专利名称：含碳耐火材料的物质组分及产品的制造方法
技术领域：
本发明涉及耐火材料技术并且可在耐火材料行业中用于制备含碳耐火材料，这些含碳耐火材料用于衬垫高温熔炼设备，例如转炉、电气炼钢炉和浇注钢包。
背景技术：
在已知的物质制备方法中，0. 1-30 wt. %的抗氧化剂、20-60 wt. %的热塑性碳质物、17-50 wt. %的煤增塑剂、石油或合成天然成分于5-20°C的软化温度下经过过热的增塑剂形成颗粒，这些颗粒的重量百分比为5-50%，分布在经过2-8 wt. %的液态碳质增塑剂进行处理的60-95 wt. %的耐火颗粒填料中，并且它们静置的时间为1-24小时，之后，形成产品(专利 RU 2151123, C 04 B 35/035 35/103)。本方法实现了颗粒状抗氧化剂的均匀分布，能够减少工艺步骤，并且能够消除物 质制备过程中产生的灰尘和爆炸危险。然而，在增高的温度下形成颗粒需要使用专门的设备，并且在使用煤或石油源的加热增塑剂时，不可避免地会产生维持工业环境的生态清洁度的问题。在已知的制备耐火材料的方法中，将以下成分-70-97 wt. %的死烧镁砂、3-30wt. %的呈片状石墨形式的碳成分以及超过100%的0. I至10 wt. %的抗氧化剂和0. I至6wt. %的碳粘结剂，尤其是含有浙青的酚醛树脂材料，进行一次性混合，同时不进行加热(专利 US 5262367、 C04 B 35/04)。已知方法中的耐火材料具有制造工艺性，并且在粘结剂固化之后，其强度与浙青粘结剂上的产品的耐久性相当。然而，产品的高温特性并不足够出色，同时且无法将耐火材料应用于熔炼设备衬垫的密集区域，特别是金属喷流的下落区域和浇注钢包的渣带中。
发明内容
最接近所主张内容的是本发明的批量制备含碳耐火材料的方法，包括将70-97wt. %的耐火成分、3-30 wt. %的复合固体碳填料(其含有比表面积为8-10 m2/g的石墨和碳黑，从而实现碳黑和石墨的比值为(1:5)- (1:10))，以及超过100%的0. 1-10 wt. %的抗氧化剂和4. 8 wt. %的含有浙青和酚醛树脂的复合氧化粘结剂进行混合，并且该混合分为两个阶段进行在第一阶段，碳黑均匀地分布在抗氧化剂、复合氧化粘结剂的粉状部分和耐火成分的微粉部分中，并且之后，对含有颗粒状耐火成分的物质的所制备细分散部分、石墨以及复合粘合剂的液态部分进行搅拌(专利RU 2214378、C 04 B 35/035)
采用制备具有特定组分的物质的本方法能够获得具有高度平衡的强度和抗渣性组合的耐火材料。但是，在中间桨式混合机中制备抗氧化剂、碳黑、复合氧化粘结剂的粉状部分以及耐火成分的混合物的过程中，由于部分氧化的作用，抗氧化剂的功能特性会变弱。由于对石墨进行了保护，抗氧化剂并未分布于石墨中，而是在最终的混合期间，随意地分布于混合机中包括各种成分的填料颗粒与石墨之间。抗氧化剂的效率在碳成分的质量增加时实际上未发生变化。因此，加入了抗氧化剂的耐火材料的性能水平与未加入无法满足消费者需求的抗氧化剂的同类组分相比，略微地有所增加。本发明的技术结果包括创造出耐火材料，其特征在于操作温度下的较高热机械性能，以及强抗氧化性。获得该特定技术结果的原因在于，含碳耐火材料的物质组分，包括颗粒状和磨碎的耐火成分、固体碳的复合成分以及酚醛粘结剂，根据本发明，还包含以下重量百分比的固体热塑性粘结剂和硫
颗粒状耐火成分60-85
磨碎的耐火成分10-25
固体碳的复合成分5-15
超过100%的酚醛粘结剂I. 0-5. 5
超过100%的固体热塑性粘结剂0. 5-5. 0
超过100%的硫0.1-2。另外，含碳耐火材料的物质组分包含0. 1-5%的超过100%重量百分比的抗氧化剂。获得该特定技术结果的原因在于，制备产品的方法包括将颗粒状和磨碎的耐火成分、固体碳的复合成分以及酚醛粘结剂进行混合、形成产品以及热处理，根据本发明，混合分为多个阶段进行在第一阶段，耐火材料的颗粒状耐火成分与固体热塑性粘结剂进行混合以完成混合物的均质化，在第二阶段，将酚醛树脂、固体碳的复合成分以及磨碎的耐火成分加入所得的混合物中。另外，在混合结束的3-5分钟之前，引入抗氧化剂。另外，物质不会静置超过4个小时，在形成产品之后，在80°C以上的温度下，进行热处理。所公开的发明能够获得具有较高热机械性能、抗氧化性以及较高的针对金属和残渣的影响的抗腐蚀性和抗磨损性的产品。物质的制备在室温下进行，这消除了固体热塑性粘结剂和硫之间的反应，以及同时伴有的硫化氢毒烟的释放。在所提供的技术方案中，能够使用熔化且烧结的方镁石、熔化且烧结的氧化铝、熔化且烧结的氧化铝-镁尖晶石，烧结的铝土岩或其混合物作为耐火成分。耐火成分通常是以颗粒形式或磨碎的形式进行使用。为了增强耐火材料(它的形成是由于作为固体碳复合成分的物质的高强度石墨状晶体框的热降解)的微观结构，可以加入5-15 wt. %的石墨和碳黑的混合物。由于物质摩擦系数的增大，因此，引入低于5-15 wt. %的固体碳复合成分将使得产品的可压缩性复杂化。引入超过15 wt. %的固体碳复合成分将会在去除压载荷之后，促使耐火材料的弹性膨胀的 集中增长，从而导致裂纹和产品机械强度的降低。在混合的第二阶段引入固体碳复合成分不仅会增强物质的流变性质，而且能够形成耐火材料的微细孔隙结构，这将削弱残渣向孔内的毛细管移动。煤焦油蒸馏后的可熔重残余部分在当前技术方案中用作固体热塑性粘结剂。由于高温下热解的缘故，引入少于0. 5 wt. %的固体热塑性粘结剂不会获得可塑性足够高的碳粘结剂。在引入大于5 wt. %的固体热塑性粘结剂时，将会形成在加热时可塑性高且强度低的产品结构，这将导致使用中产品的破裂和脱离。为了使得固体热塑性粘结剂进行聚合且形成更具粘性的粘结剂，将引入0. 1-2Wt. %的硫粉末。由于在加热期间气体会密集地形成，因此，引入大于2 Wt. %的硫粉末将导致耐火材料的结构松散。在固体热塑性粘结剂和硫的第一阶段进行引入能够获得开气孔率低的颗粒状均质混合物。可以将铝金属、铝粉、钝化再生铝、铝镁合金、晶体硅、碳化硅和氮化硼用作抗氧化剂。在混合的第一阶段引入抗氧化剂能够保持其功能特性。在所公开的技术方案中，采用了线性酚醛树脂或甲阶酚醛树脂。有机溶剂酚醛树脂可呈现为乙二醇、呋喃甲醇。按照所公开的顺序和所公开的量对成分进行引入能够获得高密度的产品，这提高 了它们在操作温度下的热机械性能和抗氧化性能、以及较高的针对金属和残渣的影响的抗腐蚀性和抗磨损性。本技术方案具有新颖性、发明性和行业应用性，并且能够获得性能特征优于原型的广品。
具体实施例方式下面列出了以所公开的方法制备物质的实例以及实现组分的实例。表I中给出了物质的组分，表2中给出了所制备的耐火材料的特性。实例
含有75 wt. %的颗粒状熔化方镁石、15 wt. %的微粉化熔化方镁石、9 wt. %的片状石墨、1.0 wt. %的碳黑、2.0 wt. %的固体热塑性粘结剂、1.0 wt. %的硫、2.0 wt. %的钝化再生铝以及2. 5 wt. %的酚醛粘结剂(表I中的第I部分)的物质按照如下方法进行制备。在混合机中进行物质的混合，其中具体的量对应于物质的组分，并且加入颗粒状熔化方镁石、固体热塑性粘结剂以及硫并搅拌2分钟，然后将乙二醇、石墨和碳黑、微粉化熔化方镁石和粉末状酚醛树脂加入至所得混合物中并搅拌10分钟。在最后阶段中，混合结束的3至5分钟之前，将钝化再生铝引入物质中，物质静置2小时，之后，产品在140 N/mm2的比压下进行成型，并且在未接触的前提下，于100°C的温度下进行热处理，
确定热处理后的视密度。为了确定经过热处理的产品的参数值，例如“600°C下的抗弯强度”以及“1000°C下焦化后的开气孔率”，对大小为30x30x50 mm和250x 25x 25 mm的样本进行切割，然后将它们放置于具有焦炭填包料的盒体中，关上盖子并在炉中将其加热10小时，以达到1000°C(经过焦化)。1000°c下的持续时间为2小时。确定大小为30 X 30 X 50mm的样本的开气孔率，并且当大小为250 x 25 x 25 mm的样本在特殊设备中加热至600°C时，通过三点弯曲测试其抗弯强度。表2中列出了产品的特性。表I中的物质组分2-6以相同地方式进行制备，形成了所制备物质的产品，进行热处理并且产品在1000°c下进行焦化并进行测试。物质按照如下方式进行制备，以根据已知方法(原型)进行产品制造。根据物质配方，将细分散的烧结方镁石、碳黑、铝金属、粉状酚醛粘结剂以及浙青粉末加入至桨式混合机中并搅拌12分钟。
在强力混合机中进行物质所有成分的混合，其中具体的量对应于物质的组分，并且加入颗粒状烧结方镁石，倒入2/3所需量的乙二醇并搅拌2分钟，然后，注入石墨并搅拌3分钟，倒入剩余量的乙二醇并搅拌3分钟，随后倒入之前制备的烧结方镁石、浙青、碳黑、酚醛树脂粉末和铝金属的细分散混合物并最终将所有成分混合5分钟。按照所公开方法的所述实例，进行产品的形成、热处理、焦化以及特性定义。表2中列出了产品的特性。因此，所提出的组分以及制造含碳产品的方法能够获得特性指标明显优于已知方法的耐火材料。表I
权利要求
1.含碳耐火材料的物质组分，包括颗粒状和磨碎的耐火成分、固体碳的复合成分以及酚醛粘结剂，根据本发明，还包含以下重量百分比的固体热塑性粘结剂和硫 颗粒状耐火成分60-85 磨碎的耐火成分10-25 固体碳的复合成分5-15 超过100%的酚醛粘结剂I. 0-5. 5 超过100%的固体热塑性粘结剂O. 5-5. O 超过100%的硫0.1-2。
2.根据权利要求I所述的含碳耐火材料的物质组分，包含O.1-5%的超过100%重量百分比的抗氧化剂。
3.一种制备产品的方法，包括将颗粒状和磨碎的耐火成分、固体碳的复合成分以及酚醛粘结剂进行混合、形成产品以及热处理，其中，混合分为多个阶段进行在第一阶段，颗粒状耐火成分与固体热塑性粘结剂进行混合以完成混合物的完全均质化，在第二阶段，将酚醛树脂、固体碳的复合成分以及磨碎的耐火成分加入所得的混合物中。
4.根据权利要求3所述的一种制备产品的方法，其特征在于，在混合结束的3-5分钟之前，引入抗氧化剂。
5.根据权利要求3所述的一种制备产品的方法，其特征在于，物质不会静置超过4个小时，在形成产品之后，在80°C以上的温度下，进行热处理。
全文摘要
本发明涉及耐火材料技术并且可在耐火材料行业中用于制备含碳耐火材料，这些含碳耐火材料用于衬垫高温熔炼设备。含碳耐火材料的物质组分包括耐火成分、固体碳的复合成分和酚醛粘结剂，此外，还包含以下重量百分比的固体热塑性粘结剂和硫颗粒状耐火成分60-85，磨碎的耐火成分10-25，固体碳的复合成分5-15，超过100%的酚醛粘结剂 1.0-5.5，超过100%的固体热塑性粘结剂0.5-5.0，超过100%的硫0.1-2。另外，含碳耐火材料的物质组分包含0.1-5%的超过100%重量百分比的抗氧化剂。制备耐火材料的方法包括将耐火成分、固体碳的复合成分以及酚醛粘结剂进行混合、形成产品以及热处理。另外，在混合结束的3-5分钟之前，引入抗氧化剂。另外，物质不会静置超过4个小时，在形成产品之后，在80℃以上的温度下，进行热处理。
文档编号C04B35/622GK102775157SQ20121014285
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月10日 优先权日2011年5月12日
发明者亚露希娜·塔贾娜·维克托洛娃, 塔拉图金·格里高利·弗拉基米罗维奇, 奥德高夫·谢尔盖·尤列维奇, 杜耐夫·弗拉基米尔·伐勒里维奇, 涅纳舍夫·伊夫格尼·尼古拉耶维奇, 科罗斯捷列夫·塞奇·帕夫洛维奇, 谢里斯金·塞奇·尼古拉耶维奇, 里安·阿舍特·亚历山德罗维奇, 阿克塞劳德·列夫·莫伊塞耶维奇, 雪罗夫·马克西姆·鲍里索维奇 申请人:梅格耐津特集团有限公司