一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法与流程

本发明属于钢铁冶金用耐火材料制备技术领域，涉及一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法。

背景技术：

铝碳(al2o3-c)耐火材料具有良好的化学稳定性、抗侵蚀性和抗热震性及高温强度，广泛应用于高炉、连铸中间包(滑板、长水口、浸入式水口、整体塞棒)和铁水预处理容器衬等。然而，铝碳耐火材料碳含量(质量分数)一般在10％左右，在浇铸过程中会出现热传导快、热量损失、释放温室气体等严重问题，因此开发和研究超低碳铝碳耐火材料在生态环境和超低碳钢材生产方面尤为重要。

为了降低碳对钢水的污染，提高钢材质量，选用低碳含量的铝碳材料显得尤为重要。而超低碳/低碳铝碳材料因石墨含量的减少，导致耐火材料制品的抗热震性和抗渣侵蚀性显著下降。因此，降低铝碳耐火材料中碳含量的同时，如何改善耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性成为含碳耐火材料的研究热点之一。

sic具有良好的耐高温性能和抗热震性，且其氧化产物sio2也具有良好的高温性能。同时，目前sio2基天然矿物或废渣很丰富，由此经碳热还原法可制备出一系列sic基复合微粉，与工业sic粉相比，其成本显著降低，且粒度细小。将sic基合成料作为添加剂引入到到超低碳铝碳材料中，可有效地提高耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性。

技术实现要素：

在降低铝碳耐火材料碳含量的前提下，改善耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性，本发明提出了一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法。

本发明先将sio2基天然矿物或废渣、碳源充分混匀后，置于高温炉中，在惰性或还原性气氛下制备sic基合成料；然后按照一定的配比，将sic基合成料与电熔刚玉细粉充分混匀，按照铝碳耐火制品的生产方法，经成型、干燥、高温热处理后，得到抗热震性和抗渣性良好的sic基合成料改善的超低碳铝碳耐火材料。

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，包括以下步骤：

步骤一、sic基复合微粉的合成：

(1)将sio2基天然矿物或废渣、碳源充分混匀；

(2)将混匀后的原料放入高温炉内充分进行碳热还原反应，在惰性或还原气氛下制备得到sic基合成料；

(3)将得到的sic基合成料于700℃空气条件下保温2h，去除多余的碳；

步骤二、sic基合成料改善的超低碳铝碳耐火材料试样的制备与抗热震性测试：

(1)将电熔刚玉、天然石墨、sic基合成料、酚醛树脂按照(85％～95％)：(1％～2％)：(2％～10％)：1％的质量配比称料，并搅拌混合均匀；

(2)将混匀后的原料压制成素坯；

(3)将素坯于120℃下充分干燥后，于1300～1600℃惰性或还原气氛下热处理2～8h；

(4)将热处理且改善后的超低碳铝碳耐火材料置于1200℃的高温炉中加热30min后空冷30min，来回反复直至破裂，记录热震循环次数；

(5)测量热处理且改善后的超低碳铝碳耐火材料热震前的抗折强度及热震1次后的残余抗折强度，后者与前者的比值称为强度保持率，强度保持率越大表示耐火材料的抗热震性越好；

步骤三、sic基合成料改善的超低碳铝碳坩埚的制备与抗渣侵蚀性测试：

(1)将电熔刚玉、天然石墨、sic基合成料、酚醛树脂按照(85％～95％)：(1％～2％)：(2％～10％)：1％的质量配比称料，并搅拌混合均匀；

(2)将混匀后的原料压制成坩埚；

(3)将坩埚于120℃充分干燥后，于1300～1600℃惰性或还原气氛下热处理2～8h；

(4)将1kg炉渣置于sic基合成料改善的超低碳铝碳坩埚中；

(5)将坩埚置于1500～1600℃惰性气氛下的高温炉中热处理2～8h；

(6)坩埚随炉自然冷却置室温，将坩埚沿直径方向纵向切开，观察炉渣与坩埚内壁反应情况，分析炉渣渗透层的微观结构与炉渣组成。

本发明优选的技术方案中：在步骤一(1)中，所述的sio2基天然矿物或废渣为红柱石、硅线石、叶蜡石、粘土、蓝晶石、锆英石、粉煤灰、煤矸石、铁矿石尾矿中的一种。

本发明优选的技术方案中：在步骤一(1)中，所述的碳源为活性炭、炭黑、石墨粉和无烟煤中的一种。

本发明优选的技术方案中：所述的高温炉为可通保护气体的箱式电阻炉、管式电阻炉和隧道窑中的一种。

本发明优选的技术方案中：在步骤一(2)中，所述的碳热还原反应过程，需要通入ar、n2保护气，其流量为1.0～3.0l·min^-1。

本发明优选的技术方案中：在步骤一(2)中，所述的高温炉中碳热还原反应合成温度为1550～1750，℃保温时间为4～10h。

本发明优选的技术方案中：在步骤二(1)中，添加剂sic基合成料为sic-al2o3、sic-zro2、sic-zrc中的一种，其质量分数为2％～10％。

本发明优选的技术方案中：所述的天然石墨的质量分数为1％～2％，电熔刚玉的质量分数为85％～95％，酚醛树脂的质量分数(外加)为1％。

本发明优选的技术方案中：在步骤二(2)和步骤三(2)中，所述成型压力为150～250mpa。

本发明优选的技术方案中：所述的步骤三(4)中，所述的炉渣的质量分数分别为：40％cao，40％sio2，10％na2o，4％mgo，2％fe2o3和4％al2o3。

本发明优选的技术方案中：所述的步骤三(6)中，炉渣渗透层的微观结构通过金相显微镜分析；所述的炉渣渗透层内的炉渣组成和sic基合成料的组成通过x射线衍射分析；

本发明的一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，降低了铝碳耐火材料的碳含量，改善了耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性，达到了钢铁冶金工艺对相关耐火材料部件的质量要求。以sio2基天然矿物或废渣(红柱石、硅线石、叶蜡石、粘土、蓝晶石、锆英石、粉煤灰、煤矸石、铁矿石尾矿)和碳源(活性炭、炭黑、石墨粉和无烟煤)为主要原料，利用碳热还原法制备sic基合成料，进而生产抗热震性和抗渣性良好的超低碳铝碳耐火材料，工艺简便易行，利于大批量生产。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例中，一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法的工艺流程图如图1所示。

实施例1

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，包括以下步骤：

步骤一、sic-al2o3复合微粉的合成：

(1)将叶蜡石、炭黑按照1000:200的质量比称量，并进行搅拌混匀；

(2)将混匀后的原料放入高温炉中，于1650℃保温4h、氩气下进行碳热还原反应，合成sic-al2o3复合微粉；

(3)将sic-al2o3复合微粉于700℃空气条件下保温2h，以去除多余的碳；

步骤二、sic-al2o3改善的超低碳铝碳耐火材料试样的制备与抗热震性测试：

(1)将电熔刚玉、天然石墨、sic-al2o3复合微粉按照930:20:50的质量比称料，外加上述原料1％(质量分数)的液体酚醛树脂，并搅拌混合均匀；

(2)将混匀后的原料在200mpa压力下压制成条状试样；

(3)将试样于120℃充分干燥后，于1400℃氩气气氛下热处理2h；

(4)将热处理且改善后的试样置于1200℃的高温炉中加热30min后空冷30min，来回反复直至其破裂，记录热震循环次数；

(5)测量并计算热处理且改善后的试样热震1次后的残余抗折强度与热震前的抗折强度的比值，为强度保持率；

步骤三、sic-al2o3改善的超低碳镁碳坩埚的制备与抗渣性测试：

(1)将电熔刚玉、天然石墨、sic-al2o3复合微粉按照930:20:50的质量比称料，外加上述原料1％(质量分数)的液体酚醛树脂，并搅拌混合均匀；

(2)将混匀后的原料在200mpa压力下压制成坩埚；

(3)将坩埚于120℃充分干燥后，于1400℃氩气气氛下热处理2h；

(4)将1kg炉渣置于sic-al2o3改善后的超低碳镁碳坩埚中；

(5)将坩埚置于1500℃氩气气氛下热处理3h；

(6)坩埚随炉自然冷却置室温，将坩埚沿直径方向纵向切开，观察炉渣与坩埚内壁反应情况，分析炉渣渗透层的微观结构与炉渣组成。

经检测，所得复合微粉的主要晶相为β-sic、α-al2o3，微粉颗粒尺寸约为1μm。将其添加到超低碳铝碳耐火材料中，发现所制耐火制品的抗热震性和抗渣性较好。其热震循环次数为14次，强度保持率为38.8％，侵蚀层厚度为0.5mm。炉渣与坩埚内壁表面比较光滑，覆有一层很薄的渣层；炉渣中含有β-sic与α-al2o3颗粒，增加了炉渣的表观粘度，延缓了炉渣对超低碳铝碳耐火材料的侵蚀。

实施例2

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，同实施例1，不同之处在于：

(1)步骤1(1)中所用的叶蜡石和炭黑改为粉煤灰和活性炭，且其质量配比为1000:500；

(2)步骤1(2)中制备sic-al2o3复合微粉的温度为1600℃；

经检测，所得复合微粉的主要晶相为β-sic、α-al2o3，还含有少量的fesi；微粉颗粒尺寸约为1μm。将其添加到超低碳铝碳耐火材料中，发现所制耐火制品的抗热震性和抗渣性较好。其热震循环次数为15次，强度保持率为40.6％，侵蚀层厚度为0.8mm。

实施例3

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，同实施例1，不同之处在于：制备sic基合成料的原料是煤矸石和炭黑，其质量配比为1000:400。

经检测，所得的sic-al2o3复合微粉的主要晶相是β-sic、α-al2o3；微粉颗粒尺寸约为1μm。将其添加到超低碳铝碳耐火材料中，发现所制耐火制品的抗热震性和抗渣性较好。其热震循环次数为18次，强度保持率为45.6％，侵蚀层厚度为0.5mm。

实施例4

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，同实施例1，不同之处在于：

(1)合成料为sic-zro2复合微粉；

(2)制备sic基合成料的原料是锆英石(zrsio4)和炭黑，其质量配比为1000:200。

经检测，所得的sic-zro2复合微粉的主要晶相是β-sic、m-zro2，晶粒多以类球状存在，平均粒径约为1μm。将其添加到超低碳铝碳耐火材料中，发现所制耐火制品的抗热震性和抗渣性较好。炉渣与坩埚内壁表面比较光滑，覆有一层很薄的渣层；炉渣渗透层中含有cazro3和β-sic；炉渣中含有β-sic与c-zro2颗粒，增加了炉渣的表观粘度，延缓了炉渣对超低碳铝碳耐火材料的侵蚀。其热震循环次数为22次，强度保持率为55.7％，侵蚀层厚度为0.4mm。

实施例5

一种超低碳铝碳耐火材料的制备及检测方法，同实施例1，不同之处在于：

(1)合成料为sic-zrc复合微粉；

(2)合成温度为1700℃；

(3)制备sic基合成料的原料是锆英石和活性炭，其质量配比为1000:550。

经检测，所得的sic-zrc复合微粉的主要晶相是β-sic和zrc，微粉颗粒尺寸约为1μm；炉渣与坩埚内壁表面比较光滑，覆有一层很薄的渣层；炉渣渗透层中含有cazro3和β-sic；炉渣中含有β-sic与c-zro2颗粒，增加了炉渣的表观粘度，延缓了炉渣对超低碳镁碳材料的侵蚀。其热震循环次数为21次，强度保持率为55.1％，侵蚀层厚度为0.5mm。