CN114014638A - 一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法。所述有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括：包括以下步骤：S1、原料配比：(1).电熔镁砂85‑95份、鳞片状石墨1‑3份、结合剂3.5‑4份、含碳TN(总氮)1‑2份和金属铝粉1‑6份；(2).上述(1)的电熔镁砂的粒度为1‑3mm，鳞片状石墨的粒度为0.154‑0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度＜0.15mm，金属铝粉的粒度0.045mm。本发明提供的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能的优点。

Description

一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法。
背景技术
我国钒钛磁铁矿储量极其丰富，然而传统的高炉-转炉流程或回转窑-电炉流程，都只能回收钒钛磁铁矿中的绝大部分铁和大部分钒，而其中的钛资源无法实现回收利用，造成巨大的资源浪费和环境问题。相比传统的高炉-转炉流程，竖炉还原-电炉熔分流程能够得到含钒铁水和TiO2含量为40％～60％的富钛炉渣，对于实现铁、钒、钛资源的综合利用具有显著的优势。
但是，现有技术中，目前钢铁冶金行业常用的镁碳砖对炉渣和钢液都有一定的抗侵蚀能力，但钒钛磁铁矿熔分电炉产生的富钛炉渣对电炉工作衬的侵蚀更强，熔渣中的氧化物(如FeO等)被镁碳砖中的碳还原而造成镁碳砖发生脱碳，镁砂颗粒间失去结合力。
因此，有必要提供一种新的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括以下步骤：
S1、原料配比：
(1).电熔镁砂85-95份、鳞片状石墨1-3份、结合剂3.5-4份、含碳TN(总氮)1-2份和金属铝粉1-6份；
(2).上述(1)的电熔镁砂的粒度为1-3mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度＜0.15mm，金属铝粉的粒度0.045mm；
(3).上述(1)的电熔镁砂中氧化镁含量＞96.0％，鳞片状石墨中固定碳含量≥92％，灰分含量≤4％，挥发分含量≤4％，且灰分含量+挥发分含量≤6％；
(4).上述(1)中的结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为10000-14000cps/25℃，液态树脂的固含量在70-75％，液态树脂的固定碳在40-45％。
作为本发明的进一步方案，还包括S2、制作工序。
(1).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉；
(2).取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖。
作为本发明的进一步方案，所述S2中(4)的摩擦压砖机的压力为250MPa。
作为本发明的进一步方案，所述S2中(5)的热处理时间≥16小时，烘烤温度≥180℃，烘烤时间≥10小时。
与相关技术相比较，本发明提供的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法具有如下有益效果：
本发明通过将TN添加剂加入镁碳砖中，不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能。
具体实施方式
有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括以下步骤：
S1、原料配比：
(1).电熔镁砂85-95份、鳞片状石墨1-3份、结合剂3.5-4份、含碳TN(总氮)1-2份和金属铝粉1-6份；
(2).上述(1)的电熔镁砂的粒度为1-3mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度＜0.15mm，金属铝粉的粒度0.045mm；
(3).上述(1)的电熔镁砂中氧化镁含量＞96.0％，鳞片状石墨中固定碳含量≥92％，灰分含量≤4％，挥发分含量≤4％，且灰分含量+挥发分含量≤6％；
(4).上述(1)中的结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为10000-14000cps/25℃，液态树脂的固含量在70-75％，液态树脂的固定碳在40-45％。
还包括S2、制作工序。
(1).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉；
(2).取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖。
所述S2中(4)的摩擦压砖机的压力为250MPa。
所述S2中(5)的热处理时间≥16小时，烘烤温度≥180℃，烘烤时间≥10小时。
本发明提供的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法的原理如下：
第一步骤：已知TN的氧化产物TiO2在渣侵过程中与熔渣中成分发生反应生成了熔点高达1970℃的CaTiO3，当熔渣中高熔点矿物相多时,则炉渣的熔点高,粘度大，因此CaTO3的生成,提高了熔渣的粘度,减轻了熔渣的渗透深度，这是加入TN镁碳砖抗渣侵蚀性提高的原因之一；
第二步骤：并且在钢铁冶炼的过程中，在标准状态下，当温度超过1249℃时，会产生反应式，TiO2+3C→TiC+2CO，会生成TiC，因为将TiC和TN粉末按一定配比混合均匀，在N2气氛中，温度在1500℃时可完全形成Ti(C、N)固溶体，对于固溶反应：(1-x)TiC+xTN＝TiC1-xNx,在碳氮平衡条件下，N2分压和C/N比的简单关系为：RTIn{((1-x)/x)P1/2n2}＝-151545+80.71T,计算结果表明,温度降低或Pn2升高将有利于Ti(C,N)化合物中N比例的增加,而温度升高或Pn2减低将有利于Ti(C,N)化合物中C比例的增加，TN为非化学计量化合物,其组成范围为TN06-TN1.16,点4的TiN比为1.1.0.6大于1.0.6,据此推测TN颗粒表面发生氧化,生成了TiO2和氮气,TiO2与C反应生成TiC,而后TiC和TN反应生成了Ti(C,N)固溶体,即存在Ti(C,N)固溶体，Ti(C,N)固溶体具有高熔点、高硬度、化学稳定性好等特点，这是TN加入镁碳砖中提高其抗渣性的另一个原因，而TN本身就具有不被钢水润湿和耐侵蚀性好等优点,是极有发展前途的非氧化物材料，因此作为添加剂加入镁碳砖中，不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能。
实施例1：
一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括以下步骤：
(1).电熔镁砂95份、鳞片状石墨3份、结合剂4份、含碳TN(总氮)2份和金属铝粉6份，电熔镁砂的粒度为3mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度0.10mm，金属铝粉的粒度0.045mm，电熔镁砂中氧化镁含量99％，鳞片状石墨中固定碳含量99％，灰分含量3％，挥发分含量2％，且灰分含量+挥发分含量≤5％，结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为14000cps/25℃左右，液态树脂的固含量在75％左右，液态树脂的固定碳在45％左右；
(2).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉，取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎，摩擦压砖机的压力为250MPa；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖，热处理时间24小时，烘烤温度400℃，烘烤时间24小时。
已知TN的氧化产物TiO2在渣侵过程中与熔渣中成分发生反应生成了熔点高达1970℃的CaTiO3，当熔渣中高熔点矿物相多时,则炉渣的熔点高,粘度大，因此CaTO3的生成,提高了熔渣的粘度,减轻了熔渣的渗透深度，这是加入TN镁碳砖抗渣侵蚀性提高的原因之一，当温度超过1249℃时，会产生反应式，TiO2+3C→TiC+2CO，会生成TiC，因为将TiC和TN粉末按一定配比混合均匀，在N2气氛中，温度在1500℃时可完全形成Ti(C、N)固溶体，对于固溶反应：(1-x)TiC+xTN＝TiC1-xNx,在碳氮平衡条件下，N2分压和C/N比的简单关系为：RTIn{((1-x)/x)P1/2 n2}＝-151545+80.71T,计算结果表明,温度降低或Pn2升高将有利于Ti(C,N)化合物中N比例的增加,而温度升高或Pn2减低将有利于Ti(C,N)化合物中C比例的增加，TN为非化学计量化合物,其组成范围为TN06-TN1.16,点4的TiN比为1.1.0.6大于1.0.6,据此推测TN颗粒表面发生氧化,生成了TiO2和氮气,TiO2与C反应生成TiC,而后TiC和TN反应生成了Ti(C,N)固溶体,即存在Ti(C,N)固溶体，Ti(C,N)固溶体具有高熔点、高硬度、化学稳定性好等特点，这是TN加入镁碳砖中提高其抗渣性的另一个原因，而TN本身就具有不被钢水润湿和耐侵蚀性好等优点,是极有发展前途的非氧化物材料，因此作为添加剂加入镁碳砖中，不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能。
实施例2：
一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括以下步骤：
(1).电熔镁砂90份、鳞片状石墨2份、结合剂3.7份、含碳TN(总氮)1.5份和金属铝粉3份，电熔镁砂的粒度为2mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度0.02mm，金属铝粉的粒度0.045mm，电熔镁砂中氧化镁含量98.0％，鳞片状石墨中固定碳含量98％，灰分含量≤2.5％，挥发分含量≤2.5％，且灰分含量+挥发分含量≤5％，结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为12000cps/25℃左右，液态树脂的固含量在73％左右，液态树脂的固定碳在43％左右；
(2).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉，取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎，摩擦压砖机的压力为250MPa；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖，热处理时间20小时，烘烤温度500℃，烘烤时间20小时。
已知TN的氧化产物TiO2在渣侵过程中与熔渣中成分发生反应生成了熔点高达1970℃的CaTiO3，当熔渣中高熔点矿物相多时,则炉渣的熔点高,粘度大，因此CaTO3的生成,提高了熔渣的粘度,减轻了熔渣的渗透深度，这是加入TN镁碳砖抗渣侵蚀性提高的原因之一，当温度超过1249℃时，会产生反应式，TiO2+3C→TiC+2CO，会生成TiC，因为将TiC和TN粉末按一定配比混合均匀，在N2气氛中，温度在1500℃时可完全形成Ti(C、N)固溶体，对于固溶反应：(1-x)TiC+xTN＝TiC1-xNx,在碳氮平衡条件下，N2分压和C/N比的简单关系为：RTIn{((1-x)/x)P1/2 n2}＝-151545+80.71T,计算结果表明,温度降低或Pn2升高将有利于Ti(C,N)化合物中N比例的增加,而温度升高或Pn2减低将有利于Ti(C,N)化合物中C比例的增加，TN为非化学计量化合物,其组成范围为TN06-TN1.16,点4的TiN比为1.1.0.6大于1.0.6,据此推测TN颗粒表面发生氧化,生成了TiO2和氮气,TiO2与C反应生成TiC,而后TiC和TN反应生成了Ti(C,N)固溶体,即存在Ti(C,N)固溶体，Ti(C,N)固溶体具有高熔点、高硬度、化学稳定性好等特点，这是TN加入镁碳砖中提高其抗渣性的另一个原因，而TN本身就具有不被钢水润湿和耐侵蚀性好等优点,是极有发展前途的非氧化物材料，因此作为添加剂加入镁碳砖中，不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能。
实施例3：
一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法包括以下步骤：
(1).电熔镁砂85份、鳞片状石墨1份、结合剂3.5份、含碳TN(总氮)1份和金属铝粉1.5份，电熔镁砂的粒度为1.5mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度0.03mm，金属铝粉的粒度0.045mm，电熔镁砂中氧化镁含量97.0％，鳞片状石墨中固定碳含量97％，灰分含量3％，挥发分含量3％，且灰分含量+挥发分含量≤6％，结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为10000cps/25°左右C，液态树脂的固含量在70％左右，液态树脂的固定碳在40％左右；
(2).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉，取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎，摩擦压砖机的压力为250MPa；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖，热处理时间18小时，烘烤温度600℃，烘烤时间16小时。
已知TN的氧化产物TiO2在渣侵过程中与熔渣中成分发生反应生成了熔点高达1970℃的CaTiO3，当熔渣中高熔点矿物相多时,则炉渣的熔点高,粘度大，因此CaTO3的生成,提高了熔渣的粘度,减轻了熔渣的渗透深度，这是加入TN镁碳砖抗渣侵蚀性提高的原因之一，当温度超过1249℃时，会产生反应式，TiO2+3C→TiC+2CO，会生成TiC，因为将TiC和TN粉末按一定配比混合均匀，在N2气氛中，温度在1500℃时可完全形成Ti(C、N)固溶体，对于固溶反应：(1-x)TiC+xTN＝TiC1-xNx,在碳氮平衡条件下，N2分压和C/N比的简单关系为：RTIn{((1-x)/x)P1/2 n2}＝-151545+80.71T,计算结果表明,温度降低或Pn2升高将有利于Ti(C,N)化合物中N比例的增加,而温度升高或Pn2减低将有利于Ti(C,N)化合物中C比例的增加，TN为非化学计量化合物,其组成范围为TN06-TN1.16,点4的TiN比为1.1.0.6大于1.0.6,据此推测TN颗粒表面发生氧化,生成了TiO2和氮气,TiO2与C反应生成TiC,而后TiC和TN反应生成了Ti(C,N)固溶体,即存在Ti(C,N)固溶体，Ti(C,N)固溶体具有高熔点、高硬度、化学稳定性好等特点，这是TN加入镁碳砖中提高其抗渣性的另一个原因，而TN本身就具有不被钢水润湿和耐侵蚀性好等优点,是极有发展前途的非氧化物材料，因此作为添加剂加入镁碳砖中，不仅能够提高镁碳砖的抗氧化性能,而且能够明显提高镁碳砖的抗渣侵蚀性能。

Claims (4)

1.一种有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料配比：
(1).电熔镁砂85-95份、鳞片状石墨1-3份、结合剂3.5-4份、含碳TN(总氮)1-2份和金属铝粉1-6份；
(2).上述(1)的电熔镁砂的粒度为1-3mm，鳞片状石墨的粒度为0.154-0.200mm，含碳TN(总氮)的粒度＜0.15mm，金属铝粉的粒度0.045mm；
(3).上述(1)的电熔镁砂中氧化镁含量＞96.0％，鳞片状石墨中固定碳含量≥92％，灰分含量≤4％，挥发分含量≤4％，且灰分含量+挥发分含量≤6％；
(4).上述(1)中的结合剂为液体树脂，液体树脂的粘度为10000-14000cps/25℃，液态树脂的固含量在70-75％，液态树脂的固定碳在40-45％。
2.根据权利要求1所述的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法，其特征在于：还包括S2、制作工序。
(1).分别按比列称取电熔镁砂、鳞片状石墨、结合剂、TN、金属铝粉；
(2).取出部分电熔镁砂与TN和金属铝粉混合，振动研磨后，获得共磨粉；
(3).采用高速恒温混练工艺进行混练，将剩余的电熔镁砂干混，干混后，依次加入结合剂、鳞片状石墨和共磨粉，混料后获得混合料；
(4).将上述(3)中得到的混合料通过400t的摩擦压砖机压制成型，获得胚胎；
(5).将上述(4)中得到的胚胎进行热处理，热处理之后得到高强耐侵蚀的镁碳砖。
3.根据权利要求2所述的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法，其特征在于：所述S2中(4)的摩擦压砖机的压力为250MPa。
4.根据权利要求1所述的有效抵抗富钛熔渣强烈侵蚀的镁碳砖制备方法，其特征在于：所述S2中(5)的热处理时间≥16小时，烘烤温度≥180℃，烘烤时间≥10小时。
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