一种不烧高纯镁钙砖及其制备方法与流程

本发明属于AOD、GOR、VOD及LF-VD精炼炉用耐火材料技术领域，具体涉及一种不烧高纯镁钙砖及其制备方法。

背景技术：

镁钙质耐火材料是一种碱性耐火材料，从上世纪60年代初被用做炼钢转炉的炉衬材料，为我国炼钢工业的发展做出了贡献。目前，已被大量的应用到不锈钢和洁净钢等高级钢种的精炼设备上，并且以较快的速度发展，尤其在AOD、GOR、VOD及LF-VD精炼炉的应用中发展最为快速。镁钙质耐火材料主要以烧成镁钙砖为主，烧成镁钙砖之所以能够取代镁铬砖成为AOD炉的主要炉衬材料是因为具备净化钢水、抗高碱度，能延长炉衬的使用寿命。

但是，目前的镁钙砖的制备主要以高温烧结为主，由于国家倡导使用清洁能源，减少环境污染，因此在耐火材料的高温烧结过程通常采用天然气燃烧提供热能，虽然能一定程度上减少环境污染，但是仍然会产生一定量的温室气体，影响大气环境，并且会存在天然气爆炸等安全隐患；同时天然气的成本相对较高，因此，研制一种无需高温烧成、成本低、、节能减排、性能优越的不烧高纯镁钙砖是十分必要的。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种不烧高纯镁钙砖及其制备方法。本发明一种不烧高纯镁钙砖具有纯度高、密度大、强度高、高温热震稳定性好、耐腐蚀性强且抗熔融金属和抗氧化能力强、无有害气体排放符合绿色耐材标准等优点；本发明制备方法简单、无需高温烧成、成本低、原料本身无碳无铬排放，取代镁碳砖和镁铬砖，实现无碳无铬排放，无污染零排放，洁净钢水、节能减排、制备安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为。

一种不烧高纯镁钙砖，包括骨料、粉料和结合剂，所述骨料的原料按重量份数组成如下：高纯度电熔镁砂（MgO≥98%，0.1 mm＜临界颗粒＜1mm）5-10份、烧结镁砂（MgO≥99%，临界颗粒为7mm）20-35份、镁钙砂（MgO和CaO的总含量为98.5%、氧化镁40%-45%，氧化钙55%-50%，临界颗粒为7mm）40-55份；所述粉料的原料按重量份数组成如下：高纯度电熔镁砂粉（Mg≥98%，粒度300-350目）15-20份、陶瓷烧结剂（粒度2000-3500目）1-4份、稀土氧化物（粒度2000-3500目）0.5-0.9份；结合剂固体粉 0.5-1份、液体结合剂 1-3份。

本发明的一种优选方案，包括骨料、粉料和结合剂，所述骨料的原料按重量份数组成如下：高纯度电熔镁砂（MgO≥98%，0.1 mm＜临界颗粒＜1mm）10份、烧结镁砂（MgO≥99%，临界颗粒为7mm）25份、镁钙砂（MgO和CaO的总含量为98.5%、氧化镁40%-45%，氧化钙55%-50%，临界颗粒为7mm）35份；所述粉料的原料按重量份数组成如下：高纯度电熔镁砂粉（MgO≥98%，粒度300-350目）30份、陶瓷烧结剂（粒度2000-3500目）1-3份、稀土氧化物（粒度2000-3500目）0.6份；结合剂固体粉0.7份 、液体结合剂2份。

本发明的另一种优选方案，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化铈、氧化镧、氧化铷和氧化镨中的一种或两种。

进一步的，所述结合剂固体粉为有机结合剂。

本发明的第三种优选方案，还包括陶瓷烧结剂0.5-2份。

进一步的，所述陶瓷烧结剂为无机结合剂。

一种不烧高纯镁钙砖的制备方法，步骤如下：

（1）按重量份数秤取高纯度电熔镁砂、烧结镁砂和镁钙砂，放入破碎机中进行破碎，破碎之后加入球磨机中进行粉碎，粉碎之后再用振动筛筛出粒度为粒度100-150目的骨料；

（2）按重量份数秤取高纯度电熔镁砂粉、结合剂固体粉、稀土氧化物和陶瓷烧结剂放入容器中混合配置成粉料；

（3）混料：将配制的骨料放入泥料混炼机中，加入陶瓷结合剂，转速50-60r/min搅拌时间10-20分钟，在搅拌时加液体结合剂至陶瓷结合剂形成浆料包裹在骨料表面，再加入上述步骤（2）制备的粉料继续混合搅拌，搅拌时间30-50分钟；

（4）成型：称量一定量的混料放入压机中成型，压机压力为1000吨；

（5）干燥：将成型的复合砖坯放入电加热干燥装置进行干燥，干燥温度为200℃-240℃，干燥24-28小时，即得成品。（电加热干燥装置可以选用微波干燥窑）。

本发明的有益效果：

（1）性能优越。

本发明不烧高纯镁钙砖采用优质原料（高纯度MgO≥98%电熔镁砂、高纯度Mg≥98%电熔镁砂粉、MgO≥99%烧结镁砂、MgO和CaO的总含量为98.5%、氧化镁40%-45%，氧化钙55%-50%镁钙砂）配合纳米级的复合微粉（粒度为2000-3500目），降低杂质含量，提高抗侵蚀性；由表2可知本发明的性能远高于国内镁钙砖的性能标准，具有纯度高，密度大，强度高、气孔率小和收缩率低等优点；由图1-8可知，本发明具有高温热震稳定性好、抗渣侵蚀性强、抗氧化能力强等优点，降低渗透率，延长炉衬寿命。

（2）降低成本。

本发明的制备方法在电加热干燥装置200-240℃以内烘烤进行对镁钙砖的干燥即得性能优越的成品，传统的高温烧结需要燃烧天燃气提供热能，而天然气砖烧成成本为600元/吨左右，本发明的制备过程中免烧烘烤成本为50-100元/吨，降低成本，节能降耗。

（3）无污染零排放。

本发明在AOD、GOR、VOD及LF-VD精炼炉应用中无有害气体排放，经国际耐火材料检测中心和国家建筑材料质量监督检验中心检测达到绿色耐材标准，解决了碳及铬污染的环保难题；在制备过程中不采用天然气提供热能高温烧结，采用电能低温烘烤技术在200-240℃进行制备，克服了天然气的价格贵和天然气燃烧后的产生的CO₂等一系列问题。

（4）无安全隐患。

本发明与传统镁铬砖相比，配料中不加入含碳和铬的原料，不污染环境，工人工作条件大为改善；并且不存在天然气会引发的任何安全隐患问题。

附图说明

图1为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖抛光的（250X，100μm）的扫描电镜图。

图2为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖抛光的（800X，100μm）的扫描电镜图。

图3为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖断口的（400X，100μm）的扫描电镜图。

图4为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖断口的（1.00KX，10μm）的扫描电镜图。

图5为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖使用后的（800X，100μm）的扫描电镜图。

图6为实施例2制备的不烧高纯镁钙砖使用后的（2.00KX，10μm）的扫描电镜图。

图7为实施例2的原料镁钙砂抛光的（400X，100μm）的扫描电镜图。

图8为实施例2的原料烧结镁砂抛光的（200X，100μm）的扫描电镜图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1。

分别按以下表1中指定的各组分秤取原料，制备方法如下。

（1）按重量份数秤取高纯度电熔镁砂、烧结镁砂和镁钙砂，放入破碎机中进行破碎，破碎之后加入球磨机中进行粉碎，粉碎之后再用振动筛筛出粒度为粒度100-150目的骨料；

（2）按重量份数秤取高纯度电熔镁砂粉、结合剂固体粉、稀土氧化物和陶瓷烧结剂放入容器中混合配置成粉料；

（3）混料：将配制的骨料放入泥料混炼机中，加入陶瓷结合剂，转速50-60r/min搅拌时间10-20分钟，在搅拌时加液体结合剂至陶瓷结合剂包裹在骨料表面，再加入上述步骤（2）制备的粉料继续混合搅拌，搅拌时间20-30分钟；

（4）成型：称量一定量的混料放入压机中成型，压机压力为1000吨，先轻打3次，后重打7次。半成型体积密度不小于3.12-3.15g/cm³.干燥后大于3.02g/cm3；

（5）干燥：将成型的复合砖坯放入电加热干燥装置进行干燥，干燥温度为200-240℃，干燥24-28小时，即得成品。

本发明实施例1的制备成品对其进行物理力学性能指标检验。在表2中列出了测试结果。

实施例2。

按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，在表2中列出了测试结果。将实施例2制备的不烧高纯镁钙砖在1750℃下煅烧24小时。煅烧后的残砖断口的电镜扫描图如5和图6所示。

实施例3。

按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，在表2中列出了测试结果。

表1 本发明实施例1-3的原料配比表。

一、性能检测。

1.对本发明的实施例2进行电镜扫描，结果如图1至6所示。

本发明的原料镁钙砂和烧结镁砂的抛光扫描电镜图（图7和图8）所示；本发明随机选取实施例2制备的不烧高纯镁钙砖进行电镜扫描，如图1-4所示；将实施例2制备的不烧高纯镁钙砖在1750℃下煅烧24小时。煅烧后的残砖断口的电镜扫描图如5和图6所示；结合图1-8显示可知，实施例2制备的不烧高纯镁钙砖抛光的扫描电镜图结果显示均匀分部骨料与基质胶结充分，煅烧后没有明显变化，说明不烧高纯镁钙砖具有优良的热震稳定性。

2. 对实施例1-3制备的不烧高纯镁钙砖进行性能检测，结果如表2。

表2不烧高纯镁钙砖理化指标。

由表2可知，本发明制备的不烧高纯镁钙砖的体积密度在2.96-3.07g/cm³之间，气孔率在9.5-10.0%，由此可见，说明本发明耐腐蚀性强且抗熔融金属和抗氧化能力强；本发明的200-240℃烘烤耐压强度为85Mpa以上，说明本发明具有较高的耐压强度；并且本发明的制备过程中无铬碳的添加，无有害气体排放符合绿色耐材标准。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。