领域，具体而言，涉及一种高性能的镁碳砖及其制备方法。
背景技术
镁碳砖是一种含碳复合耐火材料，1970年开始使用从而逐步投入使用，沿用至今，以进行长时间的优化与改良。镁碳砖的主要成分为碱性高熔点氧化物，MgO 以及不溶于水、不溶于有机溶剂，与高温炉渣不润湿的高熔点碳素材料—鳞片石墨作为主要原料，辅以各类抗氧化添加剂，在有机粘结剂的作用下加工而成。
由于镁碳砖的高抗渣侵能力、高抗热震性、高抗剥落性以及不易被炉渣和钢液润湿，所以很快就在钢铁冶金领域得到广泛的应用，使电弧炉、转炉、钢包精炼炉的寿命大大提高。
但是现有技术中，镁碳砖中所加入的碱性高熔点氧化物-高品位电熔镁砂具有较大的热膨胀系数，在高温使用条件下，镁碳砖因膨胀系数较大导致砖体开裂，从而会影响实际的使用性能。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高性能的镁碳砖的配方，在该镁碳砖中通过引入尖晶石-铝酸钙复相材料，从而在高温下在镁碳砖表面产生低熔点物质，缓解热应力，减小热震损伤和机械损伤，从而达到防止镁碳砖砖体开裂的目的。
本发明的第二目的在于提供上述高性能的镁碳砖的配方的具体制备方法，该制备方法本身操作简单，操作过程绿色环保，操作条件温和，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种制备方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种高性能的镁碳砖，主要包括如下质量份的原料：电熔镁砂颗粒60-75份，120目-400目的电熔镁砂细粉10-25份，铝粉1-5份，尖晶石-铝酸钙复相材料0.1-5份，鳞片石墨10-16份，结合剂2-4份；
所述尖晶石-铝酸钙复相材料主要包括如下质量百分比的组分：Al2O3>68%，CaO<12%，MgO>18%，SiO2<1%，稀土元素<2%；
所述电熔镁砂颗粒为3-5mm、1-3mm、0.075-1mm三种颗粒以质量比（3-5）：（3-5）：（2-4）混合而成。
上述镁碳砖的配方中通过添加尖晶石-铝酸钙复相材料后，从而在镁碳砖的表面形成了低熔点的物质，缓解了热应力，从而达到减少热震损伤和机械损伤的目的，尤其本发明对所采用的尖晶石-铝酸钙复相材料的具体组成给了具体的限定，其中通过添加稀土元素后，能够引起尖晶石-铝酸钙复相材料本身的结构发生变化，由于稀土元素的半径与其他组分的元素半径的差异性，从而使得稀土元素可以进入到复相材料的粒子间隙中，以增强材料本身的稳定性，还能激发该复相材料更好的发挥作用，以达到提高镁碳砖的性能，避免其开裂的现象发生。
优选地，所述稀土元素包括铈元素、镧元素、钇元素中的其中一种。
优选地，主要包括如下质量份的原料：电熔镁砂颗粒65-70份，电熔镁砂细粉15-20份，铝粉1-5份，尖晶石-铝酸钙复相材料0.5-1份，鳞片石墨12-14份，结合剂2.5-3.5份。
优选地，主要包括如下质量份的原料：电熔镁砂颗粒67份，电熔镁砂细粉18份，铝粉3份，尖晶石-铝酸钙复相材料0.8份，鳞片石墨13份，结合3份。
优选地，所述尖晶石-铝酸钙复相材料主要包括如下质量百分比的组分：Al2O3>70%，CaO<10%，MgO>20%，SiO2<1%，稀土元素<1%。
优选地，所述尖晶石-铝酸钙复相材料的粒度为0.075-1mm之间，体积密度≥2.7g/cm3；
优选地，所述结合剂为酚醛树脂，固含量≥75wt%；
优选地，所述鳞片石墨的粒度为100目以上，鳞片石墨的化学组成所占的质量百分比例为C≥95.0%，灰分<0.7%，水分<0.5%；
优选地，所述电熔镁砂颗粒化学组成所占的质量百分比例为MgO≥96.5%，CaO<1.5%，SiO2<1.5%，体积密度≥3.45g/cm3；
优选地，所述电熔镁砂细粉的化学组成所占的质量百分比例为MgO≥97.0%，CaO<1.4%，SiO2<1.0%，体积密度≥3.50g/cm3。
优选地，所述铝粉的粒度为120目-400目之间，所述铝粉的纯度大于99wt%。
本发明通过对每个组分的具体组成以及密度、粒度等参数进行具体限定后，能够优化产品的质量，产生更为优异的效果，而且粒度大小适宜，既能保证各个组分互混时不容易发生团聚，还可以使得制备得到的产品均一度好，性能有保证。
本发明除了提供了镁碳砖具体的配方，还提供了该镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
（A）将所有原料混合后，混炼35min以上出料；
（B）将混炼后的物质压制、烘烤后，即得。
优选地，所述步骤（A）中，所有原料的加料顺序依次为电熔镁砂颗粒、结合剂、鳞片石墨、电熔镁砂细粉、金属铝粉、尖晶石-铝酸钙复相材料，每次添加完一种原料后进行搅拌，电熔镁砂颗粒加入到混料机中干混4-5min，然后再缓慢加入结合剂混4-5min，之后再加入鳞片石墨混8-10min，最后加入电熔镁砂细粉、金属铝粉及尖晶石-铝酸钙复相材料混炼30-40min，可以出料。
优选地，所述步骤（B）中，压制的压力控制在6300-10000kN之间。
优选地，所述步骤（B）中，烘烤的温度控制在180-250℃之间，烘烤的时间控制在12-24h之间。
上述制备方法中，整个操作步骤比较简单，混合均匀后后续通过压制、烘烤的步骤可以保证镁碳砖应有的硬度，成型度好，保证后续镁碳砖的应用更加广泛。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明通过在镁碳砖中引入尖晶石-铝酸钙复相材料，镁碳砖在高温下镁碳砖表面产生低熔点物质，缓解热应力，减小热震损伤和机械损伤，镁碳砖表面产生的低熔点物质能够阻止鳞片石墨的深度氧化，改善抗氧化性能，从而减少抗氧化剂的使用，在镁碳砖面形成粘滞的保护渣层，改善抗侵蚀和抗冲刷性能，从而达到防止镁碳砖砖体开裂的目的；
（2）本发明通过在尖晶石-铝酸钙复相材料中添加稀土元素后，能够引起尖晶石-铝酸钙复相材料本身的结构发生变化，由于稀土元素的半径与其他组分的元素半径的差异性，从而使得稀土元素可以进入到复相材料的粒子间隙中，以增强材料本身的稳定性，还能激发该复相材料更好的发挥作用，以达到提高镁碳砖的性能，避免其开裂的现象发生。
（3）本发明提供的制备方法本身操作简单，操作条件温和，前后步骤衔接紧密，为后续操作提供了可参考的具体方法，属于比较优异的一种制备方法
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
（1）混料：首先把电熔镁砂颗粒加入到混料机中干混4min，然后再缓慢加入结合剂混4min，之后再加入鳞片石墨混8min，最后加入电熔镁砂细粉、金属铝粉及尖晶石-铝酸钙复相材料混炼35min出料；
（2）成型：将混练完成的泥料加入到模具中压制成型制成半成品砖坯，压力为6300kN；
（3）烘烤：将压制好的半成品砖坯放入干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为16h；
本实施例中按照质量份数，各组分比例分别为电熔镁砂颗粒为60份，该电熔镁砂颗粒为3mm、1mm、0.075mm的三种颗粒以质量比3:3:2混合而成，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥96.5%，CaO<1.5%，SiO2<1.5%，体积密度3.45g/cm3；
电熔镁砂细粉为25份，目粒度120目，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥97.0%，CaO<1.4%，SiO2<1.0%，体积密度3.50g/cm3；
金属铝粉1份，目粒度120目，铝粉的纯度大于99wt%；
尖晶石-铝酸钙复相材料5份，粒度1mm，体积密度2.7g/cm3，化学组成所占的质量百分比例：Al2O3>70%，CaO<10%，MgO>20%，SiO2<1%，稀土元素（铈元素、镧元素、钇元素）<1%；
鳞片石墨10份，目粒度100目，化学组成所占的质量百分比例为C≥95.0%，灰分<0.7%，水分<0.5%；
结合剂2份，为酚醛树脂，固含量≥75wt%。
实施例2
（1）混料：首先把电熔镁砂颗粒加入到混料机中干混5min，然后再缓慢加入结合剂混5min，之后再加入鳞片石墨混10min，最后加入电熔镁砂细粉、金属铝粉及尖晶石-铝酸钙复相材料混炼30min出料；
（2）成型：将混练完成的泥料加入到模具中压制成型制成半成品砖坯，压力为10000kN；
（3）烘烤：将压制好的半成品砖坯放入干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为180℃，烘烤时间为24h；
本实施例中按照质量份数，各组分比例分别为电熔镁砂颗粒为75份，该电熔镁砂颗粒为5mm、3mm、1mm的三种颗粒以质量比5:5:4混合而成，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥96.5%，CaO<1.5%，SiO2<1.5%，体积密度3.50g/cm3；
电熔镁砂细粉为10份，目粒度140目，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥97.0%，CaO<1.4%，SiO2<1.0%，体积密度3.60g/cm3；
金属铝粉5份，目粒度400目，铝粉的纯度100wt%；
尖晶石-铝酸钙复相材料0.1份，粒度0.075mm，体积密度2.8g/cm3，化学组成所占的质量百分比例：Al2O3>70%，CaO<10%，MgO>20%，SiO2<1%，稀土元素（铈元素、镧元素、钇元素）<1%；
鳞片石墨16份，目粒度200目，化学组成所占的质量百分比例为C≥95.0%，灰分<0.7%，水分<0.5%；
结合剂4份，为酚醛树脂，固含量≥75wt%。
实施例3
（1）混料：首先把电熔镁砂颗粒加入到混料机中干混5min，然后再缓慢加入结合剂混5min，之后再加入鳞片石墨混10min，最后加入电熔镁砂细粉、金属铝粉及尖晶石-铝酸钙复相材料混炼40min出料；
（2）成型：将混练完成的泥料加入到模具中压制成型制成半成品砖坯，压力为7000kN；
（3）烘烤：将压制好的半成品砖坯放入干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为250℃，烘烤时间为12h；
本实施例中按照质量份数，各组分比例分别为电熔镁砂颗粒为70份，该电熔镁砂颗粒为5mm、3mm、1mm的三种颗粒以质量比5:5:4混合而成，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥96.5%，CaO<1.5%，SiO2<1.5%，体积密度3.50g/cm3；
电熔镁砂细粉为15份，目粒度130目，化学组成所占的质量百分比例为MgO≥97.0%，CaO<1.4%，SiO2<1.0%，体积密度3.60g/cm3；
金属铝粉1份，目粒度300目，铝粉的纯度100wt%；
尖晶石-铝酸钙复相材料0.5份，粒度0.08mm，体积密度2.8g/cm3，化学组成所占的质量百分比例：Al2O3>68%，CaO<12%，MgO>18%，SiO2<1%，稀土元素（铈元素、镧元素）<2%；
鳞片石墨14份，目粒度200目，化学组成所占的质量百分比例为C≥95.0%，灰分<0.7%，水分<0.5%；
结合剂2.5份，为酚醛树脂，固含量≥75wt%。
将本发明各个实施例的镁碳砖的性能进行检测，具体结果如下表1所示：
表1 检测结果
| 主要理化指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 体积密度，g/cm3 | 3.02 | 3.05 | 3.07 |
| 显气孔率，% | 2.89 | 2.85 | 2.84 |
| 耐压强度，Mpa | 40.3 | 40.2 | 43.7 |
| 高温抗折强度，Mpa | 11.2 | 11.8 | 12.1 |
从上述表中的数据可以看出，本发明实施例的镁碳砖具有优异的性能。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (8)
1.一种高性能的镁碳砖，其特征在于，主要包括如下质量份的原料：电熔镁砂颗粒60-75份，120目-400目的电熔镁砂细粉10-25份，铝粉1-5份，尖晶石-铝酸钙复相材料0.1-5份，鳞片石墨10-16份，结合剂2-4份；
所述尖晶石-铝酸钙复相材料主要包括如下质量百分比的组分：Al2O3>68%，CaO<12%，MgO>18%，SiO2<1%，稀土元素<2%；
所述电熔镁砂颗粒为3-5mm、1-3mm、0.075-1mm三种颗粒以质量比（3-5）：（3-5）：（2-4）混合而成；
所述稀土元素包括铈元素、镧元素、钇元素中的其中一种；
所述尖晶石-铝酸钙复相材料的粒度为0.075-1mm之间，体积密度≥2.7g/cm3；
所述电熔镁砂颗粒化学组成所占的质量百分比例为MgO≥96.5%，CaO<1.5%，SiO2<1.5%，体积密度≥3.45g/cm3；
所述电熔镁砂细粉的化学组成所占的质量百分比例为MgO≥97.0%，CaO<1.4%，SiO2<1.0%，体积密度≥3.50g/cm3。
2.根据权利要求1所述的镁碳砖，其特征在于，所述尖晶石-铝酸钙复相材料主要包括如下质量百分比的组分：Al2O3>70%，CaO<10%，MgO>20%，SiO2<1%，稀土元素<1%。
3.根据权利要求1所述的镁碳砖，其特征在于，所述结合剂为酚醛树脂，固含量≥75wt%；
所述鳞片石墨的粒度为100目以上，鳞片石墨的化学组成所占的质量百分比例为C≥95.0%，灰分<0.7%，水分<0.5%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的镁碳砖，其特征在于，所述铝粉的粒度为120目-400目之间，所述铝粉的纯度大于99wt%。
5.权利要求1-4任一项所述的镁碳砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（A）将所有原料混合后，混炼35min以上出料；
（B）将混炼后的物质压制、烘烤后，即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（A）中，所有原料的加料顺序依次为电熔镁砂颗粒、结合剂、鳞片石墨、电熔镁砂细粉、金属铝粉、尖晶石-铝酸钙复相材料。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（B）中，压制的压力控制在6300-10000kN之间。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（B）中，烘烤的温度控制在180-250℃之间，烘烤的时间控制在12-24h之间。
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