CN110627483A - 一种镁碳砖及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镁碳砖的制备方法，包括：将镁砂、石墨、铝钙镁复相材料、金属粉和胶结剂进行混合，得到混合物；将所述混合物在压砖机上成型，得到坯体；将所述坯体进行干燥，得到镁碳砖。本发明在制备镁碳砖过程中通过加入铝钙镁复相材料、金属粉及胶结剂等关键原料，在高温下生成了低膨胀的高熔点矿物并填充了气孔，提高了镁碳砖的韧性和高温抗折强度，有效阻止了熔渣的侵入，提高了砖的结构稳定性。本发明还提供了一种镁碳砖及其应用。

Description

一种镁碳砖及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种镁碳砖及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展和冶炼技术的进步，汽车板钢、家电钢等洁净钢、超低碳钢需求的日益增加，对钢水的质量要求不断提高，耐火材料对钢水质量的影响越来越受到重视。对于冶炼低碳钢、超低碳钢而言，通常使用的镁铬砖、铝镁碳砖、镁白云石砖、普通镁碳砖等由于其容易对钢水品种增碳和其使用寿命低等原因，无法满足炼钢厂钢质量提高和冶炼速度要求。
在冶炼低碳钢、超低碳钢的过程中，钢水长时间的对钢包砖的侵蚀和冲刷，镁碳砖中的碳向钢水渗入，造成钢水增碳。目前钢铁企业已全部采用无碳钢包包壁砖，而对于侵蚀严重的渣线部位，由于降低碳含量会使砖的导热性能降低、抗渣渗透性能减弱，所以多采用碳含量为8％～14％的渣线镁碳砖，这样的碳含量的渣线砖势必对钢水有着不可忽视的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁碳砖及其制备方法和应用，本发明提供的碳镁砖碳含量低而且使用寿命较长。
本发明提供了一种镁碳砖的制备方法，包括：
将镁砂、石墨、铝钙镁复相材料、金属粉和胶结剂进行混合，得到混合物；
将所述混合物在压砖机上成型，得到坯体；
将所述坯体进行干燥，得到镁碳砖。
在本发明中，所述镁砂优选为电熔镁砂。在本发明中，所述电熔镁砂优选包括：
0.42～1wt％的SiO2；
0.4～2wt％的CaO；
97～99wt％的MgO。
在本发明中，所述SiO2的质量含量优选为0.5～0.9％，更优选为0.6～0.8％，最优选为0.7％；所述CaO的质量含量优选为0.5～1.5％，更优选为0.8～1.2％，最优选为1％；所述MgO的质量含量优选为97.5～98.5％，更优选为98％。
在本发明中，所述电熔镁砂的体积密度优选为3.4～3.6g/cm3，更优选为3.45～3.55g/cm3，最优选为3.48～3.5g/cm3。在本发明中，所述电熔镁砂可由市场购买获得。
在本发明中，所述镁砂的粒度优选包括6～3mm粒度、3～1mm粒度、1～0mm粒度和小于200目粒度；在本发明中，6～3mm的粒度是指颗粒小于6mm，大于等于3mm；3～1mm粒度指的是颗粒小于3mm，大于等于1mm；1～0mm粒度指的是颗粒在1mm以下，即1mm粒度属于3～1mm的粒级，不存在端点不清楚的问题。
在本发明中，所述6～3mm粒度、3～1mm粒度和1～0mm粒度优选采用破碎机制备；小于200目粒度优选采用细磨设备制备。
在本发明中，所述6～3mm粒度、3～1mm粒度、1～0mm粒度和小于200目粒度的镁砂质量比优选为(19～24)：(22～28)：(18～23)：(18～24)，更优选为(20～23)：(23～27)：(19～22)：(19～23)，最优选为(20～21)：(24～26)：(20～21)：(20～22)。
在本发明中，所述铝钙镁复相材料由钒钛渣和氧化铝混合制球后进行电熔冶炼制备得到；所述铝钙镁复相材料中含有镁铝尖晶石(MA)、六铝酸钙(CA6)和二铝酸钙(CA2)三种物相。
在本发明中，所述铝镁钙复相材料包括：
0.3～0.34wt％的SiO2；
81～82wt％的Al2O3；
7.1～7.6wt％的CaO；
10.6～11.1wt％的MgO。
在本发明中，所述SiO2的质量含量优选为0.33％；所述Al2O3的质量含量优选为81.2～81.8％，更优选为81.4～81.6％，最优选为81.45％；所述CaO的质量含量优选为7.15～7.25％，更优选为7.19％；所述MgO的质量含量优选为10.65～10.75％，更优选为10.71％。
在本发明中，所述铝镁钙复相材料的粒度优选为1～0mm，即颗粒在1mm以下。
在本发明中，所述铝镁钙复相材料可由市场购买获得。
在本发明中，所述石墨中碳的质量含量优选≥97％；所述石墨优选为鳞片石墨；所述石墨的粒度优选包括-297目(即满足粒径297目筛上余量≤20％)和+100目(即粒径100目筛上余量≥75％)。
在本发明中，所述-297目石墨和+100目石墨的质量比优选为(1～3)：(1～2)。
在本发明中，所述石墨可由市场购买获得。
在本发明中，所述金属粉优选包括金属铝粉和金属锌粉；所述金属粉的粒度优选为200～400目，更优选为250～350目，最优选为300目。在本发明中，所述金属铝粉和金属锌粉的质量比优选为(2～5)：1。
在本发明中，所述胶结剂优选包括液体酚醛树脂或铝镁胶结剂。在本发明中，所述铝镁胶结剂中含有卤水；所述卤水为氯化镁的饱和溶液；所述卤水中氯化镁和水的质量比优选为2:1。在本发明中，所述液体酚醛树脂和铝镁胶结剂均可由市场购买获得。在本发明中，所述液体酚醛树脂中的C质量含量优选≥42％。在本发明中，所述铝镁胶结剂中SiO2的质量含量优选≤2％；Al2O3的质量含量优选≥1.5％；CaO的质量含量优选≤2％；MgO的质量含量优选≥45％。
在本发明中，所述镁砂、铝钙镁复相材料、石墨和金属粉的质量比优选为(88～95)：(2～5)：(2～4)：(2～4)；更优选为(80～92)：(3～4)：(2.5～3.5):(2.5～3.5)；最优选为(85～90)：3.5:3:3；所述胶结剂的质量为镁砂、铝钙镁复相材料、石墨和金属粉总质量的2～7％，更优选为3～6％，最优选为4～5％。
在本发明中，所述混合的方法优选为混碾，更优选采用高速混碾机进行混碾；所述混碾的方法优选包括：
将镁砂(不加入小于200目粒度的镁砂)和铝钙镁复相材料先在高速混碾机中低速混碾1～2分钟，再加入一半的胶结剂低速混碾1～2分钟，再加入石墨低速混碾1～2分钟，然后再加入剩余一半的胶结剂低速混碾1～2分钟，最后加入镁砂细粉(粒度小于200目)高速混碾大于10分钟，混碾结束出料，得到混合物。
在本发明中，所述低速混碾的速度优选为500～600r/min；在本发明中，所述高速混碾的速度优选为1000～1200r/min；所述高速混碾的时间优选为10～12min。
在本发明中，所述出料的温度优选为45～60℃，更优选为50～55℃。
在本发明中，所述压砖机优选为摩擦压砖机，所述摩擦压砖机的吨位优选为630t及以上。
在本发明中，所述成型后优选将得到的半成品进行自然干燥，得到坯体；所述自然干燥的时间优选为20～30小时，更优选为22～28小时，最优选为24～26小时。
在本发明中，得到坯体后进行干燥的温度优选为180～200℃，更优选为185～195℃，最优选为190℃；所述干燥的时间优选为12～20小时，更优选为14～18小时，最优选为16小时。
本发明在制备镁碳砖过程中通过加入AMC复相材料(铝钙镁复相材料)、金属粉及胶结剂等关键原料，在高温下生成了低膨胀的高熔点矿物并填充了气孔，提高了镁碳砖的韧性和高温抗折强度，有效阻止了熔渣的侵入，提高了砖的结构稳定性。
在本发明中，可采用镁铝络合胶结剂全部替代酚醛树脂作为镁碳砖的新型结合剂，不但可以保证优良的结合强度，降低树脂中的残碳，还具有环保无毒的优势，是适用于低碳钢包砖的优良结合剂。
本发明还提供了一种由上述技术方案所述的方法制备得到的镁碳砖，所述镁碳砖的制备方法与上述技术方案一致，在此不再赘述。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的镁碳砖作为低碳钢包渣线砖的应用，本发明提供的镁碳砖碳含量低，而且具有良好的强度，尤其适宜作为低碳钢包渣线砖即渣线耐火砖使用。
本发明采用全碳含量为5％低碳镁碳砖，在西昌钢钒不同的钢包试验中其使用寿命分别为68次和65次，与普通14C钢包渣线砖67.4次的平均寿命基本相当。从耐火材料使用分析，本发明中低碳钢包渣线材料不仅碳含量大为降低，并且其使用寿命能达到普通高碳渣线材料寿命，完全满足钢厂使用要求。
本发明采用高纯电熔镁砂、复合石墨材料、AMC复相材料(铝镁钙复相材料)为主要原料，通过添加复合金属粉，并以液体酚醛树脂或无碳的络合胶结剂为结合剂生产的钢包低碳渣线镁碳砖具有强度高、热震稳定性好、脱碳速率慢、抗侵蚀性好、使用寿命长等优点，可广泛适用于冶炼低碳钢种的钢包渣线部位。本发明提供的低碳钢包渣线砖全碳含量在5％以下，适用于各类低碳钢种的冶炼，其使用寿命高，在攀钢西昌钢钒公司取得不错的试验结果。本发明中钢包低碳镁碳砖的成功开发和应用，不但降低了耐火材料对钢水的增碳污染，具有低碳环保效益，还保障了钢包使用寿命，为攀钢在纯净钢冶炼用耐火材料的技术进步方面实现了重大突破，具有良好的经济社会效益，可以完全取代西钢钒钢包现用14C高碳镁碳砖，不仅可以巩固公司在攀钢钢包耐材的市场竞争力，而且还可以在各类低碳钢的VD、VOD精炼钢包上进行尝试，进一步扩大公司耐材产品的影响力和市场份额，具有很好的市场推广应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品，其成分及来源如下表所示：
实施例1
加入电熔镁砂6～3mm 20wt％、3～1mm28wt％、1～0mm20wt％、小于200目的细粉13wt％，小于200目的大结晶电熔镁砂7wt％，1～0mm的AMC复相材料5wt％，复合金属粉3％，复合石墨粉4wt％，外加2.7wt％液体酚醛树脂胶结剂(2.7wt％为电熔镁砂、AMC复相材料、复合金属粉和复合石墨粉总质量的2.7％)，通过高速混碾机混碾，混碾工艺为：先加入骨料(不包括小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)在高速混碾机低速混碾550r/min 1～2分钟，再加入一半的液体酚醛树脂胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，然后加入石墨低速混碾550r/min 2～3分钟，继续加入剩下的一半酚醛树脂胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，最后加入细粉(小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)高速混碾1100r/min 11分钟，混碾结束出料温度控制在45～60℃，得到混合物；
所述的复合石墨粉包括：-297目的鳞片石墨和+100目鳞片石墨的混合物，质量比例为1:1；
所述的复合金属粉包括200目的金属铝粉和400目金属锌粉的混合物，质量比例为5:1；
将所述混合物在630t摩擦压砖机中自动成型，然后自然干燥24小时，得到坯体；
将所述坯体进入隧道干燥窑内在180℃干燥16h，得到镁碳砖。
对本发明实施例1制备的镁碳砖进行性能检测，检测方法以及检测结果如表1所示：
表1本发明实施例1制备的镁碳砖的性能检测结果
实施例2
加入电熔镁砂6～3mm 22wt％、3～1mm25wt％、1～0mm22wt％、小于200目的细粉11wt％，小于200目的大结晶电熔镁砂10wt％，1～0mm的AMC复相材料3wt％，复合金属粉4％，复合石墨粉3wt％，外加2.5wt％液体酚醛树脂胶结剂(2.5wt％为电熔镁砂、AMC复相材料、复合金属粉和复合石墨粉总质量的2.5％)，通过高速混碾机混碾，混碾工艺：先加入骨料(不包括小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)在高速混碾机低速混碾500r/min 1～2分钟，再加入一半的液体酚醛树脂胶结剂低速混碾500r/min 1～2分钟，然后加入石墨低速混碾500r/min 2～3分钟，继续加入剩下的一半酚醛树脂胶结剂低速混碾500r/min 1～2分钟，最后加入细粉(小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)高速混碾1000r/min 10分钟，混碾结束出料温度控制在45～60℃，得到混合物；
所述复合石墨粉包括：-297目鳞片石墨和+100目鳞片石墨的混合物，质量比例为1:2；
所述复合金属粉包括：200目金属铝粉和400目金属锌粉的混合物，质量比例为4:1；
将所述混合物在630t摩擦压砖机自动成型，然后自然干燥24小时，得到坯体；
将所述坯体进入隧道干燥窑内在190℃干燥16小时，得到镁碳砖。
对本发明实施例2制备的镁碳砖进行性能检测，检测方法以及检测结果如表2所示：
表2本发明实施例2制备的镁碳砖的性能检测结果
实施例3
加入电熔镁砂6～3mm 24wt％、3～1mm22wt％、1～0mm23wt％、小于200目的细粉12wt％，小于200目的大结晶电熔镁砂11wt％，1～0mm的AMC复相材料3wt％，复合金属粉3％，复合石墨粉2wt％，外加2.7wt％酚醛树脂胶结剂(2.7wt％为电熔镁砂、AMC复相材料、复合金属粉和复合石墨粉总质量的2.7％)，通过高速混碾机混碾，混碾工艺为：先加入骨料(不包括小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)在高速混碾机低速混碾600r/min 1～2分钟，再加入一半的酚醛树脂液体胶结剂低速混碾600r/min 1～2分钟，然后加入石墨低速混碾600r/min 2～3分钟，继续加入剩下的一半液体酚醛树脂胶结剂低速混碾600r/min 1～2分钟，最后加入细粉(小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)高速混碾1200r/min 10分钟，混碾结束出料温度控制在45～60℃，得到混合物；
所述复合石墨粉包括：-297目鳞片石墨和+100目鳞片石墨的混合物，质量比例为3:1；
所述复合金属粉包括：200目金属铝粉和400目金属锌粉的混合物，质量比例为2:1；
将所述混合物在630t摩擦压砖机自动成型，然后自然干燥24小时，得到坯体；
将所述坯体进入隧道干燥窑内在200℃干燥16小时，得到镁碳砖。
对本发明实施例3制备的镁碳砖进行性能检测，检测方法以及检测结果如表3所示：
表3本发明实施例3制备的镁碳砖的性能检测结果
实施例4
加入电熔镁砂6～3mm 24wt％、3～1mm26wt％、1～0mm20wt％、小于200目的细粉12wt％，小于200目的大结晶电熔镁砂7wt％，1～0mm的AMC复相材料2wt％，复合金属粉3％，复合石墨粉3wt％，铝镁胶结剂3wt％，外加2.2wt％卤水(2.2wt％为电熔镁砂、AMC复相材料、复合金属粉、复合石墨粉和铝镁胶结剂总质量的2.2％)，通过高速混碾机混碾，混碾工艺为：先加入骨料(不包括小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)在高速混碾机低速混碾550r/min 1～2分钟，再加入卤水和一半的铝镁胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，然后加入石墨低速混碾550r/min 2～3分钟，继续加入剩下的一半铝镁胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，最后加入细粉(小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)高速混碾1100r/min12分钟，混碾结束出料温度控制在45～60℃，得到混合物；
所述的复合石墨粉包括：-297目的鳞片石墨和+100目的鳞片石墨的混合物，质量比例为1:2；
所述的复合金属粉包括：200目金属铝粉和400目金属锌粉的混合物，质量比例为2:1；
所述的卤水为氯化镁的饱和溶液(MgCl2：H2O质量比为2.5:1)；
将所述混合物在630t摩擦压砖机自动成型，然后自然干燥24小时，得到坯体；
将所述坯体进入隧道干燥窑内在190℃干燥16小时，得到镁碳砖。
对本发明实施例4制备的镁碳砖进行性能检测，检测方法以及检测结果如表4所示：
表4本发明实施例4制备的镁碳砖的性能检测结果
实施例5
加入电熔镁砂6～3mm 22wt％、3～1mm27wt％、1～0mm18wt％、小于200目的细粉13wt％，小于200目的大结晶电熔镁砂11wt％，1～0mm的AMC复相材料4wt％，复合金属粉2％，复合石墨粉3wt％，铝镁胶结剂3.5wt％，外2.5wt％卤水(2.5wt％为电熔镁砂、AMC复相材料、复合金属粉、复合石墨粉和铝镁胶结剂总质量的2.5％)，通过高速混碾机混碾，混碾工艺为：先加入骨料(不包括小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)在高速混碾机低速混碾550r/min 1～2分钟，再加入卤水和一半的铝镁胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，然后加入石墨低速混碾550r/min 2～3分钟，继续加入剩下的一半铝镁胶结剂低速混碾550r/min 1～2分钟，最后加入细粉(小于200目的电熔镁砂和AMC复相材料)高速混碾1100r/min12分钟，混碾结束出料温度控制在45～60℃，得到混合物；
所述复合石墨粉包括：-297目鳞片石墨和+100目鳞片石墨的混合物，质量比例为2:1；
所述复合金属粉包括：200目金属铝粉和400目金属锌粉的混合物，质量比例为2:1；
所述的卤水为氯化镁的饱和溶液(MgCl2：H2O质量比例2.5:1)；
将所述混合物在630t摩擦压砖机自动成型，然后自然干燥24小时，得到坯体；
将所述坯体进入隧道干燥窑内在200℃干燥16小时，得到镁碳砖。
对本发明实施例5制备的镁碳砖进行性能检测，检测方法以及检测结果如表5所示：
表5本发明实施例5制备的镁碳砖的性能检测结果
由以上实施例可知，本发明提供了一种镁碳砖的制备方法，包括：将镁砂、石墨、铝钙镁复相材料、金属粉和胶结剂进行混合，得到混合物；将所述混合物在压砖机上成型，得到坯体；将所述坯体进行干燥，得到镁碳砖。本发明在制备镁碳砖过程中通过加入铝钙镁复相材料、金属粉及胶结剂等关键原料，在高温下生成了低膨胀的高熔点矿物并填充了气孔，提高了镁碳砖的韧性和高温抗折强度，有效阻止了熔渣的侵入，提高了砖的结构稳定性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种镁碳砖的制备方法，包括：
将镁砂、石墨、铝钙镁复相材料、金属粉和胶结剂进行混合，得到混合物；所述铝镁钙复相材料包括：
0.3～0.34wt％的SiO2；
81～82wt％的Al2O3；
7.1～7.6wt％的CaO；
10.6～11.1wt％的MgO；
将所述混合物在压砖机上成型，得到坯体；
将所述坯体进行干燥，得到镁碳砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁砂为电熔镁砂，所述电熔镁砂包括：
0.42～1wt％的SiO2；
0.4～2wt％的CaO；
97～99wt％的MgO。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁砂的粒度包括6～3mm粒度、3～1mm粒度、1～0mm粒度和小于200目粒度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述6～3mm粒度、3～1mm粒度、1～0mm粒度和小于200目粒度的镁砂质量比为(19～24)：(22～28)：(18～23)：(18～24)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨的粒度优选包括-297目和+100目。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁砂、铝钙镁复相材料、石墨和金属粉质量比为(88～95)：(2～5)：(2～4)：(2～4)；
所述胶结剂的用量为镁砂、铝钙镁复相材料、石墨和金属粉总质量的2～7％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属粉包括金属铝粉和金属锌粉。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胶结剂包括液体酚醛树脂或铝镁胶结剂。
9.一种权利要求1所述的方法制备得到的镁碳砖。
10.一种权利要求9所述的镁碳砖作为低碳钢包渣线砖的应用。
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