CN112500130A - 一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖及其制造方法。由下列重量份数的原料制备而成：0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂20～25份，0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂15～25份，1mm＜粒度≤3mm的97高纯镁砂20～35份，3mm＜粒度≤5mm的97高纯镁砂5～15份；100目鳞片石墨粉10～25份，96碳化硅细粉1～5份，结合剂2～5份，增韧剂2～5份，325目硅钙钡细粉1～5份。本发明抗侵蚀能力强，高温不易被氧化，抗冲击性强，耐压强度高，提高了镁碳砖的使用效果，减少了对人体健康影响和环境污染。

Description

一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖及其制造方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖及其制造方法。
背景技术
镁碳砖是以高熔点碱性氧化物氧化镁(熔点2800℃)和难以被炉渣侵润的高熔点碳素材料作为原料，添加各种非氧化物添加剂。用炭质结合剂结合而成的不烧碳复合耐火材料。镁碳砖主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位。镁碳砖作为一种复合耐火材料，有效地利用了镁砂的抗渣侵蚀能力强和碳的高导热性及低膨胀性，补偿了镁砂耐剥落性差的最大缺点。
但现有的镁碳砖抗侵蚀能力差，高温易被氧化，抗冲击性差，常温耐压强度低，已经很难满足使用要求。在镁碳砖的生产过程中，压制成型后的镁碳砖存在固态颗粒结合不充分的问题，从而影响镁碳砖质量，降低镁碳砖的使用效果。镁碳砖结合剂主要分为三种类型：(1)沥青类物质；(2)树脂类物质；(3)在沥青和树脂的基础上，经过改性得到的物质。沥青类物质：沥青是一种热塑性材料，具有与石墨、氧化镁亲和力大，炭化后残碳率高，成本低的特点，过去曾大量使用；但是沥青中含有致癌的芳香烃，尤其是苯并芘含量高，由于环保意识的加强，现在沥青的使用量在减少。树脂类物质：酚醛树脂是有苯酚和甲醛反应制得的，在常温下便能和耐火材料颗粒很好的混合，炭化后残碳率高，是当前生产镁碳砖的主要结合剂；但是酚醛树脂还存在着许多不足：中温区域强度低：由于树脂结合的分解，降低了强度，因此，在处于该中温区域的部位使用时产生氧化，“面荒”等损伤；氧化性差：酚醛树脂在固相中进行碳化，碳化产物通常是各向同性的玻璃状碳，经高温处理后难以石墨化，且碳化产物中留有大量的微细气孔结构，所以抗氧化能力一般较沥青碳化产物为差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖及其制造方法，抗侵蚀能力强，高温不易被氧化，抗冲击性强，耐压强度高，提高了镁碳砖的使用效果，减少了对人体健康影响和环境污染。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，由下列重量份数的原料制备而成：0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂20～25份，0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂15～25份，1mm＜粒度≤3mm的97高纯镁砂20～35份，3mm＜粒度≤5mm的97高纯镁砂5～15份；100目鳞片石墨粉10～25份，96碳化硅细粉1～5份，结合剂2～5份，增韧剂2～5份，325目硅钙钡细粉1～5份。
所述结合剂为焦油，其理化指标为：固含量≥80％，残碳≥46％，水分≤3.0％，PH值6～7。
所述96碳化硅细粉的粒径为325目。
所述增韧剂为氧化锆且细度＜80μm。
一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖的制造方法，包括如下步骤：
1)原料破碎、筛分、细磨：97高纯镁砂经破碎，粉碎成0＜粒度≤0.088mm、0＜粒度≤1mm、1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm的颗粒；
2)配料：将原料按照上述重量份数称重备用；先将96碳化硅细粉、鳞片石墨粉、硅钙钡细粉与10～20份0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒进行预混；
3)混练：先加入1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm和剩余的0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒，干混3～5min，然后加入结合剂、增韧剂，再混5～10min，加入步骤2)中得到预混料和0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂颗粒，混10～20min，然后出料；
4)机压成型：采用800吨压砖机成型，砖坯体密≥3.00g/cm3。
5)浸渍：将压制成型的镁碳砖放入装有浸泡介质的浸渍罐内，浸泡1～4小时后，取出，浸泡介质为焦油，浸渍罐内的温度不大于200℃，且浸渍罐内的压力为0.4～1.0MPa；
6)干燥：干燥温度为100～120℃，干燥12h以上；
7)热处理：成型后的镁碳砖需在100～300℃条件下热处理，时间不小于32h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明引入适量的硅钙钡+碳化硅，脱氧脱硫效果好，可明显降低砖中的夹杂物，而且碳化硅与镁砂不互溶，不生成低熔点矿物，碳化硅可能纯在部分氧化，生成SiO2，SiO2与MgO生成镁橄榄石；碳化硅橄榄石矿物相同时存在，大大提高了镁质砖的抗酸性渣侵蚀能力。
2)本发明采用焦油作为结合剂，焦油有毒有害成分低，可减少对人体健康影响和环境污染。
3)本发明采用氧化锆作为增韧剂，热应力减少30％，但是耐腐蚀性不变。
4)对压制成型的镁碳砖进行高压浸透，即通过将压制成型的镁碳砖浸泡在焦油中，改善压制成型后的镁碳砖中存在部分固态颗粒结合不充分的问题，使生产出的镁碳砖的显气孔率接近0，提升了镁碳砖的体积密度，提高了镁碳砖耐压强度。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，由下列重量份数的原料制备而成：0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂20～25份，0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂15～25份，1mm＜粒度≤3mm的97高纯镁砂20～35份，3mm＜粒度≤5mm的97高纯镁砂5～15份；100目鳞片石墨粉10～25份，96碳化硅细粉1～5份，结合剂2～5份，增韧剂2～5份，325目硅钙钡细粉1～5份。
所述结合剂为焦油，其理化指标为：固含量≥80％，残碳≥46％，水分≤3.0％，PH值6～7。
所述96碳化硅细粉的粒径为325目。
所述增韧剂为氧化锆且细度＜80μm。
一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖的制造方法，包括如下步骤：
1)原料破碎、筛分、细磨：97高纯镁砂经破碎，粉碎成0＜粒度≤0.088mm、0＜粒度≤1mm、1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm的颗粒；
2)配料：将原料按照上述重量份数称重备用；先将96碳化硅细粉、鳞片石墨粉、硅钙钡细粉与10～20份0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒进行预混；
3)混练：先加入1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm和剩余的0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒，干混3～5min，然后加入结合剂、增韧剂，再混5～10min，加入步骤2)中得到预混料和0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂颗粒，混10～20min，然后出料；
4)机压成型：采用800吨压砖机成型，砖坯体密≥3.00g/cm3。
5)浸渍：将压制成型的镁碳砖放入装有浸泡介质的浸渍罐内，浸泡1～4小时后，取出，浸泡介质为焦油，浸渍罐内的温度不大于200℃，且浸渍罐内的压力为0.4～1.0MPa；
6)干燥：干燥温度为100～120℃，干燥12h以上；
7)热处理：成型后的镁碳砖需在100～300℃条件下热处理，时间不小于32h。
本发明主要原料指标见表1：
表1：单位：wt％
Figure BDA0002820714540000041
烧成产品的理化指标见表2：
表2：
项目 典型值
MgO，％ 92.2
SiO<sub>2</sub>，％ 0.75
CaO，％ 1.20
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％ 0.20
SiC，％ 4.8
BaO，％ 0.3
显气孔率，％ 0
体密密度，g/cm<sup>3</sup> 3.01
常温耐压强度，MPa 100.0
热震稳定性，(1100℃，水冷)次 10
实施例配方见表3：
表3
原料 粒度，mm 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
97高纯镁砂 5-3 15 12 10 9 5
97高纯镁砂 3-1 25 30 32 34 35
97高纯镁砂 1-0 25 22 20 18 15
97高纯镁砂 0.088-0 20 21 22 24 25
96碳化硅 325目 2 4 3 2 4
焦油 液体 2 3 3 3 4
硅钙钡 325目 2 3 4 2 4
鳞片石墨粉 100目 2 3 3 4 2
氧化锆 325目 2 2 3 2 4
本发明引入适量的硅钙钡+碳化硅，脱氧脱硫效果好，可明显降低砖中的夹杂物，而且碳化硅与镁砂不互溶，不生成低熔点矿物，碳化硅可能纯在部分氧化，生成SiO2，SiO2与MgO生成镁橄榄石；碳化硅橄榄石矿物相同时存在，大大提高了镁质砖的抗酸性渣侵蚀能力。本发明采用焦油作为结合剂，焦油有毒有害成分低，可减少对人体健康影响和环境污染。本发明采用氧化锆作为增韧剂，热应力减少30％，但是耐腐蚀性不便。对压制成型的镁碳砖进行高压浸透，即通过将压制成型的镁碳砖浸泡在焦油中，改善压制成型后的镁碳砖中存在部分固态颗粒结合不充分的问题，使生产出的镁碳砖的显气孔率接近0，提升了镁碳砖的体积密度，提高了镁碳砖耐压强度。

Claims (5)

1.一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，其特征在于，由下列重量份数的原料制备而成：0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂20～25份，0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂15～25份，1mm＜粒度≤3mm的97高纯镁砂20～35份，3mm＜粒度≤5mm的97高纯镁砂5～15份；100目鳞片石墨粉10～25份，96碳化硅细粉1～5份，结合剂2～5份，增韧剂2～5份，325目硅钙钡细粉1～5份。
2.根据权利要求1所述的一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，其特征在于，所述结合剂为焦油，其理化指标为：固含量≥80％，残碳≥46％，水分≤3.0％，PH值6～7。
3.根据权利要求1所述的一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，其特征在于，所述96碳化硅细粉的粒径为325目。
4.根据权利要求1所述的一种硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖，其特征在于，所述增韧剂为氧化锆且细度＜80μm。
5.一种如权利要求1所述的硅钙钡复相结合碳化硅的镁碳砖的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)原料破碎、筛分、细磨：97高纯镁砂经破碎，粉碎成0＜粒度≤0.088mm、0＜粒度≤1mm、1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm的颗粒；
2)配料：将原料按照上述重量份数称重备用；先将96碳化硅细粉、鳞片石墨粉、硅钙钡细粉与10～20份0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒进行预混；
3)混练：先加入1mm＜粒度≤3mm、3mm＜粒度≤5mm和剩余的0＜粒度≤1mm的97高纯镁砂颗粒，干混3～5min，然后加入结合剂、增韧剂，再混5～10min，加入步骤2)中得到预混料和0＜粒度≤0.088mm的97高纯镁砂颗粒，混10～20min，然后出料；
4)机压成型：采用800吨压砖机成型，砖坯体密≥3.00g/cm3。
5)浸渍：将压制成型的镁碳砖放入装有浸泡介质的浸渍罐内，浸泡1～4小时后，取出，浸泡介质为焦油，浸渍罐内的温度不大于200℃，且浸渍罐内的压力为0.4～1.0MPa；
6)干燥：干燥温度为100～120℃，干燥12h以上；
7)热处理：成型后的镁碳砖需在100～300℃条件下热处理，时间不小于32h。
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