專利名稱：一種低碳鎂碳磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎂碳磚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低碳鎂碳磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
興起于20世紀(jì)70年代的鎂碳磚，由于具有良好的抗熱震性和抗侵蝕性能，被廣泛用于煉鋼工業(yè)中。但傳統(tǒng)鎂碳磚由于碳含量較高，導(dǎo)熱系數(shù)較大，導(dǎo)致能耗大，同時在VOD 精煉鋼包中會引起鋼水增碳以及消耗大量寶貴的石墨不可再生資源等問題。隨著爐外精煉工藝的大力發(fā)展，低碳鋼和超低碳鋼的產(chǎn)量越來越高，因此鎂碳磚的低碳化成為耐火領(lǐng)域的研究熱點之一。低碳鎂碳磚由于碳含量的減少，使得石墨原本具有的熱導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)小和彈性模量小的特性難以再現(xiàn)，導(dǎo)致低碳鎂碳磚的抗熱震性變差。為解決低碳鎂碳磚抗熱震性差的缺點，日本研究人員通過采用納米尺度的炭黑以及復(fù)合石墨化炭黑改性酚醛樹脂，形成雜化樹脂和高性能雜化樹脂，用作結(jié)合劑，所制得的低碳鎂碳磚比傳統(tǒng)鎂碳磚有更好的抗熱震性和抗氧化性(藤原洋司，難波克成，高長茂幸· f )吁，MgO-C XiL ^ ^開凳(I報)“ f 7構(gòu)造7卜>J 7 Θ効果，，·耐火物，2004， 56(3) :120)。國內(nèi)也有研究人員采用加入不同數(shù)量的納米炭黑改性酚醛樹脂，并用作鎂碳磚的結(jié)合劑，所制得的低碳鎂碳磚的抗熱震性及抗氧化性等方面與傳統(tǒng)鎂碳磚相比都有顯著的改善和提高(Li Lin, Tang Guang-sheng, He Zhiyong. et al. Influences of Black Carbon Addition on Mechanical Performance of Low-Carbon MgO-C Composite. Journal of Iron and Steel Research, International, 2010, 17 (12) : 75 78)。但適合工業(yè)化生產(chǎn)的復(fù)合石墨化炭黑的制備技術(shù)尚不成熟，納米炭黑和復(fù)合石墨化炭黑在酚醛樹脂中的分散技術(shù)也是一大難題。以上方法制備低碳鎂碳磚，均是從結(jié)合劑改性出發(fā)，結(jié)合納米技術(shù)，來提高材料的性能，但是制備成本較高，且酚醛樹脂粘度較大，炭黑及復(fù)合石墨化炭黑的分散較難，因此工業(yè)化生產(chǎn)程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備成本低、工藝簡單和工業(yè)化程度高的低碳鎂碳磚的制備方法，所制備的低碳鎂碳磚熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性和抗氧化性優(yōu)良。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先以57 75wt%的電熔鎂砂顆粒、 18 32wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、I 6wt%的鱗片石墨、I 12wt%的添加劑和I 4wt%的抗氧化劑為原料，混合均勻，再外加所述原料2飛wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。添加劑的制備方法是用球磨機將2(T78wt%的煉鋼廢棄物和22 80wt%的含鋁化合物混磨3(Tl20min，再將混磨后的物料壓制成型，在130(Tl700°C條件下保溫2飛小時，冷卻后取出，即得該添加劑。含鋁化合物為業(yè)氧化鋁、Al2O3微粉和氫氧化鋁中的一種以上。
在上述技術(shù)方案中電熔鎂砂顆粒的級配是3 2mm為22 32wt%，2 Imm為 20 25wt%，、Γθ. 088mm為15 18wt% ;電熔鎂砂細(xì)粉的粒度彡O. 088mm ;鱗片石墨的粒度 (O. 149mm ;抗氧化劑為Al粉、Si粉中的一種或兩種，粒度< O. 088mm ;壓制成型的壓力為 12(T280MPa。由于采用上述方案，本發(fā)明將采用自制的二鋁酸鈣材料用作添加劑，即用球磨機將2(T78wt%的煉鋼廢棄物和22 80wt%的含鋁化合物混磨3(Tl20min，再將混磨后的物料壓制成型，在130(Γ1700 條件下保溫2飛小時，冷卻后取出，即得到所述的添加劑。用該添加劑所制備的低碳鎂碳磚具有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明采用的添加劑制備成本低，工藝簡單，降低了低碳鎂碳磚的制備成本；
2、本發(fā)明制備低碳鎂碳磚的工藝簡單,適合工業(yè)化生產(chǎn)；
3、本發(fā)明制備的低碳鎂碳磚的熱震穩(wěn)定性主要和材料本身的熱膨脹系數(shù)、彈性模量及熱導(dǎo)率等因素有關(guān)。熱膨脹系數(shù)越小，越有利于材料的抗熱震性。二鋁酸鈣具有高熔點((1765±25)°C)和低的熱膨脹系數(shù)(200°C，1.4X10_6/°C ;1400°C，4.4X10_6/°C )， 理論上，采用二鋁酸鈣材料作為低碳鎂碳磚的添加劑，可以提高其抗熱震性。同時，根據(jù) Al2O3-MgO-CaO三元相圖分析，采用二鋁酸鈣材料作為低碳鎂碳磚的添加劑，在高溫下，其內(nèi)部會生成少量的液相，在一定程度上可以吸收熱應(yīng)力，堵塞氣孔，使得所制得的材料具有優(yōu)良的抗熱震性和抗氧化性。因此，本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單和工業(yè)化程度高的特點，用該方法生產(chǎn)的低碳鎂碳磚熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性和抗氧化性優(yōu)良。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。在本具體實施方式
中，電熔鎂砂細(xì)粉的粒度彡O. 088mm;鱗片石墨的粒度 (O. 149mm ;抗氧化劑的粒度彡O. 088mm ;添加劑的制備方法是用球磨機將20 78wt%的煉鋼廢棄物和22、0wt%的含鋁化合物混磨3(Tl20min，再將混磨后的物料壓制成型，在 130(Tl70(rC條件下保溫2飛小時，冷卻后取出，即得；其中的含鋁化合物為業(yè)氧化鋁、Al2O3 微粉和氫氧化鋁中的一種以上。具體實施例中不再贅述。實施例I
一種低碳鎂碳磚及其制備方法先以57飛4wt%的電熔鎂砂顆粒、24 32wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、2 4wt%的鱗片石墨、5 12wt%的添加劑和2 4wt%的抗氧化劑為原料，混合均勻，再外加所述原料2 4wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。本實施例中壓制成型的壓力為12(Tl80MPa ;抗氧化劑為Al粉；電熔鎂砂顆粒的級配是:3 2mm 為 22 26wt%，2 Imm 為 20 22wt%，Γθ. 088mm 為 15 16wt%。本實施例制得的低碳鎂碳磚烘干后的顯氣孔率為7. 89Γ8. 5%，體積密度為 3. 01 3. 03g/cm3，耐壓強度47. 0 51· 5MPa ，侵蝕層厚度4. 3 4. 9mm, 1400°C時熱膨脹系數(shù)為7. 7 8. IXlO-V0Co實施例2
一種低碳鎂碳磚及其制備方法先以62 68wt%的電熔鎂砂顆粒、23 29wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、r3wt%的鱗片石墨、4、wt%的添加劑和f 2wt%的抗氧化劑為原料，混合均勻，再外加所述原料3 5wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。本實施例中壓制成型的壓力為17(T220MPa ;抗氧化劑為Al粉和Si粉的混合物； 電熔鎂砂顆粒的級配是3 2mm為25 28wt%、2 Imm為21 23wt%、I O. 088mm為16 17wt%。本實施例制得的低碳鎂碳磚烘干后的顯氣孔率為7.0°/Γ7. 5%，體積密度為 3. 02 3. 05g/cm3，耐壓強度52. 0 58· 5MPa，侵蝕層厚度3. 5 4. 0mm, 1400°C時熱膨脹系數(shù)為6. 8 7. 2 X IO^V0C ο實施例3
一種低碳鎂碳磚及其制備方法先以65 70wt%的電熔鎂砂顆粒、19 24wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、4 6wt%的鱗片石墨、3 7wt%的添加劑和I 2wt%的抗氧化劑為原料,混合均勻，再外加所述原料3 5wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。本實施例中壓制成型的壓力為20(T260MPa ;抗氧化劑為Si粉；電熔鎂砂顆粒的級配是3 2mm 為 27 29wt%、2 Imm 為 22 24wt%、I O. 088mm 為 16 17wt%。本實施例制得的低碳鎂碳磚烘干后的顯氣孔率為6.5%飛.9%，體積密度為 3. 05 3. 07g/cm3，耐壓強度60. 5 68. OMPa，侵蝕層厚度:2. 9 3. 3mm, 1400°C時熱膨脹系數(shù)為6. 5 6. 9X10_6/°C。實施例4
一種低碳鎂碳磚及其制備方法先以69 75wt%的電熔鎂砂顆粒、18 23wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、l 3wt%的鱗片石墨、l、wt%的添加劑和l 2wt%的抗氧化劑為原料,混合均勻，再外加所述原料4 6wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。本實施例中壓制成型的壓力為21(T280MPa ;抗氧化劑為Al粉和Si粉的混合物； 電熔鎂砂顆粒的級配是3 2mm為29 32wt%、2 Imm為23 25wt%、I O. 088mm為17 18wt%。本實施例制得的低碳鎂碳磚烘干后的顯氣孔率為6.89Γ7.4%，體積密度為 3. 03 3. 06g/cm3，耐壓強度50. 0 57· 5MPa，侵蝕層厚度3. 2 3. 5mm, 1400°C時熱膨脹系數(shù)為7. 0 7· 5 X IO^V0C ο本具體實施方式
所制備的低碳鎂碳磚具有以下優(yōu)點
1、本具體實施方式
采用的添加劑制備成本低，工藝簡單，降低了低碳鎂碳磚的制備成
本；
2、本具體實施方式
制備的低碳鎂碳磚工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)；
3、本具體實施方式
制備的低碳鎂碳磚的熱震穩(wěn)定性主要和材料本身的熱膨脹系數(shù)、彈性模量及熱導(dǎo)率等因素有關(guān)。熱膨脹系數(shù)越小，越有利于材料的抗熱震性。二鋁酸鈣具有高熔點((1765±25)°C)和低的熱膨脹系數(shù)(200°C，1.4X10-7°C;1400°C，4.4X10-7°C )， 理論上，采用二鋁酸鈣材料作為低碳鎂碳磚的添加劑，可以提高其抗熱震性。同時，根據(jù) Al2O3-MgO-CaO三元相圖分析，采用二鋁酸鈣材料作為低碳鎂碳磚的添加劑，在高溫下，其內(nèi)部會生成少量的液相，在一定程度上可以吸收熱應(yīng)力，堵塞氣孔，使得所制得的材料具有優(yōu)良的抗熱震性和抗氧化性。因此，本具體實施方式
具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單和工業(yè)化程度高的特點，用該方法生產(chǎn)的低碳鎂碳磚熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性和抗氧化性優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于先以57 75wt%的電熔鎂砂顆粒、18 32wt% 的電熔鎂砂細(xì)粉、I 6wt%的鱗片石墨、I 12wt%的添加劑和I 4wt%的抗氧化劑為原料，混合均勻，再外加所述原料2飛wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚;添加劑的制備方法是用球磨機將2(T78wt%的煉鋼廢棄物和22 80wt%的含鋁化合物混磨3(Tl20min，再將混磨后的物料壓制成型，在130(Tl70(rC條件下保溫2飛小時，冷卻后取出，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述電熔鎂砂顆粒的級配是:3 2mm 為 22 32wt%，2 Imm 為 20 25wt%，Γθ. 088mm 為 15 18wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述電熔鎂砂細(xì)粉的粒度< O. 088mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述鱗片石墨的粒度 ^ O.149mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述抗氧化劑為Al粉、 Si粉中的一種或兩種，粒度< O. 088_。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述壓制成型的壓力為 12(T280MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于所述含鋁化合物為工業(yè)氧化鋁、Al2O3微粉和氫氧化鋁中的一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求Γ7項中任一項所述的低碳鎂碳磚的制備方法所制備的低碳鎂碳磚。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種低碳鎂碳磚及其制備方法。其技術(shù)方案是先以57~75wt%的電熔鎂砂顆粒、18~32wt%的電熔鎂砂細(xì)粉、1~6wt%的鱗片石墨、1~12wt%的添加劑和1~4wt%的抗氧化劑為原料，混合均勻，再外加所述原料2~6wt%的酚醛樹脂進(jìn)行混練，然后壓制成型，干燥，即得低碳鎂碳磚。所述添加劑的制備方法是用球磨機將20~78wt%的煉鋼廢棄物和22~80wt%的含鋁化合物混磨30~120min，再將混磨后的物料壓制成型，在1300~1700℃條件下保溫2~5小時，冷卻后取出，即得。本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單和工業(yè)化程度高的特點，用該方法生產(chǎn)的低碳鎂碳磚熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性和抗氧化性優(yōu)良。
文檔編號C04B35/66GK102584277SQ20121000762
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者余西平, 劉麗, 武建芳, 趙繼增, 顧華志, 黃奧 申請人:北京利爾高溫材料股份有限公司, 武漢科技大學(xué)