CN115819074B - 一种用于镁碳耐火材料的异质结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及无机非金属材料领域，尤其涉及一种用于镁碳耐火材料的异质结构材料及其制备方法；所述异质结构包覆在所述镁碳耐火材料的烘烤面，所述异质结构的原料包括固态原料，所述固态原料包括高铁镁砂骨料和复合基质；所述复合基质包括高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金；通过引入高铁镁砂骨料和复合基质，并控制高铁镁砂骨料和复合基质在异质结构的原料中的质量占比，再限定复合基质由高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金组成，使得异质结构较镁碳耐火材料的脱碳层具有较低的显气孔率、较高的使用强度和结合强度，因此该异质结构能够取代镁碳耐火材料的脱碳层，避免镁碳耐火材料形成镁质脱碳层，延长镁碳耐火材料的寿命。
Description
技术领域
本申请涉及无机非金属材料领域，尤其涉及一种用于镁碳耐火材料的异质结构材料及其制备方法。
背景技术
镁碳耐火材料是一种兼有石墨和镁砂优良特性的碳嵌合耐火材料，无需高温烧成，广泛应用于电炉、转炉及钢包渣线等冶金设备关键部位。然而为确保炼钢炉及冶炼工艺高效运行，镁碳耐火材料在浇注铁水、冶炼钢水前会经历高达1200℃及以上温度的烘烤，极容易造成耐火材料端部的工作面形成疏松多孔且强度低的镁质脱碳层，而形成的钙质脱碳层的显气孔率一般大于22％，且厚度一般大于10mm，会明显降低镁碳耐火材料的服役寿命。
因此如何提供一种异质结构材料，以避免镁碳耐火材料形成镁质脱碳层，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种用于镁碳耐火材料的异质结构及其制备方法，以解决现有技术中镁碳耐火材料易形成镁质脱碳层而降低镁碳耐火材料的服役寿命。
第一方面，本申请提供了一种用于镁碳耐火材料的异质结构，所述异质结构包覆在所述镁碳耐火材料的烘烤面，所述异质结构的原料包括固态原料，以质量分数计，所述固态原料包括高铁镁砂骨料：70％～75％和复合基质：25％～30％；
其中，所述复合基质包括高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金。
可选的，以质量分数计，所述复合基质包括高铁镁砂基料：10％～20％，二氧化硅：5％～10％，铝硅合金：2％～5％和白炭黑：0.5％～1％。
可选的，所述复合基质满足：
M/(Q+L)＞2，
其中，M为所述高铁镁砂基料的重量，Q为所述白炭黑的重量，L为所述二氧化硅的重量。
可选的，所述高铁镁砂基料的粒径满足30μm<D50<70μm；和/或，
所述二氧化硅的粒径满足0.4μm<D50<1μm；和/或，
所述铝硅合金的粒径满足30μm<D50<50μm；和/或，
所述白炭黑的粒径满足20nm<D50<100nm。
可选的，以质量分数计，所述高铁镁砂骨料和所述高铁镁砂基料都包括：MgO：90％～94％，Fe2O3：4％～6％，其余为CaO和SiO2；
其中，所述CaO和SiO2满足：
[CaO]/[SiO2]＞2，
式中，[CaO]为所述CaO的质量分数，[SiO2]为所述SiO2的质量分数。
可选的，以质量分数计，所述高铁镁砂骨料包括第一高铁镁砂颗粒：15％～20％，第二高铁镁砂颗粒：35％～40％和第三高铁镁砂颗粒：10％～20％，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第二高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第三高铁镁砂颗粒的粒径。
可选的，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径为1mm～2mm；和/或，
所述第二高铁镁砂颗粒的粒径为0.5mm～1mm；和/或，
所述第三高铁镁砂颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。
可选的，所述异质结构的原料还包括液态结合剂，所述液态结合剂和所述固态原料的质量之比为2.5％～4％。
第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的异质结构的方法，所述方法包括：
对所述高铁镁砂骨料进行第一混炼，后加入液态结合剂进行第二混炼，得到异质结构的骨料；
对所述高铁镁砂基料、所述白炭黑、所述二氧化硅和所述铝硅合金进行第三混炼，得到异质结构的复合基质；
对所述骨料、所述复合基质和所述液态结合剂进行第四混炼，后进行陈化，得到异质结构的原料；
在镁碳耐火材料的烘烤面上铺撒所述异质结构的原料，后进行压制和热处理，得到异质结构。
可选的，所述第一混炼的温度为30℃～40℃，所述第一混炼的时间为3min～5min；和/或，
所述第二混炼的温度为30℃～40℃，所述第二混炼的时间为5min～10min；和/或，
所述第三混炼的温度为30℃～40℃，所述第三混炼的时间为10min～12min；和/或，
所述第四混炼的温度为30℃～40℃，所述第四混炼的时间为10min～15min。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的一种用于镁碳耐火材料的异质结构，通过引入高铁镁砂骨料和复合基质，并控制高铁镁砂骨料和复合基质在异质结构的原料中的质量占比，再限定复合基质由高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金组成，利用铝硅合金的液-固烧结原理及铝原子和硅原子的梯度反应活性，促使异质结构在镁碳耐火材料烘烤阶段中复合基质的重排、传质和反应烧结，从而降低镁碳耐火材料烘烤面的异质结构的显气孔率，同时通过白炭黑和二氧化硅的搭配，促使其在终点能够形成镁橄榄石高温相，提高异质结构的耐热性，再通过引入高铁镁砂骨料和高铁镁砂基料，由于铁元素一般以Fe2+和Fe3+形态存在于高铁镁砂中氧化镁晶格，并且铁元素还能活化氧化镁晶格质点可动性的效应，从而能利用这一效应，在强化高铁镁砂自身反应传质驱动力的同时还能提高白炭黑和二氧化硅中硅元素接触时的反应烧结驱动力，使得异质结构能够稳定的嵌合在镁碳耐火材料的烘烤面，进而在提高异质结构的使用强度的同时还能提高异质结构的结合强度，由于形成的异质结构较镁碳耐火材料的脱碳层具有较低的显气孔率、较高的使用强度和结合强度，因此该异质结构能够有效的取代镁碳耐火材料的脱碳层，避免镁碳耐火材料在烘烤过程中形成镁质脱碳层，并延长镁碳耐火材料的寿命。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的镁碳耐火材料烘烤面的截面为三角形的异质结构示意图；
图3为本申请实施例提供的镁碳耐火材料烘烤面的截面为梯形的异质结构示意图；
图4为本申请实施例提供的镁碳耐火材料烘烤面的截面为方形的异质结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请的创造性思维为：
目前形成的镁质脱碳层会降低镁碳耐火材料的服役寿命，主要体现在两个方面，一方面是由于脱碳层气孔率高，在炼钢炉冶炼钢水过程中气孔提供了液态介质(钢水和熔渣)物理渗透、化学反应侵蚀的路径，加速了镁砂形成低熔点化合物的反应，致使镁碳耐火材料表层结构发生质变；另一方面是由于脱碳层的强度低，在在液态介质(钢水和熔渣)机械冲刷作用下脱碳层会逐层剥落，降低镁碳耐火材料的使用强度，提前造成镁碳耐火材料应力损毁，因此如何提供一种异质结构，对镁碳耐火材料的烘烤面进行保护，从而避免其形成脱碳层，进而能提高镁碳耐火材料的服役寿命。
本申请实施例提供一种用于镁碳耐火材料的异质结构，所述异质结构包覆在所述镁碳耐火材料的烘烤面，所述异质结构的原料包括固态原料，以质量分数计，所述固态原料包括高铁镁砂骨料：70％～75％和复合基质：25％～30％；
其中，所述复合基质包括高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金。
本申请实施例中，控制高铁镁砂骨料的质量分数为70％～75％的积极效果是在该质量分数的范围内，能充当异质结构的骨架，不仅能附着复合基质，提高异质结构的耐热性，还能利用和镁碳耐火材料相同组成原料的高铁镁砂，使得异质结构能够贴合镁碳耐火材料的烘烤面，提高异质结构和镁碳耐火材料的结合强度。
控制复合基质的质量分数为25％～30％的积极效果是在该质量分数的范围内，复合基质能完全附着在高铁镁砂骨料上，保证复合基质中的高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金之间的相互作用，使得形成的异质结构较脱碳层具有较低的显气孔率、较高的使用强度和结合强度。
在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述复合基质包括高铁镁砂基料：10％～20％，二氧化硅：5％～10％，铝硅合金：2％～5％和白炭黑：0.5％～1％。
本申请实施例中，在复合基质中控制高铁镁砂基料的质量分数为10％～20％的积极效果是在该质量分数的范围内，能保证高铁镁砂基料中铁元素对活化氧化镁晶格质点可动性的效应，从而强化高铁镁砂自身反应的传质驱动力及与白炭黑和二氧化硅中的硅接触时的反应烧结驱动力，提高异质结构和镁碳耐火材料的结合强度。
控制二氧化硅的质量分数为5％～10％的积极效果是在该质量分数范围内，能保证二氧化硅和白炭黑在镁碳耐火材料的终点烘烤温度能够形成镁橄榄石高温相，从而使得异质结构能够耐受住高温的液态介质的冲刷，提高异质结构的使用强度。
控制铝硅合金的质量分数为2％～5％的积极效果是在该质量分数范围内，由于铝硅合金液的液相初始温度为577℃，其全熔温度为1100℃，利用其液-固烧结原理及铝原子和硅原子的梯度反应活性，促进异质结构材料在577℃～1200℃烘烤过程中基质粉体的重排、传质和反应烧结，避免镁碳耐火材料的烘烤面形成脱碳层，从而提高镁碳耐火材料的服役寿命。
控制白炭黑的质量分数为0.5％～1％的积极效果是在该质量分数的范围内，能使得二氧化硅和白炭黑在镁碳耐火材料的终点烘烤温度能够形成镁橄榄石高温相，从而使得异质结构能够耐受住高温的液态介质的冲刷，提高异质结构的使用强度。
高铁镁砂基料和高铁镁砂骨料之间的区别在于粒径的不同，其中，高铁镁砂骨料的粒径一般在毫米级，而高铁镁砂基料的粒径一般在微米级别，利用两者不同的粒径级别，可以使得骨料的反应和基料的反应在受热后的传质驱动力和反应烧结驱动力不同，从而形成均匀的异质结构。
在一些可选的实施方式中，所述复合基质满足：
M/(Q+L)＞2，
其中，M为所述高铁镁砂基料的重量，Q为所述白炭黑的重量，L为所述二氧化硅的重量。
本申请实施例中，控制高铁镁砂基料、白炭黑和二氧化硅的重量之间的比例关系，由于铁元素以Fe2+和Fe3+形态存在于高铁镁砂中氧化镁晶格，利用铁元素活化氧化镁晶格质点可动性的效应，强化高铁镁砂自身反应的传质驱动力及与白炭黑和硅接触时的反应烧结驱动力，从而能协同铝硅合金粉的液固烧结效应、白炭黑粉和二氧化硅粉的纳米尺寸效应及铁元素活化氧化镁晶格效应，使得最终异质结构具有比脱碳层较低的显气孔率、更高的结合强度和更优的抗钢水和熔渣的侵蚀性能及抗冲刷性能。
在一些可选的实施方式中，所述高铁镁砂基料的粒径满足30μm<D50<70μm；和/或，
所述二氧化硅的粒径满足0.4μm<D50<1μm；和/或，
所述铝硅合金的粒径满足30μm<D50<50μm；和/或，
所述白炭黑的粒径满足20nm<D50<100nm，其中，所述二氧化硅满足w(SiO2)>96％，所述铝硅合金满足20μm≤w(Si)≤60μm，所述白炭黑满足w(SiO2)>98.5％。
本申请实施例中，控制高铁镁砂基料、二氧化硅、铝硅合金和白炭黑的粒径的积极效果是控制白炭黑在纳米尺寸范围内，以及控制高铁镁砂基料和二氧化硅在亚纳米范围内，利用纳米尺寸效应提高二氧化硅粉和白炭黑与镁砂反应的驱动力和传质速率，促进二者在镁碳耐火材料的终点烘烤温度(约1200℃)阶段生成更高含量的镁橄榄石高温相，提高异质结构的耐热性。
在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述高铁镁砂骨料和所述高铁镁砂基料都包括：MgO：90％～94％，Fe2O3：4％～6％，其余为CaO和SiO2；
其中，所述CaO和SiO2满足：
[CaO]/[SiO2]＞2，
式中，[CaO]为所述CaO的质量分数，[SiO2]为所述SiO2的质量分数；
所述高铁镁砂骨料和所述高铁镁砂基料的体积密度都＞3.25g/cm3。
本申请实施例，控制高铁镁砂骨料和高铁镁砂基料中的成分关系，控制氧化镁的含量和氧化铁的含量，从而使得氧化铁中的铁元素能够活化氧化镁晶格质点可动性的效应，再控制氧化钙和氧化硅之间的质量之比大于2，能避免硅元素干扰铁元素对氧化镁晶格质点可动性的效应，保证铁元素能够活化氧化镁晶格质点可动性的效应。
在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述高铁镁砂骨料包括第一高铁镁砂颗粒：15％～20％，第二高铁镁砂颗粒：35％～40％和第三高铁镁砂颗粒：10％～20％，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第二高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第三高铁镁砂颗粒的粒径。
本申请实施例中，控制不同颗粒粒径的高铁镁砂颗粒的含量情况，促使高铁镁砂骨料的粒径分布均匀，提高最终形成的异质结构的强度，并且使得异质结构能够同镁碳耐火材料的烘烤面结合牢固，提高其耐高温液态介质的冲刷性能和侵蚀性能。
在一些可选的实施方式中，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径为1mm～2mm；和/或，
所述第二高铁镁砂颗粒的粒径为0.5mm～1mm；和/或，
所述第三高铁镁砂颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。
本申请实施例中，控制高铁镁砂骨料的粒径分布情况，能使得高铁镁砂骨料的粒径集中在0.5mm～1mm这一范围内，不仅能方便异质结构的成型，还能保证高铁镁砂骨料和复合基质之间的反应充分，提高最终异质结构的强度。
在一些可选的实施方式中，所述异质结构的原料还包括液态结合剂，所述液态结合剂和所述固态原料的质量之比为2.5％～4％。
本申请实施例中，通过在异质结构的原料中引入液态结合剂，再控制液态结合剂和固态原料之间的占比，通过液态结合剂的引入，不仅能提高不同粒径之间的高铁镁砂骨料的结合强度，还能使得复合基质和高铁镁砂骨料之间的结合强度，从而提高异质结构的强度，使得异质结构能够同镁碳耐火材料的烘烤面结合牢固，提高其耐高温液态介质的冲刷性能和侵蚀性能。
在一些可选的实施方式中，所述液态结合剂包括热固性酚醛树脂和/或热塑性酚醛树脂，其中，所述热固性酚醛树脂的参数为：基于所述热固性酚醛树脂的总重量，残碳量>42重量％，游离酚<12重量％。
本申请实施例中，控制液态结合剂的种类，能保证大部分的粘结剂能够用于复合基质和高铁镁砂骨料的结合过程中。
在一些可选的实施方式中，所述液态结合剂可以是热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂混合，再与乌洛托品按照体积比10：1质量比混合后的液态结合剂。
如图1所示，基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种用于镁碳耐火材料的异质结构的制备方法，所述方法包括：
S1.对所述高铁镁砂骨料进行第一混炼，后加入液态结合剂进行第二混炼，得到异质结构的骨料；
S2.对所述高铁镁砂基料、所述白炭黑、所述二氧化硅和所述铝硅合金进行第三混炼，得到异质结构的复合基质；
S3.对所述骨料、所述复合基质和所述液态结合剂进行第四混炼，后进行陈化，得到异质结构的原料；
S4.在镁碳耐火材料的烘烤面上铺撒所述异质结构的原料，后进行压制和热处理，得到异质结构；
其中，所述陈化的温度为30℃～35℃，所述陈化的湿度为40％～50％，所述陈化的时间为12h～24h；
所述压制的压力为100MPa～300MPa；
所述热处理的终点温度为180℃～200℃，所述热处理的保温时间为24h～36h。
该方法是针对上述异质结构的制备方法，该异质结构的具体组成可参照上述实施例，由于该制备方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本申请实施例中，通过先混炼高铁镁砂骨料，能方便后续的复合基质附着在骨料上，再混炼复合基质，使得复合基质均匀分布在高铁镁砂骨料上，从而提高异质结构的强度，提高其耐高温液态介质的冲刷性能和侵蚀性能。
在一些可选的实施方式中，所述第一混炼的温度为30℃～40℃，所述第一混炼的时间为3min～5min；和/或，
所述第二混炼的温度为30℃～40℃，所述第二混炼的时间为5min～10min；和/或，
所述第三混炼的温度为30℃～40℃，所述第三混炼的时间为10min～12min；和/或，
所述第四混炼的温度为30℃～40℃，所述第四混炼的时间为10min～15min。
本申请实施例中，控制四个混炼操作的具体温度和时间，保证不同粒径的高铁镁砂骨料之间混合以及粘合完全，保证高铁镁砂骨料所形成的异质结构骨架的稳定和强度，同时还能保证复合基质中的高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金混合充分，且保证炼制出的异质结构的结合强度和使用性能。
在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：
如图2到图4所示，对镁碳耐火材料的原料置于模具中进行机压成型，以使镁碳耐火材料形成横截面为三角形、梯形或方形的烘烤面，得到镁碳耐火材料。
本申请实施例中，控制镁碳耐火材料制备方式，从而能制备得到三角形、梯形或方形的烘烤面，方便异质结构和镁碳耐火材料的结合，提高异质结构的结合强度，提高其耐高温液态介质的冲刷性能和侵蚀性能。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
一种用于镁碳耐火材料的异质结构，包覆在镁碳耐火材料的烘烤面，异质结构的原料包括固态原料，以质量分数计，固态原料包括第一高铁镁砂颗粒：15％，第二高铁镁砂颗粒：40％，第三高铁镁砂颗粒：15％，高铁镁砂基料：18％，二氧化硅：6％，铝硅合金：5％和白炭黑：1％。
高铁镁砂基料的粒径满足D50＝60μm；
二氧化硅的粒径满足0.4μm<D50<1μm；
铝硅合金的粒径满足D50＝40μm；
白炭黑的粒径满足D50＝50nm。
第一高铁镁砂颗粒的粒径为1mm～2mm；
第二高铁镁砂颗粒的粒径为0.5mm～1mm；
第三高铁镁砂颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。
异质结构的原料还包括液态结合剂，液态结合剂和固态原料的质量之比为3％。
液态结合剂为热固性酚醛树脂，热固性酚醛树脂满足：残碳量为50％，游离酚为11％。
一种用于镁碳耐火材料的异质结构的制备方法，包括：
S1.对高铁镁砂骨料进行第一混炼，后加入液态结合剂进行第二混炼，得到异质结构的骨料；
S2.对高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金进行第三混炼，得到异质结构的复合基质；
S3.对骨料、复合基质和液态结合剂进行第四混炼，后进行陈化，得到异质结构的原料；
S4.在镁碳耐火材料的烘烤面上铺撒异质结构的原料，后进行压制和热处理，得到异质结构；
其中，陈化的温度为30℃，陈化的湿度为40％，陈化的时间为12h；
压制的压力为100MPa；
热处理的终点温度为180℃，热处理的保温时间为24h。
第一混炼的温度为30℃，第一混炼的时间为5min；
第二混炼的温度为30℃，第二混炼的时间为10min；
第三混炼的温度为30℃，第三混炼的时间为10min；
第四混炼的温度为30℃，第四混炼的时间为15min。
实施例2
将实施例2和实施例1进行对比，实施例2和实施例1的区别在于：
以质量分数计，固态原料包括第一高铁镁砂颗粒：15％，第二高铁镁砂颗粒：35％，第三高铁镁砂颗粒：20％，高铁镁砂基料：18％，二氧化硅：7％，铝硅合金：4％和白炭黑：1％。
高铁镁砂基料的粒径满足D50＝40μm；
铝硅合金的粒径满足D50＝45μm；
白炭黑的粒径满足D50＝50nm。
异质结构的原料还包括液态结合剂，液态结合剂和固态原料的质量之比为3％。
液态结合剂为热固性酚醛树脂，热固性酚醛树脂满足：残碳量为45％，游离酚为10％。
陈化的温度为30℃，陈化的湿度为40％，陈化的时间为12h；
压制的压力为100MPa；
热处理的终点温度为180℃，热处理的保温时间为24h。
第一混炼的温度为35℃，第一混炼的时间为5min；
第二混炼的温度为35℃，第二混炼的时间为10min；
第三混炼的温度为35℃，第三混炼的时间为10min；
第四混炼的温度为35℃，第四混炼的时间为15min。
实施例3
将实施例3和实施例1进行对比，实施例3和实施例1的区别在于：
以质量分数计，固态原料包括第一高铁镁砂颗粒：20％，第二高铁镁砂颗粒：35％，第三高铁镁砂颗粒：15％，高铁镁砂基料：16.5％，二氧化硅：7.5％，铝硅合金：4.5％和白炭黑：0.5％。
高铁镁砂基料的粒径满足D50＝44μm；
铝硅合金的粒径满足D50＝50μm；
白炭黑的粒径满足D50＝55nm。
异质结构的原料还包括液态结合剂，液态结合剂和固态原料的质量之比为3.5％。
液态结合剂为热固性酚醛树脂，热固性酚醛树脂满足：残碳量为48％，游离酚为8％。
陈化的温度为30℃，陈化的湿度为45％，陈化的时间为12h；
压制的压力为120MPa；
热处理的终点温度为200℃，热处理的保温时间为24h。
第一混炼的温度为40℃，第一混炼的时间为3min；
第二混炼的温度为40℃，第二混炼的时间为5min；
第三混炼的温度为40℃，第三混炼的时间为12min；
第四混炼的温度为40℃，第四混炼的时间为10min。
对比例1
将对比例1和实施例1进行对比，对比例1和实施例1的区别在于：
不采用异质结构，直接使用镁碳耐火材料。
相关实验及效果数据：
将所得的材料在1200℃条件下经过0.5h的空气作用后，按照耐火材料行业标准测定各实施例和对比例所得的材料的体积密度、显气孔率、耐压强度、抗折强度和服役时限的对比，结果如表1所示。
表1
表1的具体分析：
体积密度是指制备得到的材料的整体重量和体积的比值，体积密度越大说明材料在单位体积内结合的越紧密。
显气孔率是指制备得到的材料的所有开口气孔的体积与其总体积之比值，显气孔率越低说明材料在单位体积内结合的越紧密
耐压强度是指制备得到的材料在一定温度下，单位面积上所能承受的极限载荷，耐压强度越高，说明材料在单位体积内结合的强度越高。
抗折强度是指制备得到的材料在单位面积承受弯矩时的极限折断应力，抗折强度越高，说明材料在单位体积内结合的强度越高
服役时限是指制备得到的材料在设定环境中能够正常使用的次数限制，服役时限越长，说明材料的使用性能越高。
由实施例1-3的数据可知：
采用本申请的异质结构，通过引入高铁镁砂骨料和复合基质，并控制高铁镁砂骨料和复合基质在异质结构的原料中的质量占比，再限定复合基质由高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金组成，使得异质结构较镁碳耐火材料的脱碳层具有较低的显气孔率、较高的使用强度和结合强度，因此该异质结构能够有效的取代镁碳耐火材料的脱碳层，避免镁碳耐火材料形成镁质脱碳层，并延长镁碳耐火材料的寿命。
由对比例1-3的数据可知：
若不采用本申请的异质结构或者本申请的制备工艺条件，所得的材料的各项性能都有衰减。
本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本申请实施例提供的异质结构，通过引入高铁镁砂骨料和复合基质，并控制高铁镁砂骨料和复合基质在异质结构的原料中的质量占比，再限定复合基质由高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金组成，使得异质结构较镁碳耐火材料的脱碳层具有较低的显气孔率、较高的使用强度和结合强度，因此该异质结构能够有效的取代镁碳耐火材料的脱碳层，避免镁碳耐火材料在烘烤过程中形成镁质脱碳层，并延长镁碳耐火材料的寿命。
(2)本申请实施例提供的异质结构，具有较镁质脱碳层在炼钢炉烘烤阶段更低的显气孔率、更高的结合强度、更优的抗钢水和熔渣侵蚀性能及抗冲刷性能，综合寿命提升50炉次及以上。
(3)本申请实施例提供的制备方法，仅需四次混炼再进行压制和热处理就能实现异质结构的成型，操作简便。
(4)本申请实施例提供的制备方法，还通过设计的镁碳耐火材料的烘烤面的横截面形状(三角形、梯形或方形)，能进一步加强异质结构和镁碳耐火材料的结合强度，进一步提高镁碳耐火材料的服役寿命。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种用于镁碳耐火材料的异质结构，其特征在于，所述异质结构包覆在所述镁碳耐火材料的烘烤面，所述异质结构的原料包括固态原料，以质量分数计，所述固态原料包括高铁镁砂骨料：70％～75％和复合基质：25％～30％；
其中，所述复合基质包括高铁镁砂基料、白炭黑、二氧化硅和铝硅合金；
以质量分数计，所述复合基质包括高铁镁砂基料：10％～20％，二氧化硅：5％～10％，铝硅合金：2％～5％和白炭黑：0.5％～1％；
所述复合基质满足：
M/(Q+L)＞2，
其中，M为所述高铁镁砂基料的重量，Q为所述白炭黑的重量，L为所述二氧化硅的重量；
所述高铁镁砂基料的粒径满足30μm<D50<70μm；
所述二氧化硅的粒径满足0.4μm<D50<1μm；
所述铝硅合金的粒径满足30μm<D50<50μm；
所述白炭黑的粒径满足20nm<D50<100nm；
以质量分数计，所述高铁镁砂骨料和所述高铁镁砂基料都包括：MgO：90％～94％，Fe2O3：4％～6％，其余为CaO和SiO2；
其中，所述CaO和SiO2满足：
[CaO]/[SiO2]＞2，
式中，[CaO]为所述CaO的质量分数，[SiO2]为所述SiO2的质量分数。
2.根据权利要求1所述的异质结构，其特征在于，以质量分数计，所述高铁镁砂骨料包括第一高铁镁砂颗粒：15％～20％，第二高铁镁砂颗粒：35％～40％和第三高铁镁砂颗粒：10％～20％，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第二高铁镁砂颗粒的粒径＞所述第三高铁镁砂颗粒的粒径。
3.根据权利要求2所述的异质结构，其特征在于，所述第一高铁镁砂颗粒的粒径为1mm～2mm；
所述第二高铁镁砂颗粒的粒径为0.5mm～1mm；
所述第三高铁镁砂颗粒的粒径为0.2mm～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的异质结构，其特征在于，所述异质结构的原料还包括液态结合剂，所述液态结合剂和所述固态原料的质量之比为2.5％～4％。
5.一种制备如权利要求1-4任一项所述的异质结构的方法，其特征在于，所述方法包括：
对所述高铁镁砂骨料进行第一混炼，后加入液态结合剂进行第二混炼，得到异质结构的骨料；
对所述高铁镁砂基料、所述白炭黑、所述二氧化硅和所述铝硅合金进行第三混炼，得到异质结构的复合基质；
对所述骨料、所述复合基质和液态结合剂进行第四混炼，后进行陈化，得到异质结构的原料；
在镁碳耐火材料的烘烤面上铺撒所述异质结构的原料，后进行压制和热处理，得到异质结构；
所述第一混炼的温度为30℃～40℃，所述第一混炼的时间为3min～5min；
所述第二混炼的温度为30℃～40℃，所述第二混炼的时间为5min～10min；
所述第三混炼的温度为30℃～40℃，所述第三混炼的时间为10min～12min；
所述第四混炼的温度为30℃～40℃，所述第四混炼的时间为10min～15min。
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| GR01 | Patent grant | ||
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