专利名称：复合结合镁碳砖及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合结合镁碳砖及其制备方法，属于耐火材料技术领域。
背景技术：
镁碳砖的主要成分是镁砂(主要化学成分是氧化镁)和碳素。氧化镁的熔点很 高，达到2800°C，具有很强的耐高温能力，但其抗热震性、抗渣渗透性差；以石墨为代 表的碳素材料熔点更高，并且其热膨胀系数低，抗热震性十分优异，在高温下钢水、钢 渣也不易浸润。镁碳砖就是将二者按一定的比例复合，组成的一种综合性能优异的耐火 材料，主要用作炼钢容器的内衬，可以直接接触钢水和熔渣。欧洲的镁碳砖主要用加热液化的浙青作结合剂，把物料加热到150°C左右，热态 下完成混炼、成型的过程，所以被称为热成型镁碳砖。热成型镁碳砖抗氧化性、抗热震 性俱佳。但是普通浙青中含1%左右致癌的苯并芘，在生产、烘烤、使用过程中浙青受 热排出大量有毒烟雾，含有苯并芘。苯并芘对人的健康有严重危害。热成型镁碳砖的另 外一个缺点是在首次烘烤过程中容易受热变形甚至塌陷。为了克服这个缺点需要在其中 添加硫磺。而硫是钢铁中的主要有害杂质。以日本为代表的一些地区主要用液态的酚醛树脂溶液作结合剂，在常温下完成 混炼、成型过程，被称作冷成型镁碳砖。传统的冷成型镁碳砖较为环保，但是抗氧化性 略差，需要添加金属抗氧化剂，但这样会使抗热震性变差。以前也有往冷成型镁碳砖中 添加0.5% 1.2%浙青粉的例子。但是由于混料过程中的结块现象严重，浙青粉加入量受 限，不能够均勻分布在镁碳砖中。该种镁碳砖中的浙青粉在烘烤过程中同样会挥发出有 毒烟雾，包括苯并芘。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合结合的镁碳砖，通过优化镁碳砖的基质结构达 到提高强度，抗氧化性、抗渗透性的目的。本发明的技术方案所述镁碳砖的成分按重量百分数计如下 镁砂70% 95% ；
酚醛树脂结合剂2% 4% ； 石墨化浙青2% 5%。所述镁碳砖的成分中还有碳素，碳素的含量是大于等于零，小于等于24%，单 位为重量百分数。所述复合结合镁碳砖制备步骤如下
(1)石墨化浙青的制备取中温浙青适量，投入高压反应釜中，控制最高压力为 1 5个标准大气压，不断搅拌并升温至400 440°C，保温2 5小时，期间馏分通过泄压阀 馏出；保温结束后，打开泄压阀，缓慢泄压至常压，控制温度350 400°C减压蒸馏，馏 出低分子挥发物，设备中剩余物料即为石墨化浙青；(2)复合结合镁碳砖的制备按所述配比将镁砂、酚醛树脂结合剂和石墨化浙青按 顺序加入逆流混合机中，启动逆流混合机，混合均勻(约8 25min)后排出混合料；将 混合料放入压机模具中，加压成型后得到成型的镁碳砖坯；将成型的镁碳砖坯放入窑道 中烘烤，控制温度为160 425°C，保温得到复合结合镁碳砖产品。在制备复合结合镁碳砖的制备，还添加碳素，碳素加入量是大于等于零，小于 等于24%，单位为重量百分数。加入时，应在加入石墨化浙青前、酚醛树脂结合剂后加 入碳素。所述石墨化浙青的固定碳含量278%，软化点^260°C。所述镁砂粒度小于或等于5mm。所述碳素为石墨、碳黑中的一种或两种物质的混合物。2% 5%石墨化浙青粉的加入可以起到以下作用
1、在镁碳砖被烘烤过程中，在200°C 500°C范围内，石墨化浙青粉软化、液化抵消 材料热膨胀，减少热膨胀率，一定范围内消除热膨胀带来的热应力。2、同样在上述温度范围内，树脂结焦产生气孔。液化的石墨化浙青可以渗透到 气孔中，与树脂碳结合起到复合结合作用。树脂和浙青碳化后形成镶嵌结构的韧性碳骨
^K ο3、给镁碳砖提供残炭，与碳素的作用相同。可以提高镁碳砖的导热系数、降低 热膨胀系数、降低材料内部温度梯度。4、该发明产品在常温下混料、成型，生产过程相对环保。5、高软化点的石墨化浙青粉配合特殊的混料技术，可以显著减少混炼过程中的 结块现象。所述石墨化浙青粉的制备过程中，浙青中大部分小分子物质包括97%以上的苯 并吡进入馏分，使得石墨化浙青的分子量显著增加，分子出现团聚现象，并呈现石墨化 结构。石墨化浙青粉的固定碳含量》8%，和中温浙青相比可挥发物减少约50%;石墨 化浙青粉软化点》60°C ；石墨化浙青中苯并吡含量降低到不超过500ppm。本发明的有益效果避免了传统的热成型镁碳砖在生产使用过程中产生的污 染，且保留了其良好的性能。采用本发明的复合结合镁碳砖，具有优良的抗热震性，适 用于急冷急热的区域。
具体实施例方式下述实施例中的含量均以重量百分数计。实施例1石墨化浙青的制备
取中温浙青适量，投入高压反应釜中，设定最高压力为5个标准大气压，不断搅拌 并升温至420°C，保温3小时，期间馏分通过泄压阀馏出；保温结束后，打开泄压阀，缓 慢泄压至常压，控制温度350 400°C范围内减压蒸馏，馏出低分子挥发物，设备中剩余的 物料即为石墨化浙青。实施例2复合结合镁碳砖的制备
将70%粒度小于等于5mm的镁砂、4%的酚醛树脂结合剂、24%的-197石墨和2% 的石墨化浙青粉按顺序加入逆流混合机中，启动逆流混合机，混合25min后出混合料；将混合料放入压机模具中，加压成型后得到镁碳砖砖坯；将镁碳砖砖坯放入隧道窑中烘 烤，控制温度160°C，总时间不低于12小时，得到产品复合结合镁碳砖。该产品经过高 温碳化后冷态强度高，适用于钢包包底、包壁、渣线部位。实施例3复合结合镁碳砖的制备
启动逆流混合机，将92.5%粒度小于等于3mm的镁砂、2.5%的酚醛树脂结合剂、5% 的石墨化浙青粉按顺序加入逆流混合机中，混合Smin后出混合料；将混合料放入压机模 具中，加压成型后得到镁碳砖砖坯；将镁碳砖砖坯放入窑道中烘烤至340°C，保温5小 时，得到产品复合结合镁碳砖。该产品残炭约5%，和一般的低碳镁碳砖相比抗剥落性显 著提高，适用于精炼钢包渣线部位。实施例4复合结合镁碳砖的制备
启动逆流混合机，将95%粒度小于等于4mm的镁砂、2%的酚醛树脂结合剂、0.5% 的N220碳黑和2.5%的石墨化浙青粉按顺序加入逆流混合机中，混合15min后排出混合 料；将混合料放入压机模具中，加压成型后得到成型的镁碳砖砖坯；将成型的镁碳砖砖 坯放入窑道中烘烤至425°C，保温4小时，得到产品复合结合镁碳砖。该产品碳含量低、 体积稳定性好、不易剥落，1400°C埋碳条件下高温抗折强度可达llMpa，能够用于VOD 炉风口部位。
权利要求
1. 一种复合结合镁碳砖，其特征在于所述镁碳砖的成分按重量百分数计如下镁砂70% 95% ；酚醛树脂结合剂2% 4% ；石墨化浙青2% 5%。
2.根据权利要求1所述的复合结合镁碳砖，其特征在于，所述镁碳砖的成分中还有碳 素，碳素的含量是大于等于零，小于等于24%，单位为重量百分数。
3.根据权利要求1所述的复合结合镁碳砖，其特征在于所述石墨化浙青的固定碳含量 >78%,软化点》60°C。
4.根据权利要求1所述的复合结合镁碳砖，其特征在于所述镁砂粒度小于或等于 5mm ο
5.根据权利要求1所述的复合结合镁碳砖，其特征在于所述碳素为石墨、碳黑中的一 种或两种物质的混合物。
6.制备权利要求1 5之一所述复合结合镁碳砖的方法，其特征在于所述复合结合镁碳 砖制备步骤如下(1)石墨化浙青的制备取中温浙青适量，投入高压反应釜中，控制最高压力为 1 5个标准大气压，不断搅拌并升温至400 440°C，保温2 5小时，期间馏分通过泄压阀 馏出；保温结束后，打开泄压阀，缓慢泄压至常压，控制温度350 400°C减压蒸馏，馏 出低分子挥发物，设备中剩余物料即为石墨化浙青；(2)复合结合镁碳砖的制备按所述配比将镁砂、酚醛树脂结合剂和石墨化浙青按 顺序加入逆流混合机中，启动逆流混合机，混合均勻后排出混合料；将混合料放入压机 模具中，加压成型后得到成型的镁碳砖坯；将成型的镁碳砖坯放入窑道中烘烤，控制最 高温度为160 425°C，得到复合结合镁碳砖产品。
7.如权利要求6所述的复合结合镁碳砖的制备方法，其特征在于在制备复合结合镁 碳砖的制备，还添加碳素，碳素加入量是大于等于零，小于等于24%，单位为重量百分 数。
8.如权利要求7所述的复合结合镁碳砖的制备方法，其特征在于加入碳素时，应在石 墨化浙青前、酚醛树脂结合剂后加入。
全文摘要
本发明涉及一种复合结合镁碳砖及其制备方法，属于耐火材料技术领域。该复合结合镁碳砖中含有石墨化沥青、碳素、镁砂，用酚醛树脂结合剂结合。这种复合结合镁碳砖的性能与普通镁碳砖相比，碳网络结构得到强化，高温强度提高，内部热应力降低，具有优良的抗热震性能，同时也解决了混料过程中产生的结块现象。本发明产品在生产、使用过程中具有环境友好性。
文档编号C04B35/66GK102010214SQ201010549250
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者俞晓东, 张雪松, 朱光永 申请人:江苏苏嘉集团新材料有限公司