一种原位增强的低碳镁碳耐火材料及其制备方法

本发明涉及镁碳耐火材料制备，特别是涉及一种原位增强的低碳镁碳耐火材料及其制备方法。

背景技术：

1、耐火材料是所有高温行业必备的辅助性结构和功能材料，有着不可替代的作用。与此同时，高温行业的发展，尤其是冶金行业的技术进步和装备提升也促使着耐火材料的更新换代。而在当今的钢铁领域内，洁净钢生产是短流程冶炼技术的一个重要趋势，也体现了一个企业和国家的冶金水平。在短流程炼钢体系里，“三脱”处理在铁水预处理阶段即可彻底完成，使转炉的功能简化为脱碳和升温。因此，想要实现通过短流程冶炼洁净钢或低碳钢种，必须在转炉和精炼环节做好夹杂控制，避免造成二次污染。这就要求耐火材料必须提升自身的“绿色化”，如发展资源节约型耐火材料，发展能源节约型耐火材料和环境友好型耐火材料。

2、对镁碳耐火材料而言，因为碳能够大幅提升耐火材料抗热震、抗渣侵等性能，短期内仍无法被完全取代，所以“低碳化”就是含碳耐火材料的“绿色化”。一方面，降低碳含量能节省石墨资源，同时提升耐火材料的隔热性能，减少热损失，符合能源节约型和资源节约型耐火材料的发展要求。另一方面，从冶炼效果来看，降低碳含量能有效缓解耐火材料对钢液的渗碳，减少钢水外来夹杂含量，提升钢品质。但随着碳含量的降低，耐火材料的抗热震性(热导率/弹性模量)和抗渣侵性能(润湿性)势必也会随之下降，吨钢消耗量将会随之增加。为此，人们通过改善结合炭的炭结构、优化基质结构和采用高效抗氧化剂来提高镁碳材料的热稳定性、抗渣性和抗氧化性。近年来，在这三种增强方式上开展了大量的研究工作，如引入纳米级骨料来改善热震性，引入纳米炭/碳提高抗氧化性或抗渣性。上述研究虽都一定程度上取得了较好的研究结果，对提升低碳镁碳材料的性能也有一定的指导价值，但仍存在一些共性问题，如制备过程繁琐、成本高、工业化困难等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种原位增强的低碳镁碳耐火材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过原位形成可控的陶瓷相改善低碳镁碳耐火材料的综合性能，尤其是抗热震性和抗渣性，同时降低了耐火材料的制备成本，工艺简单，适合工业化推广应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种原位增强的低碳镁碳耐火材料，包括以下质量份数的原料：电熔镁砂骨料60～70份、电熔镁砂细粉20～30份、石墨4～6份、粘结剂3～5份、抗氧化剂3～5份和添加剂2～6份。

4、进一步地，所述粘结剂包括液态酚醛树脂、固态酚醛树脂和沥青中的一种或多种。

5、进一步地，所述抗氧化剂包括工业级铝粉、硅粉和镁粉中的一种或多种。

6、进一步地，所述添加剂为质量比为1:1的含铝添加剂和含镧添加剂。

7、进一步地，所述含铝添加剂包括氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝和硝酸铝中的一种或多种。

8、进一步地，所述含镧添加剂包括氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种或多种。

9、本发明的技术方案之二：一种上述原位增强的低碳镁碳耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)按质量份数称取各个原料，将电熔镁砂细粉、石墨、抗氧化剂和添加剂混合后进行混炼，得到复合粉体a；

11、(2)将电熔镁砂骨料和粘结剂混合后进行一次混炼，然后加入复合粉体a进行二次混炼，得到复合粉体b；

12、(3)将复合粉体b压制成固定形状，然后进行固化处理，得到所述原位增强的低碳镁碳耐火材料。

13、进一步地，步骤(1)中，所述混炼的时间为10～12min；步骤(2)中，所述一次混炼的时间为5～7min，二次混炼的时间为5～7min。

14、进一步地，步骤(3)中，所述压制的压力为200～400mpa；所述固化处理具体包括：先在100～120℃下干燥10～12h，再在200～220℃下固化10～12h。

15、本发明的技术方案之三：一种上述原位增强的低碳镁碳耐火材料在冶金中的应用。

16、本发明公开了以下技术效果：

17、本发明的原位增强的低碳镁碳耐火材料的性能指标如下：常温耐压强度为102～120mpa，热处理后的耐压强度为61～71mpa(1400℃*3h)，残余强度保持率为91～98％(1100℃淬水5次)，腐蚀深度580～806μm(1600℃*3h)。

18、本发明的原位增强的低碳镁碳耐火材料在使用前不用额外增加热处理过程，在实际使用过程中含铝添加剂就可以和电熔镁砂细粉反应形成镁铝尖晶石增强相，因为是原位形成的，所以不用考虑分散是否均匀的问题。镁铝尖晶石可以通过颗粒增强/裂纹偏转等效应提高低碳镁碳耐火材料的常温/高温力学性能和抗热震性；添加的含镧添加剂可以和镁砂细粉中的杂质硅和钙反应形成条状硅酸镧钙，不仅可以增加耐火材料的力学性能，还可以在冶炼过程中提高渗入耐火材料中的熔渣的粘度，从而改善低碳镁碳耐火材料的抗渣性能。

技术特征：

1.一种原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：电熔镁砂骨料60～70份、电熔镁砂细粉20～30份、石墨4～6份、粘结剂3～5份、抗氧化剂3～5份和添加剂2～6份。

2.根据权利要求1所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，所述粘结剂包括液态酚醛树脂、固态酚醛树脂和沥青中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括铝粉、硅粉和镁粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，所述添加剂为质量比为1:1的含铝添加剂和含镧添加剂。

5.根据权利要求4所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，所述含铝添加剂包括氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝和硝酸铝中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料，其特征在于，所述含镧添加剂包括氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种或多种。

7.一种权利要求1～6任一项所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混炼的时间为10～12min；步骤(2)中，所述一次混炼的时间为5～7min，二次混炼的时间为5～7min。

9.根据权利要求7所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述压制的压力为200～400mpa；所述固化处理具体包括：先在100～120℃下干燥10～12h，再在200～220℃下固化10～12h。

10.一种权利要求1～6任一项所述的原位增强的低碳镁碳耐火材料在冶金中的应用。

技术总结
本发明公开了一种原位增强的低碳镁碳耐火材料及其制备方法，属于镁碳耐火材料制备技术领域。原位增强的低碳镁碳耐火材料，包括以下质量份数的原料：电熔镁砂骨料60～70份、电熔镁砂细粉20～30份、石墨4～6份、粘结剂3～5份、抗氧化剂3～5份和添加剂2～6份。本发明的原位增强的低碳镁碳耐火材料的常温耐压强度为102～120MPa，热处理后的耐压强度为61～71MPa(1400℃*3h)，残余强度保持率为91～98％(1100℃淬水5次)，腐蚀深度为580～806μm(1600℃*3h)。

技术研发人员：马北越,昝文宇,任鑫明,邓承继,王露露,王周福
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11