CN113461407A - 一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法；按照重量份数计，包括电熔镁砂88‑96份、金属铝粉1‑3份、树脂3份、ZrB2‑Cr7C3复相材料1‑3份，高温沥青1‑3份和‑196石墨1‑3份；通过具有抗氧化性能的低碳镁碳砖的结构设计以解决现有技术中存在的镁碳砖的优良性能依赖于砖中碳的存在，在使用过程中碳的氧化易造成制品组织劣化，使得炉渣沿着缝隙侵入砖中，蚀损MgO颗粒，降低MgO‑C砖的使用寿命技术问题。

Description

一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法。
背景技术
镁碳砖作为一种复合耐火材料，其优良的性能与碳的引入有决定性关系。镁砂本身对碱性渣及高铁渣具有很强的抗侵蚀能力，同时镁砂具有超高的耐火度。然而镁砂的高温热膨胀系数较高，导致镁砂耐剥落性能和热震稳定性能较差。故引入炭质元素，利用炭质元素本身的高导热性能和低膨胀性降低砖体的温度差，提高砖体的热震稳定性能，同时利用炭质元素对熔渣的润湿角大于熔渣的润湿性差的特点，提高砖体的耐剥落性能。故镁碳砖的优良性能依赖于砖中碳的存在，在使用过程中碳的氧化易造成制品组织劣化，使得炉渣沿着缝隙侵入砖中，蚀损MgO颗粒，降低MgO-C砖的使用寿命。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法，通过具有抗氧化性能的低碳镁碳砖的结构设计以解决现有技术中存在的镁碳砖的优良性能依赖于砖中碳的存在，在使用过程中碳的氧化易造成制品组织劣化，使得炉渣沿着缝隙侵入砖中，蚀损MgO颗粒，降低MgO-C砖的使用寿命技术问题。
本发明提供的一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，按照重量份数计，包括电熔镁砂88-96份、金属铝粉1-3份、树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料1-3份，高温沥青1-3份和-196石墨1-3份。
优选地，ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%-35%，Cr7C3的体积分数为65%-85%。
优选地，电熔镁砂粒度包括3-5mm、1-3mm、0.088-1mm和180目。
优选地，电熔镁砂中氧化镁含量≥97%。
优选地，金属铝粉中铝含量≥98%。
优选地，-196石墨中碳含量≥96%。
优选地，在25℃以下，树脂温度的粘度在15000-16000mPa·s。
优选地，高温沥青中碳含量≥60%
本发明还提供了一种如上述中任一项所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖的制备方法，包括如下制备步骤：
将电熔镁砂干混后，加入树脂，树脂的加入速度为15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖。
优选地，压制成型中，采用1000T电动螺旋压砖机进行压制；热处理过程中，热处理窑内部温度为180℃-220℃，烘烤时间为12h。
本发明提供的一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明提供的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，由于加入了ZrB2-Cr7C3复相材料的加入，提高了低碳镁碳砖的抗氧化性，在高温条件，具有高的抗折强度。
2、本发明提供的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，同时还具有高的抗钢水冲刷性能，热震稳定性高，满足洁净钢、超低碳钢和不锈钢的冶炼需求。
3、本发明提供的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为35%，Cr7C3的体积分数为65%，抗氧化性能好。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，按照重量份数计，包括电熔镁砂88-96份、金属铝粉1-3份、树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料1-3份，高温沥青1-3份和-196石墨1-3份。
具体地，ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%-35%，Cr7C3的体积分数为65%-85%。
具体地，电熔镁砂粒度包括3-5mm、1-3mm、0.088-1mm和180目。
具体地，电熔镁砂中氧化镁含量≥97%。
具体地，金属铝粉中铝含量≥98%。
具体地，-196石墨中碳含量≥96%。
具体地，在25℃以下，树脂温度的粘度在15000-16000mPa·s。
具体地，高温沥青中碳含量≥60%
本发明还提供了一种如上述中任一项所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖的制备方法，包括如下制备步骤：
将电熔镁砂干混后，加入树脂，树脂的加入速度为15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖。
优选地，压制成型中，采用1000T电动螺旋压砖机进行压制；热处理过程中，热处理窑内部温度为180℃-220℃，烘烤时间为12h。
低碳镁碳砖的抗氧化性机理：
在原料中加入了ZrB2-Cr7C3复相材料作为抗氧化材料，其中，ZrB2具有较高的热导率和弹性模量，提高材料的热震稳定性能，但是单相ZrB2在高温式抗氧化性能相对较差。当温度低于1100℃，硼化物表面会氧化生成B2O3熔融层，提高材料的抗氧化性能；而高于1100℃时，液态B2O3蒸发较快，阻挡作用大大降低，到这抗氧化性能的明显下降。而Cr7C3相的引入可以明显改善ZrB2材料的抗氧化性，主要温度在1000-1200℃范围内，系统中出现Cr3C2，主要的反应为3Cr2O3+13C=ZCr3C2+9CO。反应产生的Cr2O3同时又会与镁碳质耐火材料中的MgO反应生成镁铬尖晶石(MgO-Cr2O3)，生成的镁铬尖晶石会产生体积效应，堵塞制品表面的气孔，阻止O2的进一步渗入，达到防止C氧化的目的。此外，传统的镁碳砖的一碳链被氧化，颗粒之间再无其他有效结合相，砖体的高温强度会下降，镁砂颗粒发生剥落，但是碳化铬的引入可有效解决上述问题，主要原因为生成的镁铬尖晶石存在于镁砂颗粒之间，形成高熔点相的尖晶石结合，提高了镁碳砖中碳氧化后残体的强度，提高材料的使用寿命。
实施例一
抗氧化性能优异的低碳镁碳砖制备（样品1）：
按照重量份数计，包括的电熔镁砂95份、金属铝粉1份、液态酚醛树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料1份，高温沥青1份和-196石墨2份。
101)按照重量份数计，将电熔镁砂干混后，加入液态酚醛树脂，液态酚醛树脂的加入速度为10~15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
102)低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
103)将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖（样品1）。
其中，按照重量份数计，3-5mm粒度的电熔镁砂27份，1-3mm粒度的电熔镁砂30份，0-1mm粒度的电熔镁砂18份，200目粒度的电熔镁砂20份；
ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%，Cr7C3的体积分数为85%。
获得的样品1的性能见表1。
实施例二
抗氧化性能优异的低碳镁碳砖制备（样品2）：
按照重量份数计，包括的电熔镁砂94份、金属铝粉1份、液态酚醛树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料2份，高温沥青1份和-196石墨2份。
201)按照重量份数计，将电熔镁砂干混后，加入液态酚醛树脂，液态酚醛树脂的加入速度为10~15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
202)低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
203)将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖（样品1）。
其中，按照重量份数计，3-5mm粒度的电熔镁砂27份，1-3mm粒度的电熔镁砂30份，0-1mm粒度的电熔镁砂18份，200目粒度的电熔镁砂19份。
获得的样品2的性能见表1。
ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%，Cr7C3的体积分数为85%。
实施例三
抗氧化性能优异的低碳镁碳砖制备（样品3）：
按照重量份数计，包括的电熔镁砂95份、金属铝粉1份、液态酚醛树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料3份，高温沥青1份和-196石墨2份。
301)按照重量份数计，将电熔镁砂干混后，加入液态酚醛树脂，液态酚醛树脂的加入速度为10~15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
302)低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
303)将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖（样品1）。
其中，按照重量份数计，3-5mm粒度的电熔镁砂27份，1-3mm粒度的电熔镁砂30份，0-1mm粒度的电熔镁砂18份，200目粒度的电熔镁砂20份。
获得的样品3的性能见表1。
ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%，Cr7C3的体积分数为85%。
实施例四
抗氧化性能优异的低碳镁碳砖制备（样品4）：
按照重量份数计，包括的电熔镁砂95份、金属铝粉1份、液态酚醛树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料2份，高温沥青1份和-196石墨2份。
401)按照重量份数计，将电熔镁砂干混后，加入液态酚醛树脂，液态酚醛树脂的加入速度为10~15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
402)低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
403)将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖（样品1）。
其中，按照重量份数计，3-5mm粒度的电熔镁砂28份，1-3mm粒度的电熔镁砂29份，0-1mm粒度的电熔镁砂18份，200目粒度的电熔镁砂20份；
ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为35%，Cr7C3的体积分数为65%。
获得的样品4的性能见表1。
实施例五
抗氧化性能优异的低碳镁碳砖制备（样品5）：
按照重量份数计，包括的电熔镁砂95份、金属铝粉1份、液态酚醛树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料2份，高温沥青1份和-196石墨2份。
501)按照重量份数计，将电熔镁砂干混后，加入液态酚醛树脂，液态酚醛树脂的加入速度为10-15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
502)低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
503)将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖（样品1）。
其中，按照重量份数计，3-5mm粒度的电熔镁砂28份，1-3mm粒度的电熔镁砂29份，0-1mm粒度的电熔镁砂18份，200目粒度的电熔镁砂20份；
ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为20%，Cr7C3的体积分数为80%。
获得的样品5的性能见表1。
表1 低碳镁碳砖的性能参数
Figure 543499DEST_PATH_IMAGE002
样品1、样品2和样品3的区别仅在于ZrB2-Cr7C3复相材料的添加量，样品1为1份，样品2为2份，样品3为3份，样品1、样品2和样品3的性能均具有高的抗氧化性，高温抗折强度高，其中，样品2的在耐压强度和高温抗折强度上稍高于样品1和样品3。
样品4和样品5与样品1的区别在于ZrB2-Cr7C中ZrB2和Cr7C份数不同，样品1为ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%，Cr7C3的体积分数为85%；样品4为ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为35%，Cr7C3的体积分数为65%；样品5为ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为20%，Cr7C3的体积分数为80%，样品4的性能稍高于样品1和样品5，由此，ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为35%，Cr7C3的体积分数为65%，抗氧化性能好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：按照重量份数计，包括电熔镁砂88-96份、金属铝粉1-3份、树脂3份、ZrB2-Cr7C3复相材料1-3份，高温沥青1-3份和-196石墨1-3份。
2.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：ZrB2-Cr7C3复相材料中ZrB2的体积分数为15%-35%，Cr7C3的体积分数为65%-85%。
3.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：电熔镁砂粒度包括3-5mm、1-3mm、0.088-1mm和180目。
4.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：电熔镁砂中氧化镁含量≥97%。
5.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：金属铝粉中铝含量≥98%。
6.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：-196石墨中碳含量≥96%。
7.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：在25℃以下，树脂温度的粘度在15000-16000mPa·s。
8.根据权利要求1所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖，其特征在于：高温沥青中碳含量≥60%。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的具有抗氧化性能的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：
将电熔镁砂干混后，加入树脂，树脂的加入速度为15kg/min，再加入-196石墨，混合5-10min,加入高温沥青，搅拌后，最后加入金属铝粉和ZrB2-Cr7C3复相材料，搅拌均匀后，获得低碳镁碳砖预备料；
低碳镁碳砖预备料放入到模具中，压制成型，获得砖胚；
将砖胚推入热处理窑进行热处理，获得低碳镁碳砖。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：压制成型中，采用1000T电动螺旋压砖机进行压制；热处理过程中，热处理窑内部温度为180℃-220℃，烘烤时间为12h。
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