CN109836136A

CN109836136A - 一种低碳铝镁碳砖及其制备方法

Info

Publication number: CN109836136A
Application number: CN201910173858.0A
Authority: CN
Inventors: 李志强; 管军红
Original assignee: Henan Bamboo Qingzhou Refractories Co
Current assignee: Henan Zhulin Refractories Co ltd
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种低碳铝镁碳砖及其制备方法。低碳铝镁碳砖由以下重量百分比的原料组成：特级高铝矾土熟料60～85 wt%、电熔镁砂5～15 wt%、镁铝尖晶石3～10 wt%、纳米碳2～4 wt%、复合添加剂3～15 wt%和热固性酚醛树脂2～3 wt%。将上述原料按一定顺序混合、搅拌、成型和热处理后制得低碳铝镁碳砖。本发明所制备的低碳铝镁碳砖降低了碳的含量，减轻冶炼过程中对钢水增碳的不利影响，但依然保持了铝镁碳砖气孔率低、抗侵蚀性能好、抗热震性能好、寿命长的优点，可以大量生产并推广。

Description

一种低碳铝镁碳砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种低碳铝镁碳砖及其制备方法。

背景技术

铝镁碳砖具有抗侵蚀、抗剥落、使用安全、粘钢粘渣少、拆包容易等优点，主要用于使用条件苛刻的盛钢桶内衬。传统的铝镁碳砖是以特级高铝矾土、镁砂和鳞片状石墨为主要原料制成的耐火制品，其中碳含量为5%～8%。

中国专利CN101747063B公开了一种铝镁碳砖及其制备方法，该方法采用的原料为废弃铝镁碳砖颗粒、镁铝尖晶石、石墨、微粉添加剂和有机结合剂，通过混炼、成型和热处理制得铝镁碳砖，此方法合理环保，但制备出的铝镁碳砖中碳含量高，在使用过程中容易被氧化，并且随着洁净钢冶炼技术的发展，传统铝镁碳砖在使用过程中对钢水有一定的增碳作用，对冶炼某些钢种带来一定难度。但如果铝镁碳砖的碳含量小于5%，则砖的抗渣性、抗热震性显著变差，不能满足钢包的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种低碳铝镁碳砖及其制备方法，使铝镁碳砖的碳含量小于5%，且仍然具有优良的抗侵蚀性能和抗热震性能。

本发明提供一种低碳铝镁碳砖，由以下重量百分比的原料组成：特级高铝矾土熟料60～85 wt%、电熔镁砂5～15 wt%、镁铝尖晶石3～10 wt%、纳米碳2～4 wt%、复合添加剂3～15 wt%和热固性酚醛树脂2～3 wt%；所述特级高铝矾土熟料包括3～30 wt%的特级高铝矾土熟料a和70～97 wt%的特级高铝矾土熟料b；所述特级高铝矾土熟料a、电熔镁砂、镁铝尖晶石、纳米碳和复合添加剂为细粉、粒度≤0.088mm，特级高铝矾土熟料b为骨料、粒度＞0.088mm。

进一步地，所述特级高铝矾土熟料中的Al₂O₃含量≥85 wt%；所述电熔镁砂中MgO含量≥96.5 wt%；所述镁铝尖晶石中的尖晶石相含量≥90 wt%；所述的纳米碳为C含量≥95%，粒度为0.1～100nm的纳米碳粉。

进一步地，所述的复合添加剂由活性Al₂O₃微粉和抗氧化剂组成，活性Al₂O₃微粉为D50＜5 um的α-Al₂O₃微粉，抗氧化剂为金属铝、金属硅、金属镁、碳化硼和碳化硅中的两种或两种以上。

本发明还提供一种低碳铝镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：

A．称取特级高铝矾土熟料a、电熔镁砂、镁铝尖晶石、纳米碳和复合添加剂至细粉混合设备，混合均匀后得预混合粉；

B：称取特级高铝矾土熟料b至搅拌设备中搅拌3～5min，加入热固性酚醛树脂，搅拌3～5min，再将步骤A所得的预混合粉加入，搅拌5～15min，得泥料；

C．将步骤B所得的泥料称量后加入至螺旋压砖机上的模具内，设置打击行程和打击压力，打击7～13锤，压制成型；

D．将步骤C中成型后的制品放入干燥设备，设置温度曲线，热处理时间≥24h，得到低碳铝镁碳砖。

进一步地，步骤C中所述打击行程为30～300mm；所述打击压力为4000～16000KN。

进一步地，步骤D中所述温度曲线为25～110℃：升温3h；110℃：保温3h；110～160℃：升温5h；160～210℃：升温2h；210℃：保温≥12h。

有益效果：

1．本发明采用纳米碳材料代替传统的鳞片状石墨，增强了分散效果并减小了用量，使C含量≤5%，显著减轻冶炼过程中对钢水增碳的不利影响；纳米碳材料和电熔镁砂、特级高铝矾土熟料、添加剂形成的纳米结构基质可平衡因热冲击产生的急剧热膨胀和收缩，从而大大提高材料的抗剥落性能。同时，纳米碳具有抑制骨料烧结、使弹性模量降低的作用，从而提高砖的抗热震性能，常温耐压强度≥55Mpa。

2．本发明采用复合添加剂，在产品使用过程中，一种以上的抗氧化剂可确保在不同的温度下都有良好的抗氧化性，有效解决纳米碳易氧化的问题。活性Al₂O₃微粉和电熔镁砂粉在高温下原位反应，生成连续分布的镁铝尖晶石并伴随一定的体积膨胀，适度的膨胀效应使制得的低碳铝镁碳砖显气孔率≤7%，体积密度≥3.15g.cm^-3，增强了基质的陶瓷结合，有效阻止渣的渗透。

具体实施方式

下述实施方式中采用的原料如下：

特级高铝矾土熟料（块料）：Al₂O₃含量≥85 wt%，阳泉市正光炉料厂；将块料加工成粒度为5～3 mm、3～1 mm、1～0.088 mm的特级高铝矾土熟料b和粒度≤0.088 mm的特级高铝矾土熟料a；

电熔镁砂（块料）：MgO含量≥96.5 wt%，大石桥市朋义矿产有限责任公司；加工成200目（粒度≤0.074 mm）的细粉；

镁铝尖晶石：200目（粒度≤0.074 mm），尖晶石相含量≥90 wt%，登封市元丰磨料耐材厂；

α-Al₂O₃微粉：D50＜5um，开封特耐股份有限公司；

金属铝：180目（粒度≤0.088mm），山东鲁驰新材料有限公司；

金属硅：180目（粒度≤0.088mm），安阳万华金属材料有限责任公司；

碳化硅：200目（粒度≤0.074 mm），河南明迈特新材料科技有限公司；

碳化硼：200目（粒度≤0.074 mm），牡丹江前进碳化硼有限公司；

纳米碳：粒度为0.1～100nm ，C含量≥95%，北京德科岛金科技有限公司；

酚醛树脂：型号为PF5323，山东圣泉新材料股份有限公司。

下述实施方式中采用的仪器设备如下：

细粉混合设备：250型双螺杆混料机，常州市皖苏干燥设备有限公司；

搅拌设备：1000型碾轮式混砂机，郑州中鼎大地机械设备有限公司；

成型设备：1000T螺旋压砖机，郑州华隆机械制造有限公司；

干燥设备：HRD-GZY型自控电热式远红外隧道干燥器，江苏华荣达热能科技有限公司。

实施例1

原料：粒度为5～3 mm的特级高铝矾土熟料b 390kg，粒度为3～1 mm的特级高铝矾土熟料b 200kg，粒度为1～0.088 mm的特级高铝矾土熟料b 100kg，粒度≤0.088 mm的特级高铝矾土熟料a 100kg，电熔镁砂60kg，镁铝尖晶石80kg，纳米碳20kg，复合添加剂50kg（活性Al₂O₃微粉30kg，金属铝粉10kg，金属硅粉10kg），热固性酚醛树脂25kg。

制备过程：

A．将特级高铝矾土熟料a、电熔镁砂、镁铝尖晶石、纳米碳和复合添加剂置入细粉混合设备，混合均匀后得预混合粉。

B．将特级高铝矾土熟料b加入到搅拌装置搅拌3min，加入热固性酚醛树脂后搅拌3min，再加入制备好的预混合粉，搅拌6min，得到泥料。

C．将步骤B所得的泥料称量后加入至螺旋压砖机上的模具内，设置压砖机的打击速度和打击压力，打击10锤：

第1锤：打击压力为4000KN，打击行程为200mm；

第2锤：打击压力为6000KN，打击行程为200mm；

第3锤：打击压力为10000KN，打击行程为200mm；

第4～10锤：打击压力为14000KN，打击行程为50mm；

D．将成型后的制品放入干燥设备，设置好温度曲线，进行热处理。温度曲线如下：

25～110℃：升温3h；

110℃：保温3h；

110℃～160℃:升温5h；

160℃～210℃：升温2h；

210℃：保温12h。25h后得到低碳铝镁碳砖。

经检测，本实施例所制得的低碳铝镁碳砖的各项数据如下：Al₂O₃含量：78.36%，Al₂O₃+MgO含量：86.18%，C含量：3.03%，显气孔率6.4%，体积密度：3.20g·cm^-3,常温耐压强度：57Mpa。

实施例2

原料：粒度为5～3 mm的特级高铝矾土熟料b 380kg，粒度为3～1 mm的特级高铝矾土熟料b 200kg，粒度为1～0.088 mm的特级高铝矾土熟料b 100kg，粒度≤0.088 mm的特级高铝矾土熟料a 50kg，电熔镁砂60kg，镁铝尖晶石60kg，纳米碳30kg，复合添加剂80kg（活性Al₂O₃微粉47kg，碳化硼粉3kg，碳化硅粉30kg），热固性酚醛树脂26kg。

制备过程：

B．将特级高铝矾土熟料b加入到搅拌装置搅拌5min，加入热固性酚醛树脂后搅拌5min，再加入制备好的预混合粉，搅拌10min，得到泥料。

C．将步骤B所制得的泥料置于螺旋压砖机上，设置压砖机的打击速度和打击压力，打击10锤：

第1锤：打击压力为4000KN，打击行程为220mm；

第2锤：打击压力为6000KN，打击行程为220mm；

第3锤：打击压力为10000KN，打击行程为220mm；

第4～10锤：打击压力为14000KN，打击行程为70mm；

25～110℃：升温3h；

110℃：保温3h；

110℃～160℃:升温5h；

160℃～210℃：升温2h；

210℃：保温15h。28h后得到低碳铝镁碳砖。

经检测，本实施例所制得的低碳铝镁碳砖的各项数据如下：Al₂O₃含量：74.62%，Al₂O₃+MgO含量：85.82%，C含量：4.03%，显气孔率6.5%，体积密度：3.18g·cm^-3,常温耐压强度：60Mpa。

实施例3

原料：粒度为5～3 mm的特级高铝矾土熟料b 350kg，粒度为3～1 mm的特级高铝矾土熟料b 150kg，粒度为1～0.088 mm的特级高铝矾土熟料b 100kg，粒度≤0.088 mm的特级高铝矾土熟料a 80kg，电熔镁砂130kg，镁铝尖晶石40kg，纳米碳40kg，复合添加剂110kg（活性Al₂O₃微粉70kg，金属硅粉10kg，碳化硅粉30kg），热固性酚醛树脂23kg。

制备方法：

B．将特级高铝矾土熟料b加入到搅拌装置搅拌4min，加入热固性酚醛树脂后搅拌4min，再加入制备好的预混合粉，搅拌15min，得到泥料。

C．将步骤B所制得的泥料置于螺旋压砖机上，设置压砖机的打击速度和打击压力，打击13锤：

第1锤：打击压力为4000KN，打击行程为210mm；

第2锤：打击压力为6000KN，打击行程为210mm；

第3锤：打击压力为10000KN，打击行程为210mm；

第4～13锤：打击压力为14000KN，打击行程为53mm；

25～110℃：升温3h；

110℃：保温3h；

110℃～160℃:升温5h；

160℃～210℃：升温2h；

210℃：保温17h。30h后得到低碳铝镁碳砖。

经检测，本实施例所制得的低碳铝镁碳砖的各项数据如下：Al₂O₃含量：71.76%，Al₂O₃+MgO含量：85.37%，C含量：4.91%，显气孔率6.8%，体积密度：3.18g·cm^-3,常温耐压强度：65Mpa。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式作出其他的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种低碳铝镁碳砖，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：特级高铝矾土熟料60～85 wt%、电熔镁砂5～15 wt%、镁铝尖晶石3～10 wt%、纳米碳2～4 wt%、复合添加剂3～15 wt%和热固性酚醛树脂2～3 wt%；所述特级高铝矾土熟料包括3～30 wt%的特级高铝矾土熟料a和70～97 wt%的特级高铝矾土熟料b；所述特级高铝矾土熟料a、电熔镁砂、镁铝尖晶石、纳米碳和复合添加剂为细粉、粒度≤0.088mm，特级高铝矾土熟料b为骨料、粒度＞0.088mm。

2.根据权利要求1所述的一种低碳铝镁碳砖，其特征在于，所述特级高铝矾土熟料中的Al₂O₃含量≥85 wt%；所述电熔镁砂中MgO含量≥96.5 wt%；所述镁铝尖晶石中的尖晶石相含量≥90 wt%；所述的纳米碳为C含量≥95%，粒度为0.1～100nm的纳米碳粉。

3.根据权利要求1所述的一种低碳铝镁碳砖，其特征在于，所述的复合添加剂由活性Al₂O₃微粉和抗氧化剂组成，活性Al₂O₃微粉为D50＜5 um的α-Al₂O₃微粉，抗氧化剂为金属铝、金属硅、金属镁、碳化硼和碳化硅中的两种或两种以上。

4.一种低碳铝镁碳砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种低碳铝镁碳砖的制备方法，其特征在于，步骤C中所述打击行程为30～300mm；所述打击压力为4000～16000KN。

6.根据权利要求4所述的一种低碳铝镁碳砖的制备方法，其特征在于，步骤D中所述温度曲线为25～110℃：升温3h；110℃：保温3h；110～160℃：升温5h；160～210℃：升温2h；210℃：保温≥12h。