專利名稱：含B₄C-C復(fù)合粉體和納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低碳鎂碳磚耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC 粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)鎂碳磚已不能滿足冶煉某些特殊鋼種(如超低碳鋼)的要求， 所以低碳含量鎂碳磚材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注。隨著碳含量的降低，不但可以提高 鎂碳磚的抗氧化性能，而且能有效地解決潔凈鋼冶煉過(guò)程的增碳問(wèn)題。鎂碳磚中碳含量的降 低，使磚的熱導(dǎo)率隨之降低，由此不僅可大幅度地降低冶煉過(guò)程中的能耗，且鎂碳磚中碳含 量的降低還可以節(jié)約寶貴的石墨資源。
低碳鎂碳磚的損毀，首先是由于磚內(nèi)的碳氧化，形成脫碳層，加之高溫下氧化鎂與石墨 的熱膨脹率相差懸殊(IOO(TC時(shí)，分別1.4%和0.2%)，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度降低，故在 低碳鎂碳磚中防止石墨被氧化的主要措施是添加抗氧化劑。
在抗氧化劑的研究中，通常是在低碳鎂碳磚中加入金屬或非金屬細(xì)粉。金屬細(xì)粉有A1、 Si、 Mg、 Al-Si合金、Al-Mg合金等，非金屬細(xì)粉有B4C、 TiC、 TiN、 SiC等。這些物質(zhì)雖然 使得低碳鎂碳磚的抗氧化效果有明顯改善，但是也帶來(lái)一定的副作用(王誠(chéng)訓(xùn).MgO-C質(zhì)耐 火材料.冶金工業(yè)出版社，1995)，如過(guò)多的金屬Al粉在使用過(guò)程中可形成大量的A14C3， AUC3極易水化，從而導(dǎo)致磚體發(fā)生嚴(yán)重龜裂；Al粉本身也易于水化變質(zhì)，Al與CaO可形成 低熔物，使材料的抗渣侵蝕性降低；過(guò)多A1粉的鎂碳材料在使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)過(guò)高的熱膨 脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力對(duì)爐殼不利等。金屬Si粉最終形成硅酸鹽低熔相，如果加入量太多，會(huì)降低 材料的抗渣侵蝕性；SiC氧化以后形成Si02，也形成硅酸鹽低熔相，導(dǎo)致材料的抗渣侵蝕性 下降；B4C氧化后生成B203低熔點(diǎn)物質(zhì)，同樣對(duì)材料的抗渣侵蝕性不利。
"含防氧化劑"C-TiN"復(fù)合粉體的鎂碳磚及其生產(chǎn)方法"(公開(kāi)號(hào)CN 1844053A)介紹 了TiN加入到鎂碳磚中可以改善其性能，如抗渣侵蝕性、抗氧化性等。但其中TiN的合成是 在通N2氣氛下進(jìn)行，成本相對(duì)較高；且在使用氣氛下，TiN會(huì)與CO和N2反應(yīng)產(chǎn)生脫溶， 對(duì)材料性能不利。
"一種含碳氮化鈦鎂碳磚及其制備方法"(公開(kāi)號(hào)CN 1944346A)介紹了利用碳氮化鈦 來(lái)改善鎂碳磚的性能，但其中碳氮化鈦的合成是在通N2的氣氛下進(jìn)行，成本同樣相對(duì)很高。
在低碳鎂碳磚中，碳源本身的結(jié)構(gòu)也是至關(guān)重要。石墨的品質(zhì)、粒度大小及配比決定其 在鎂碳耐火材料中發(fā)揮的性能，優(yōu)質(zhì)的石墨以及合適的顆粒級(jí)配有助于其在鎂碳耐火材料的 均勻分布，改善材料的基質(zhì)結(jié)構(gòu)提高鎂碳材料的抗熱震性能，改善材料的氣孔結(jié)構(gòu)及其分布 來(lái)防止材料的氧化，并通過(guò)降低對(duì)渣的潤(rùn)濕性來(lái)增強(qiáng)鎂碳材料的抗渣侵蝕性能?？萍既藛T對(duì) 四種粒度的天然鱗片石墨對(duì)低炭鎂炭磚的物理性能、抗氧化性和熱震穩(wěn)定性的影響的研究(歐 陽(yáng)軍華.石墨粒度對(duì)低炭鎂炭磚性能的影響.耐火材料.2004， 38 (6))結(jié)果表明用細(xì)石 墨取代較粗石墨制成的鎂炭磚，其物理性能、抗氧化性和熱震穩(wěn)定性都有了明顯的改善，且 都以加入粒度S0.074 mm石墨的效果最好。但是其中粒度S0.074 mm的石墨顆粒也較大，因 為石墨粒度越大，其市場(chǎng)價(jià)格越高，所以成本并未降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、高溫強(qiáng)度大、抗氧化性好、抗熱震性及抗渣侵蝕性 優(yōu)良、碳含量在6%以下的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將60 75wt。/。的鎂砂顆粒、15 30wt% 的鎂砂細(xì)粉、1 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 5wt。/。的細(xì)粒度鱗片石墨、0.5 1.5wt。/。的炭黑、 1 3wt。/。的金屬鋁粉、1 3wt。/。的金屬硅粉、0.1 lwt。/。的B4C-C復(fù)合粉體和0.05 0.4wt。/。的 納米TiC粉體混合，外加3 5wtM有機(jī)結(jié)合劑，經(jīng)混練后壓制成型，在180 24(TC條件下進(jìn) 行熱處理，制得含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚。其中
鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt。/。、粒度為5 0.088mm;鎂砂細(xì)粉的MgO含量為94 99wt%、粒度小于0.088mm;粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%、粒度為100目；細(xì)粒 度鱗片石墨的碳含量為97 99wt%、粒度為1000目；B4C-C復(fù)合粉體的粒度小于1微米；納 米TiC粉體的粒度小于50納米。
有機(jī)結(jié)合劑為煤焦油瀝青、固體粉狀酚醛樹(shù)脂、熱固性液體酚醛樹(shù)脂、熱塑性液體酚醛 樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或一種以上。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明將B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體引入低碳鎂碳磚中， 明顯地改善了材料的高溫強(qiáng)度、抗氧化性、抗熱震性及抗渣侵蝕性，同時(shí)降低了材料的熱導(dǎo) 率，使得冶煉過(guò)程的熱損耗大大降低。另外，由于石墨粒度越大，其市場(chǎng)價(jià)格越高，本發(fā)明 采用部分1000目和100目的鱗片石墨以及炭黑混合起來(lái)取代100目鱗片石墨作為碳源，不但 使得低碳鎂碳磚的性能有大幅改善，而且使生產(chǎn)成本明顯降低。
因此，本發(fā)明具有抗氧化效果好、高溫強(qiáng)度大、抗熱震性好、抗渣侵蝕性好及成本較低
等特點(diǎn)，所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的碳含量在6%以下，滿 足了冶煉超低碳鋼等某些特殊鋼種的要求。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l
一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法，將70 75wt。/。的鎂 砂顆粒、15 20wtW的鎂砂細(xì)粉、2 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 3wt。/。的細(xì)粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wty。的炭黑、1 2wt。/。的金屬鋁粉、1 3wtn/。的金屬硅粉、0.8 lwt。/。的B4C-C復(fù)合 粉體和0.05 0.2 wtX的納米TiC粉體混合，外加3 5wty。的熱固性液體酚醛樹(shù)脂。經(jīng)混練后 壓制成型，成型壓力為200MPa;然后在180 240'C條件下熱處理24小時(shí)，制得含B4C-C復(fù) 合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚制品。
本實(shí)施例1中，鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt%，粒度為5 0.088mm;鎂砂細(xì)粉的 MgO含量為94 99wt%，粒度小于0.088mm;粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%，粒度 100目；細(xì)粒度鱗片石墨的碳含量為97 99wt°/。，粒度1000目；B4C-C復(fù)合粉體中B4C的粒 度小于l微米(p)， TiC粉體的粒度小于50納米(nm)。
本實(shí)施例1所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測(cè)結(jié)果 顯示140(TC埋碳高溫抗折強(qiáng)度18.7Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，脫碳層 面積百分比小于12%; 120(TC保溫0.5h進(jìn)行熱震試驗(yàn)，殘余抗折強(qiáng)度保持率91%; 160(TC保 溫3h埋碳?xì)夥障逻M(jìn)行抗渣試驗(yàn)，其結(jié)果是侵蝕和滲透現(xiàn)象不明顯。
實(shí)施例2
一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法，將60 70wt。/。的鎂 砂顆粒、18 30wty。的鎂砂細(xì)粉、2 3wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 3wtW的細(xì)粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、1 2wt。/。的金屬鋁粉、2 3wt。/。的金屬硅粉、0.1 0.8wt。/。的B4C-C復(fù)合 粉體和0.2 0.4wtX納米TiC粉體混合，外加3 5wty。的熱塑性液體酚醛樹(shù)脂。其它同實(shí)施 例l。
本實(shí)施例2所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測(cè)結(jié)果 顯示140(TC埋碳高溫抗折強(qiáng)度17.8Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，脫碳層 面積百分比小于13%; 120(TC保溫0.5h進(jìn)行熱震試驗(yàn)，殘余抗折強(qiáng)度保持率90%; 160(TC保 溫3h埋碳?xì)夥障逻M(jìn)行抗渣試驗(yàn)，其結(jié)果是侵蝕和滲透現(xiàn)象不明顯。
實(shí)施例3
一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。將68 74wt。/。的鎂 砂顆粒、15 22wty。的鎂砂細(xì)粉、2 4wtn/。的粗粒度鱗片石墨、2 4wtn/。的細(xì)粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wty。的炭黑、1 3wt。/。的金屬鋁粉、1 2wt。/。的金屬硅粉、0.1 1.0wt。/。的B4C-C復(fù)合 粉體和0.05 0.4%納米TiC粉體混合，外加3 5 wt %的煤焦油瀝青和固體粉狀酚醛樹(shù)脂混 和樹(shù)脂。其它同實(shí)施例l。
本實(shí)施例3所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測(cè)結(jié)果 顯示1400。C埋碳高溫抗折強(qiáng)度18.2Mpa; 1400。C保溫2h空氣氣氛下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，脫碳層 面積百分比小于11%; 1200。C保溫0.5h進(jìn)行熱震試驗(yàn)，殘余抗折強(qiáng)度保持率89%; 160(TC保 溫3h埋碳?xì)夥障逻M(jìn)行抗渣試驗(yàn)，其結(jié)果是侵蝕和滲透現(xiàn)象不明顯。
實(shí)施例4
一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。將64 70wt。/。的鎂 砂顆粒、17 24wt。/。的鎂砂細(xì)粉、2 5wty。的粗粒度鱗片石墨、2 5wt。/。的細(xì)粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、2 3wt。/。的金屬鋁粉、1 3wt。/。的金屬硅粉、0.6 0.8wt。/。的B4C-C復(fù)合 粉體和0.2~0.4%的納米11(:粉體混合，外加3 5wt。/。的有機(jī)硅樹(shù)脂。其它同實(shí)施例l。
本實(shí)施例所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測(cè)結(jié)果顯 示140(TC埋碳高溫抗折強(qiáng)度18.3Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，脫碳層面 積百分比小于13%; 120(TC保溫0.5h進(jìn)行熱震試驗(yàn)，殘余抗折強(qiáng)度保持率88%; 160(TC保溫 3h埋碳?xì)夥障逻M(jìn)行抗渣試驗(yàn)，其結(jié)果是侵蝕和滲透現(xiàn)象不明顯。
實(shí)施例5
一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。將67 72wt。/。的鎂 砂顆粒、15 23wt。/。的鎂砂細(xì)粉、2 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 4wty。的細(xì)粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、1 3wt。/。的金屬鋁粉、2 3wt。/。的金屬硅粉、0.6 0.7wt。/。的B4C-C復(fù)合 粉體及0.2 0.3X的納米TiC粉體混合，外加3 5wt。/。的熱固性酚醛樹(shù)脂。其它同實(shí)施例1。
本實(shí)施例所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測(cè)結(jié)果顯 示140(TC埋碳高溫抗折強(qiáng)度18.6Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進(jìn)行氧化試驗(yàn)，脫碳層面 積百分比小于12%; 1200。C保溫0.5h進(jìn)行熱震試驗(yàn)，殘余抗折強(qiáng)度保持率92%; 160(TC保溫 3h埋碳?xì)夥障逻M(jìn)行抗渣試驗(yàn)，其結(jié)果是侵蝕和滲透現(xiàn)象不明顯。
本具體實(shí)施方式
所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的碳含量在613/。 以下，具有抗氧化效果好、高溫強(qiáng)度大、抗熱震性好、抗渣侵蝕性好及成本較低等特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于將60～75wt％的鎂砂顆粒、15～30wt％的鎂砂細(xì)粉、1～5wt％的粗粒度鱗片石墨、1～5wt％的細(xì)粒度鱗片石墨、0.5～1.5wt％的炭黑、1～3wt％的金屬鋁粉、1～3wt％的金屬硅粉、0.1～1wt％的B4C-C復(fù)合粉體和0.05～0.4wt％的納米TiC粉體混合，外加3～5wt％有機(jī)結(jié)合劑，經(jīng)混練后壓制成型，在180～240℃條件下進(jìn)行熱處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt%、粒度為5 0.088mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的鎂砂細(xì)粉的MgO含量為94 99wt%、粒度小于0.088mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%、粒度為100目。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的細(xì)粒度鱗片石墨的碳含量為97 99wt%、粒度為1000目。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的B4C-C復(fù)合粉體的粒度小于1微米。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的納米TiC粉體的粒度小于50納米。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的制備方法， 其特征在于所述的有機(jī)結(jié)合劑為煤焦油瀝青、固體粉狀酚醛樹(shù)脂、熱固性液體酚醛樹(shù)脂、熱 塑性液體酚醛樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或一種以上。
9、 按照權(quán)利要求1 8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳 磚的制備方法所制備的含B4C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚。
全文摘要
本發(fā)明屬于低碳鎂碳磚耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種含B₄C-C復(fù)合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法。所采用的技術(shù)方案是將60～75wt％的鎂砂顆粒、15～30wt％的鎂砂細(xì)粉、1～5wt％的粗粒度鱗片石墨、1～5wt％的細(xì)粒度鱗片石墨、0.5～1.5wt％的炭黑、1～3wt％的金屬鋁粉、1～3wt％的金屬硅粉、0.1～1.0wt％的B₄C-C復(fù)合粉體和0.05～0.4wt％的納米TiC粉體混合，外加3～5wt％有機(jī)結(jié)合劑，經(jīng)混練后壓制成型，在180～240℃條件下熱處理24小時(shí)。本發(fā)明所制備的低碳鎂碳磚的碳含量在6％以下，具有抗氧化效果顯著、高溫強(qiáng)度大、抗熱震性良好、抗渣侵蝕性強(qiáng)和成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101367669SQ200810197089
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者朱伯銓, 李享成, 王志強(qiáng) 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)