CN117756540A - 一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于耐火材料工艺领域，具体涉及一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用。具体为所述稀土抗氧化剂以质量分数计为含碳耐火材料质量的1～3％，其中稀土元素以质量分数计大于等于含碳耐火材料质量的1％，所述稀土抗氧化剂由稀土金属粉或稀土金属粉和金属铝粉混合组成。由本发明提供的稀土抗氧化剂能够有效抑制含碳耐火材料中氧化脱碳层的形成，可以提高含碳耐火材料的抗氧化性，降低含碳耐火材料的氧化速度。同时可显著提高含碳耐火材料的使用寿命和高温性能，具有较高的推广价值和潜在的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料工艺领域，具体涉及一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用。
背景技术
含碳耐火材料被广泛应用于转炉、电炉、钢包以及精炼炉等炼钢设备的关键部位。这些耐火材料中引入的石墨不仅可以提高制品的抗热震性，还可以改善耐火材料的抗剥落性以及抗熔渣侵蚀性等。常见的含碳耐火材料主要有镁碳耐火材料、铝碳耐火材料、铝锆碳耐火材料和镁钙碳耐火材料等，这些含碳耐火材料的出现对钢铁工业的生产及发展起到重要作用。
稀土元素具有未充满的4f电子层结构(4fx5d0-16s2)，具有电价高、半径大、极化力强和化学性质活泼等特征，其氧化物有着特殊的优良性能，可以有效地改善耐火材料的性能。
对于含碳耐火材料而言，其主要的侵蚀原因是碳在高温下的氧化。通常是向含碳耐火材料里添加金属铝粉为抗氧化剂，但金属铝粉在使用过程中生成的金属碳化物容易发生水化，引起体积膨胀，导致含碳耐火材料性能降低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明旨提供一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，本发明提供的稀土抗氧化剂能够有效抑制含碳耐火材料中氧化脱碳层的形成，可以提高含碳耐火材料的抗氧化性，降低含碳耐火材料的氧化速度。同时可显著提高含碳耐火材料的使用寿命和高温性能，具有较高的推广价值和潜在的应用前景。
本发明的技术方案是：
一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土抗氧化剂以质量分数计为含碳耐火材料质量的1～3％，其中稀土元素以质量分数计大于等于含碳耐火材料质量的1％，所述稀土抗氧化剂由稀土金属粉或稀土金属粉和金属铝粉混合组成。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述的稀土金属粉包括稀土镧粉、稀土铈粉或两者的混合物。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述的稀土金属粉的粒度范围为≤0.075mm。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土金属粉和金属铝粉的质量比为3:0或(1～2)：1。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，含碳耐火材料包括：连铸浸入式水口、连铸中间包塞棒、挡墙、座砖、挡坝、中间包工作层。
进一步的，上述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
本发明的优点及有益效果：
本发明利用稀土元素化学性质活泼的特性，将其应用成为含碳耐火材料的抗氧化剂。同时，稀土粉、铝粉、石墨和酚醛树脂在使用过程中可形成铝酸稀土碳层，该铝酸稀土碳层具有较低的显气孔率，较高的体积密度和较高的力学性能，不仅能够有效降低服役过程中氧的进入，同时可以减少钢液与含碳耐火材料等的反应，在提高抗氧化性同时进而起到保持其较高的抗热震性能和抗侵蚀性能，提高含碳耐火材料的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1中镁铝尖晶石-碳耐火材料在1000℃氧化2h后的形貌图片，其中(a)未添加抗氧化剂；(b)添加抗氧化剂。
具体实施方式
一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土抗氧化剂以质量分数计为含碳耐火材料质量的1～3％，其中稀土元素以质量分数计大于等于含碳耐火材料质量的1％，所述稀土抗氧化剂由稀土金属粉或稀土金属粉和金属铝粉混合组成。
所述的稀土金属粉包括稀土镧粉、稀土铈粉或两者的混合物。
所述的稀土金属粉的粒度范围为≤0.075mm。
所述稀土金属粉和金属铝粉的质量比为3:0或(1～2)：1。
所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理，混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
所述含碳耐火材料包括：连铸浸入式水口、连铸中间包塞棒、挡墙、座砖、挡坝、中间包工作层。
下面结合说明书附图和实施例是对本发明的具体实施方式做进一步详细描述，以下的三个实施例是用于本发明的说明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明实施例的抗氧化性实验在箱式电阻炉中进行。按预定实验温度设置相关参数，以镁铝尖晶石碳材料为基础含碳耐火材料，将未添加抗氧化剂与添加抗氧化剂的试样放入电阻炉中，等程序结束后炉子冷却到常温将试样取出。用切割机延径向切开，用游标卡尺测量碳被氧化的径向宽度，由此计算脱碳层占比。以此来表征材料的抗氧化性。
实施例1.
一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土抗氧化剂由以质量分数计为含碳耐火材料质量2％的金属镧粉单独组成；其中，金属镧粉为粉末状，金属镧纯度≥99.5％，粒度范围为≤0.075mm。所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理。混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
本实施例抗氧化性实验结果如下：
1000℃保温2h，未添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为29.93％；添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为19.86％。如图1所述为镁铝尖晶石-碳耐火材料在1000℃氧化2h后的形貌图片
实施例2.
一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土抗氧化剂由以质量分数计为含碳耐火材料质量2％的金属铈粉单独组成；其中，金属铈粉为粉末状，金属铈纯度≥99.5％，粒度范围为≤0.075mm。所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理。混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
本实施例抗氧化性实验结果如下：
900℃保温2h，未添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为19.93％；添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为11.44％。
实施例3.
一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，所述稀土抗氧化剂由以质量分数计为含碳耐火材料质量由2％的金属镧粉和金属铝粉混合物组成；其中，上述原料均为粉末状，金属镧粉为1％，金属铝粉为1％。金属镧纯度≥99.5％，粒度范围为≤0.075mm，金属镧纯度≥99.5％，粒度范围为≤0.075mm。所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理。混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
本实施例抗氧化性实验结果如下：
1100℃保温2h，未添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为25.95％；添加抗氧化剂的镁铝尖晶石-碳耐火材料脱碳层百分比为19.12％。
Claims (7)
1.一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，所述稀土抗氧化剂以质量分数计为含碳耐火材料质量的1～3％，其中稀土元素以质量分数计大于等于含碳耐火材料质量的1％，所述稀土抗氧化剂由稀土金属粉或稀土金属粉和金属铝粉混合组成。
2.根据权利要求1所述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，所述的稀土金属粉包括稀土镧粉、稀土铈粉或两者的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种含碳耐火材料用稀土抗氧化剂，其特征在于，所述的稀土金属粉的粒度范围为≤0.075mm。
4.根据权利要求1所述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，所述稀土金属粉和金属铝粉的质量比为3:0或(1～2)：1。
5.根据权利要求1所述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，所述含碳耐火材料的制备流程包括配料、混练、成型和热处理。
6.根据权利要求1所述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，含碳耐火材料包括：连铸浸入式水口、连铸中间包塞棒、挡墙、座砖、挡坝、中间包工作层。
7.根据权利要求6所述的一种稀土抗氧化剂在含碳耐火材料制备中的应用，其特征在于，混练时投料顺序为骨料、结合剂、石墨和稀土抗氧化剂混合、细粉。
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