本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合型鎂碳磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵行業(yè)大力發(fā)展?fàn)t外精煉工藝，純凈鋼、不銹鋼、低碳鋼和超低碳鋼的產(chǎn)量越來越高。生產(chǎn)潔凈鋼工藝要求嚴(yán)格控制耐火材料中碳的含量，減少含碳內(nèi)襯向鋼中增碳，要求內(nèi)襯總含碳量不超過6%，可明顯降低材料的熱導(dǎo)率，減少熱損失，滿足二次精煉工藝要求。傳統(tǒng)的鎂碳磚已不再適用于發(fā)展的冶煉技術(shù)對耐火材料的新要求，如何開發(fā)出既具有優(yōu)良抗熱震性、抗渣性和壽命長，同時(shí)又具有熱導(dǎo)率低、利于超純凈鋼及二次精煉技術(shù)發(fā)展的鎂碳磚，已成為目前鎂碳磚的發(fā)展趨勢。雖然，低碳、超低碳鎂碳耐火材料成為鎂碳耐火材料新的發(fā)展熱點(diǎn)，但傳統(tǒng)鎂碳磚使用壽命的提高也不容忽視，兩者應(yīng)相輔共同發(fā)展。
近年來，國內(nèi)外鎂碳磚生產(chǎn)企業(yè)在加強(qiáng)鎂碳磚性能研究方面，取得了巨大的進(jìn)步，現(xiàn)有的鎂碳磚主要是利用納米體系及添加劑改善制品的各種性能，如:添加納米氧化鋅、B4C-C復(fù)合粉體和納米TiC粉體、納米級(jí)非氧化物（括氮化物、塞隆或硼化物）等，這些方法雖然解決了一定問題，但其價(jià)格昂貴，制造成本高、傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)難度大。因此，開發(fā)出成本低，性能優(yōu)越，能滿足冶煉技術(shù)發(fā)展需要的鎂碳磚，顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合型鎂碳磚及其制備方法。該鎂碳磚具有耐高溫、抗侵蝕和較好的抗熱震性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的復(fù)合型鎂碳磚，其原料按重量百分比配比如下：再生鎂碳磚40%-50%，電熔鎂砂25%-40%，博耐特細(xì)粉3%-6%、金屬鋁纖維0.5%-2%、鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉2%-5%，瀝青粉0.5-1%，抗氧化添加劑1％-5％，石墨1%-10%，熔融石英1%-8%；外加結(jié)合劑為上述原料總重量的2.8%-3%。
所述的再生鎂碳磚的成分含量要求：MgO含量78%-87%，其中A12O3含量≦4.85%；SiO2含量≦2.8%；C含量≦6%。
所述的電熔鎂砂的成分含量要求：MgO含量不低于97%。
所述的博耐特細(xì)粉的成分含量要求：A12O3含量不低于90%，CaO含量不低于8.5%。
所述的金屬鋁纖維的成分含量要求：A12O3含量不低于98％。
所述的鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉的成分含量要求：MgO不低于75%，SiO2：15%-17%，F(xiàn)e2O3：3%-4%。
所述的抗氧化添加劑為金屬硅粉、碳化硅粉和鋁鎂合金粉中的一種或兩種混合物。
所述的石墨，依鎂碳磚中碳含量的不同，可以部分或全部替換為電極石墨；其中，所述的石墨中碳含量不低于96%，粒度為100目；所述的電極石墨中碳含量不低于97%，粒度為500目。
所述的外加結(jié)合劑為改性酚醛樹脂。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供該復(fù)合型鎂碳磚的制備方法，具體包括以下步驟。
步驟1、準(zhǔn)備骨料：將粒度為1-10mm再生鎂碳磚40-50%，粒度為3-5mm電熔鎂砂5%-10%，粒度為1-3mm電熔鎂砂5%-10%，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂10%-15%，按所需比例混合，得骨料，備用。
步驟2、制備預(yù)混合粉：將粒度為0.1μm-88μm的電熔鎂砂細(xì)粉5%-10%，復(fù)合添加劑細(xì)粉，瀝青粉，抗氧化添加劑，按所需比例預(yù)混合，得預(yù)混合粉，備用；所述的復(fù)合添加劑由博耐特細(xì)粉、金屬鋁纖維和鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉組成。
步驟3、混煉：將步驟1和步驟2中的骨料和預(yù)混合粉，粒度為100目的石墨或500目電極石墨的一種或兩種，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加入外加結(jié)合劑低速混煉10-15分鐘，得到混合泥料；再向混煉機(jī)中的泥料中加入顆粒粒度為0.25-0.5mm的熔融石英（SiO2含量不低于99.8%），高速混煉15-25分鐘，使熔融石英均勻分布在泥料中，出料，備用。
步驟4、成型：將步驟3中混煉后泥料進(jìn)行困料和篩分，將其打擊成型形成磚坯，成型磚坯的密度為 2.95-3.3g/cm3。
步驟5、干燥：將步驟4中的成型磚坯置于180-220℃的溫度條件下，干燥24h后，即得鎂碳磚。
本發(fā)明的顯著效果。
本發(fā)明的再生鎂磚為直接購買的廢棄鎂碳磚，進(jìn)行表面處理后進(jìn)行破碎再利用，合理利用資源實(shí)現(xiàn)廢棄耐材變廢為寶；本發(fā)明的鎂碳磚利用所添加普通的耐火原料博耐特(Bonite)細(xì)粉（六鋁酸鈣(CA6)）、自制的鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉、金屬鋁纖維的綜合特性及熔融石英顆粒，在不改變原有傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的情況下，研制出一種特別適用于AOD、VOD爐的渣線部位高性能的鎂碳磚；博耐特(Bonite)細(xì)粉是基于六鋁酸鈣(CA6)礦物相的一種新型合成致密耐火原料，具有高純致密、高耐火度、良好的抗熱震性及低熱導(dǎo)率的性能，在含鐵熔渣中的溶解度低，在還原氣氛中的穩(wěn)定性高，在堿性環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性好，對熔融金屬和熔渣的潤濕性低(鋼鐵和有色金屬)，可以優(yōu)化本發(fā)明鎂碳磚制品的基質(zhì)組成，其在使用環(huán)境下能原位和電熔鎂砂細(xì)粉形成板狀式的鑲嵌尖晶石結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)制品的高溫強(qiáng)度，如碳含量在12%左右的普通鎂碳磚中，單獨(dú)加入博耐特(Bonite)細(xì)粉，制品的壽命可提高約15%；同時(shí)加入的金屬鋁纖維與基質(zhì)中的碳、氧化物高溫反應(yīng)，形成碳化物、尖晶石等針狀或柱狀纖維結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)制品的高溫強(qiáng)度，兩者的共同強(qiáng)化作用，使制品具有更好的高溫使用性能；利用添加劑博耐特(Bonite)細(xì)粉（六鋁酸鈣(CA6)）和金屬鋁纖維，可以發(fā)揮材料各自的優(yōu)異特性，即強(qiáng)化了制品的基質(zhì)本身性能，又增強(qiáng)了制品的整體高溫使用性能和抗侵蝕性；復(fù)合添加劑中還加入公司自制的鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉（采用201210149376.X的配方），可以降低MgO和博耐特(Bonite)細(xì)粉生成的MA尖晶石的溫度，抑制MgO的異常膨脹,提高制品韌性和抗?jié)B透性；熔融石英熔化溫度約1713℃，導(dǎo)熱系數(shù)低，熱膨脹系數(shù)幾乎是所有耐火材料中最小的，它具有極高的熱震穩(wěn)定性，本發(fā)明的鎂碳磚原料中輔以0.5-0.25mm顆粒形式的熔融石英，熔融石英大約在1200℃高溫下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅲ?dāng)溫度下降至300℃左右，方石英又由高溫型轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匦停@種高、低溫晶型轉(zhuǎn)變會(huì)在制品內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，增韌制品，當(dāng)溫度變化時(shí)，這些微裂紋會(huì)吸收異常膨脹，從而使制品的抗熱震性能大大提高。
本發(fā)明的鎂碳磚明顯改善了耐火材料的熱震穩(wěn)定性和提高了熱態(tài)抗折強(qiáng)度和熱態(tài)抗侵蝕性，即使制品的含碳量在2-15%波動(dòng)下，仍能滿足現(xiàn)有技術(shù)中冶煉不同鋼種的使用需求。本發(fā)明采用以上幾種原料，其復(fù)合作用顯著，即使制品碳含量在2-15%大幅度改變的情況下，其高溫強(qiáng)度，熱震穩(wěn)定性、抗渣性、抗?jié)B透性也會(huì)有很大的提高，達(dá)到比傳統(tǒng)高碳鎂碳磚更高的使用壽命；本發(fā)明方法制備的鎂碳磚在優(yōu)化制品基質(zhì)的同時(shí)，可使制品在使用過程中形成片狀或針狀、柱狀纖維式鑲嵌結(jié)構(gòu)的結(jié)合相，增強(qiáng)鎂碳磚結(jié)構(gòu)；在不同溫度下晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的微裂紋吸收異常膨脹增韌制品，生產(chǎn)出碳含量在2-15%，具有耐高溫、抗侵蝕、抗熱震性能好的鎂碳磚，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1。
利用復(fù)合添加劑增強(qiáng)鎂碳磚制備的方法如下。
步驟1、準(zhǔn)備骨料：粒度為1-10mm再生鎂碳磚45％，粒度為3-5mm電熔鎂砂5％，粒度為1-3mm電熔鎂砂10％，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂15％，按所需比例混合，備用。
步驟2、制備預(yù)混合粉：將粒度為0.1μm-88μm的電熔鎂砂細(xì)粉，重量百分比為10％；博耐特(Bonite)細(xì)粉（六鋁酸鈣(CA6)）4%，金屬鋁纖維0.5%，鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉合成砂細(xì)粉2%；瀝青粉0.5%，金屬硅粉1.5%，金屬鋁鎂合金粉1.5%，按比例預(yù)混合備用。
步驟3、混煉：將步驟1和步驟2中的骨料和預(yù)混合粉，粒度為500目的電極石墨2%，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2分鐘，再加3%的外加液體酚醛樹脂結(jié)合劑低速混煉15分鐘，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為0.25-0.5mm顆粒形式熔融石英3%，高速混煉25分鐘，使熔融石英均勻分布在泥料中，出料備用。
步驟4、混煉結(jié)束后從高速混煉機(jī)中放出泥料，困料1小時(shí)，再在在1000T摩擦壓磚機(jī)中打擊成型形成磚坯，打擊過程中每個(gè)磚坯打擊次數(shù)3輕8重，成型后磚坯。
步驟5、成型的磚坯經(jīng)過200-220℃溫度的隧道式干燥器中烘拷24小時(shí)，即可制成低碳鎂碳磚。
本實(shí)施例制備的低碳鎂碳磚和本公司生產(chǎn)的低碳鎂碳磚對比（專利號(hào)l201410822205.8）成品的主要物理性能如下。
進(jìn)行顯氣孔率、體積密度（GB/T2997-2000）、常溫耐壓強(qiáng)度（GB/T5072-2008）、熱震穩(wěn)定性（YB/T376.1-1995）、高溫抗折（GB/T3002）常規(guī)性能指標(biāo)檢測的數(shù)據(jù)，見表1。
表1 性能檢測結(jié)果。
從表1中數(shù)據(jù)對比：本發(fā)明的制品與原低碳鎂碳磚相比（碳含量均在3%左右），其耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性均有所提高，其它變化不大。
本發(fā)明的制品與原低碳鎂碳磚（制造工藝一樣，碳含量均在3%左右，只是添加劑不同，如博耐特、熔融石英等）在中冶石鋼京城鋼廠100噸特鋼精煉鋼包使用包齡從原來的60多次，提高到平均85次，質(zhì)量提升明顯。
實(shí)施例2。
利用復(fù)合添加劑增強(qiáng)鎂碳磚制備的方法。
步驟1、準(zhǔn)備骨料：粒度為1-10mm再生鎂碳磚50%，粒度為3-5mm電熔鎂砂5%，粒度為1-3mm電熔鎂砂5%，粒度為0.1-1mm電熔鎂砂10%，按所需比例混合，備用。
步驟2、制備預(yù)混合粉：將粒度為0.1μm-88μm的電熔鎂砂細(xì)粉，重量百分比為9%；博耐特(Bonite)細(xì)粉（六鋁酸鈣(CA6)）3%，金屬鋁纖維0.5%，鎂-鎂橄欖石合成砂細(xì)粉合成砂細(xì)粉2%；瀝青粉1%，金屬硅粉1%，金屬鋁鎂合金粉1.5%，按比例預(yù)混合，備用。
步驟3、混煉：將步驟1和步驟2中的骨料和混合粉，粒度為100目的石墨8%，粒度為500目的電極石墨2%，依次加入到混煉機(jī)中進(jìn)行低速混煉2-4分鐘，再加3%的外加液體酚醛樹脂結(jié)合劑低速混煉10-15分鐘，再向混煉機(jī)中的泥料中加入粒度為0.5-0.25mm顆粒形式熔融石英2%，高速混煉15-25分鐘，使熔融石英均勻分布在泥料中，出料，備用。
步驟4、混煉結(jié)束后從高速混煉機(jī)中放出泥料，困料1小時(shí)，再在在1000T摩擦壓磚機(jī)中打擊成型形成磚坯，打擊過程中每個(gè)磚坯打擊次數(shù)3輕8重，成型后磚坯。
步驟5、成型的磚坯經(jīng)過200-220℃溫度的隧道式干燥器中烘拷24小時(shí)，即可制成鎂碳磚。
本實(shí)例2制備的復(fù)合型鎂碳磚和本公司生產(chǎn)的普通鎂碳磚對比成品的主要物理性能如下。
進(jìn)行顯氣孔率、體積密度（GB/T2997-2000）、常溫耐壓強(qiáng)度（GB/T5072-2008）、熱震穩(wěn)定性（YB/T376.1-1995）、高溫抗折（GB/T3002）常規(guī)性能指標(biāo)檢測的數(shù)據(jù)，見表2。
表2 性能檢測結(jié)果。
從表中數(shù)據(jù)對比：本發(fā)明的制品與普通鎂碳磚相比（碳含量均在3%左右），其耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性均有所提高，其它變化不大。
本發(fā)明的制品與低碳鎂碳磚（制造工藝一樣，碳含量均在11%左右，只添加劑不同，如博耐特、熔融石英等）在通化鋼廠120噸鋼包使用包齡從原來的100多次，提高到120次以上，質(zhì)量提升明顯。