专利名称：一种低碳镁碳砖及其制备方法
技术领域：
本发明属于镁碳砖技术领域，具体涉及一种低碳镁碳砖及其制备方法。
背景技术：
兴起于20世纪70年代的镁碳砖，由于具有良好的抗热震性和抗侵蚀性能，被广泛用于炼钢工业中。但传统镁碳砖由于碳含量较高，导热系数较大，导致能耗大，同时在VOD 精炼钢包中会引起钢水增碳以及消耗大量宝贵的石墨不可再生资源等问题。随着炉外精炼工艺的大力发展，低碳钢和超低碳钢的产量越来越高，因此镁碳砖的低碳化成为耐火领域的研究热点之一。低碳镁碳砖由于碳含量的减少，使得石墨原本具有的热导率大、热膨胀系数小和弹性模量小的特性难以再现，导致低碳镁碳砖的抗热震性变差。为解决低碳镁碳砖抗热震性差的缺点，日本研究人员通过采用纳米尺度的炭黑以及复合石墨化炭黑改性酚醛树脂，形成杂化树脂和高性能杂化树脂，用作结合剂，所制得的低碳镁碳砖比传统镁碳砖有更好的抗热震性和抗氧化性(藤原洋司，難波克成，高長茂幸· f )吁，MgO-C XiL ^ ^開凳(I報)“ f 7構造7卜>J 7 Θ効果，，·耐火物，2004， 56(3) :120)。国内也有研究人员采用加入不同数量的纳米炭黑改性酚醛树脂，并用作镁碳砖的结合剂，所制得的低碳镁碳砖的抗热震性及抗氧化性等方面与传统镁碳砖相比都有显著的改善和提高(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)。但适合工业化生产的复合石墨化炭黑的制备技术尚不成熟，纳米炭黑和复合石墨化炭黑在酚醛树脂中的分散技术也是一大难题。以上方法制备低碳镁碳砖，均是从结合剂改性出发，结合纳米技术，来提高材料的性能，但是制备成本较高，且酚醛树脂粘度较大，炭黑及复合石墨化炭黑的分散较难，因此工业化生产程度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备成本低、工艺简单和工业化程度高的低碳镁碳砖的制备方法，所制备的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是先以57 75wt%的电熔镁砂颗粒、 18 32wt%的电熔镁砂细粉、I 6wt%的鳞片石墨、I 12wt%的添加剂和I 4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2飞wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。添加剂的制备方法是用球磨机将2(T78wt%的炼钢废弃物和22 80wt%的含铝化合物混磨3(Tl20min，再将混磨后的物料压制成型，在130(Tl700°C条件下保温2飞小时，冷却后取出，即得该添加剂。含铝化合物为业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上。
在上述技术方案中电熔镁砂颗粒的级配是3 2mm为22 32wt%，2 Imm为 20 25wt%，、Γθ. 088mm为15 18wt% ;电熔镁砂细粉的粒度彡O. 088mm ;鳞片石墨的粒度 (O. 149mm ;抗氧化剂为Al粉、Si粉中的一种或两种，粒度< O. 088mm ;压制成型的压力为 12(T280MPa。由于采用上述方案，本发明将采用自制的二铝酸钙材料用作添加剂，即用球磨机将2(T78wt%的炼钢废弃物和22 80wt%的含铝化合物混磨3(Tl20min，再将混磨后的物料压制成型，在130(Γ1700 条件下保温2飞小时，冷却后取出，即得到所述的添加剂。用该添加剂所制备的低碳镁碳砖具有以下优点
1、本发明采用的添加剂制备成本低，工艺简单，降低了低碳镁碳砖的制备成本；
2、本发明制备低碳镁碳砖的工艺简单,适合工业化生产；
3、本发明制备的低碳镁碳砖的热震稳定性主要和材料本身的热膨胀系数、弹性模量及热导率等因素有关。热膨胀系数越小，越有利于材料的抗热震性。二铝酸钙具有高熔点((1765±25)°C)和低的热膨胀系数(200°C，1.4X10_6/°C ;1400°C，4.4X10_6/°C )， 理论上，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，可以提高其抗热震性。同时，根据 Al2O3-MgO-CaO三元相图分析，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，在高温下，其内部会生成少量的液相，在一定程度上可以吸收热应力，堵塞气孔，使得所制得的材料具有优良的抗热震性和抗氧化性。因此，本发明具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。在本具体实施方式
中，电熔镁砂细粉的粒度彡O. 088mm;鳞片石墨的粒度 (O. 149mm ;抗氧化剂的粒度彡O. 088mm ;添加剂的制备方法是用球磨机将20 78wt%的炼钢废弃物和22、0wt%的含铝化合物混磨3(Tl20min，再将混磨后的物料压制成型，在 130(Tl70(rC条件下保温2飞小时，冷却后取出，即得；其中的含铝化合物为业氧化铝、Al2O3 微粉和氢氧化铝中的一种以上。具体实施例中不再赘述。实施例I
一种低碳镁碳砖及其制备方法先以57飞4wt%的电熔镁砂颗粒、24 32wt%的电熔镁砂细粉、2 4wt%的鳞片石墨、5 12wt%的添加剂和2 4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2 4wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。本实施例中压制成型的压力为12(Tl80MPa ;抗氧化剂为Al粉；电熔镁砂颗粒的级配是:3 2mm 为 22 26wt%，2 Imm 为 20 22wt%，Γθ. 088mm 为 15 16wt%。本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为7. 89Γ8. 5%，体积密度为 3. 01 3. 03g/cm3，耐压强度47. 0 51· 5MPa ，侵蚀层厚度4. 3 4. 9mm, 1400°C时热膨胀系数为7. 7 8. IXlO-V0Co实施例2
一种低碳镁碳砖及其制备方法先以62 68wt%的电熔镁砂颗粒、23 29wt%的电熔镁砂细粉、r3wt%的鳞片石墨、4、wt%的添加剂和f 2wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料3 5wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。本实施例中压制成型的压力为17(T220MPa ;抗氧化剂为Al粉和Si粉的混合物； 电熔镁砂颗粒的级配是3 2mm为25 28wt%、2 Imm为21 23wt%、I O. 088mm为16 17wt%。本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为7.0°/Γ7. 5%，体积密度为 3. 02 3. 05g/cm3，耐压强度52. 0 58· 5MPa，侵蚀层厚度3. 5 4. 0mm, 1400°C时热膨胀系数为6. 8 7. 2 X IO^V0C ο实施例3
一种低碳镁碳砖及其制备方法先以65 70wt%的电熔镁砂颗粒、19 24wt%的电熔镁砂细粉、4 6wt%的鳞片石墨、3 7wt%的添加剂和I 2wt%的抗氧化剂为原料,混合均勻，再外加所述原料3 5wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。本实施例中压制成型的压力为20(T260MPa ;抗氧化剂为Si粉；电熔镁砂颗粒的级配是3 2mm 为 27 29wt%、2 Imm 为 22 24wt%、I O. 088mm 为 16 17wt%。本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为6.5%飞.9%，体积密度为 3. 05 3. 07g/cm3，耐压强度60. 5 68. OMPa，侵蚀层厚度:2. 9 3. 3mm, 1400°C时热膨胀系数为6. 5 6. 9X10_6/°C。实施例4
一种低碳镁碳砖及其制备方法先以69 75wt%的电熔镁砂颗粒、18 23wt%的电熔镁砂细粉、l 3wt%的鳞片石墨、l、wt%的添加剂和l 2wt%的抗氧化剂为原料,混合均勻，再外加所述原料4 6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。本实施例中压制成型的压力为21(T280MPa ;抗氧化剂为Al粉和Si粉的混合物； 电熔镁砂颗粒的级配是3 2mm为29 32wt%、2 Imm为23 25wt%、I O. 088mm为17 18wt%。本实施例制得的低碳镁碳砖烘干后的显气孔率为6.89Γ7.4%，体积密度为 3. 03 3. 06g/cm3，耐压强度50. 0 57· 5MPa，侵蚀层厚度3. 2 3. 5mm, 1400°C时热膨胀系数为7. 0 7· 5 X IO^V0C ο本具体实施方式
所制备的低碳镁碳砖具有以下优点
1、本具体实施方式
采用的添加剂制备成本低，工艺简单，降低了低碳镁碳砖的制备成
本；
2、本具体实施方式
制备的低碳镁碳砖工艺简单，适合工业化生产；
3、本具体实施方式
制备的低碳镁碳砖的热震稳定性主要和材料本身的热膨胀系数、弹性模量及热导率等因素有关。热膨胀系数越小，越有利于材料的抗热震性。二铝酸钙具有高熔点((1765±25)°C)和低的热膨胀系数(200°C，1.4X10-7°C;1400°C，4.4X10-7°C )， 理论上，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，可以提高其抗热震性。同时，根据 Al2O3-MgO-CaO三元相图分析，采用二铝酸钙材料作为低碳镁碳砖的添加剂，在高温下，其内部会生成少量的液相，在一定程度上可以吸收热应力，堵塞气孔，使得所制得的材料具有优良的抗热震性和抗氧化性。因此，本具体实施方式
具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
权利要求
1.一种低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于先以57 75wt%的电熔镁砂颗粒、18 32wt% 的电熔镁砂细粉、I 6wt%的鳞片石墨、I 12wt%的添加剂和I 4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2飞wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖;添加剂的制备方法是用球磨机将2(T78wt%的炼钢废弃物和22 80wt%的含铝化合物混磨3(Tl20min，再将混磨后的物料压制成型，在130(Tl70(rC条件下保温2飞小时，冷却后取出，即得。
2.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂颗粒的级配是:3 2mm 为 22 32wt%，2 Imm 为 20 25wt%，Γθ. 088mm 为 15 18wt%。
3.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的粒度< O. 088mm。
4.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的粒度 ^ O.149mm。
5.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述抗氧化剂为Al粉、 Si粉中的一种或两种，粒度< O. 088_。
6.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述压制成型的压力为 12(T280MPa。
7.根据权利要求I所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于所述含铝化合物为工业氧化铝、Al2O3微粉和氢氧化铝中的一种以上。
8.根据权利要求Γ7项中任一项所述的低碳镁碳砖的制备方法所制备的低碳镁碳砖。
全文摘要
本发明具体涉及一种低碳镁碳砖及其制备方法。其技术方案是先以57~75wt%的电熔镁砂颗粒、18~32wt%的电熔镁砂细粉、1~6wt%的鳞片石墨、1~12wt%的添加剂和1~4wt%的抗氧化剂为原料，混合均匀，再外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂进行混练，然后压制成型，干燥，即得低碳镁碳砖。所述添加剂的制备方法是用球磨机将20~78wt%的炼钢废弃物和22~80wt%的含铝化合物混磨30~120min，再将混磨后的物料压制成型，在1300~1700℃条件下保温2~5小时，冷却后取出，即得。本发明具有生产成本低、工艺简单和工业化程度高的特点，用该方法生产的低碳镁碳砖热膨胀系数低、抗热震性和抗氧化性优良。
文档编号C04B35/66GK102584277SQ20121000762
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者余西平, 刘丽, 武建芳, 赵继增, 顾华志, 黄奥 申请人:北京利尔高温材料股份有限公司, 武汉科技大学