一种高寿命低碳镁碳砖及其制备方法与流程

1.本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种高寿命低碳镁碳砖及其制备方法。


背景技术：

2.镁碳砖是20世纪70年代兴起的耐火材料，最早有日本首先发明。它是以镁砂和碳素材料为原料，再与结合剂经过高压制成的耐火材料。镁碳砖是冶金工业中钢包渣线位置所用的主要耐火材料。随着冶金工业的迅速发展，市场对钢材的要求越来越高，特别是纯净钢(低碳钢、超低碳钢、镇静钢等)的需求不断增加，普通渣线镁碳砖中碳对钢水的“污染”越来越受到重视，所以低碳镁碳砖的推行是势在必行的。
3.现有技术中，镁碳砖中碳含量在14-16％之间，利用碳的高导热率来提高砖体热震稳定性。另外石墨对钢渣有润湿性，能够提高砖体的抗浸蚀能力。但大量石墨的引入直接影响砖体的气孔、体密、耐压等常温指标，而且对精炼钢种中有增碳的副作用。
4.因此，如何在保持或提高镁碳砖的热震稳定性及抗浸蚀能力的前提下降低镁碳砖中碳含量，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明通过引入碳化锆-铝的混合粉，在保证其高温稳定性及抗浸蚀能力为前提下，大大减少石墨的加入量，使碳含量降低在10％以下。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种高寿命低碳镁碳砖，它是由下述重量配比的原料制备而成：镁砂82～85份，混合粉3～5份，鳞片石墨8～10份，酚醛树脂3～4份；所述混合粉为碳化锆粉与铝粉按照重量比2～4：1混合而成。
8.本发明加入碳化锆与铝粉，一方面在高温中，首先碳化锆起到抗氧化作用，保护砖体中的碳，生成氧化锆，其次氧化锆具有良好的化学稳定性，能有效延长冶炼中fe离子对耐材的浸蚀。最后氧化锆的形成，也能提高耐材本身的热震稳定性。另一方面，碳化锆中的碳与金属铝反映，生成碳化铝，填充气孔，提高耐材的致密度。纤维状的碳化铝还能大幅度提高耐材的高温抗折。因此本发明中的低碳镁碳砖十分适用于要求严苛的钢包渣线砖在提高寿命上的应用。
9.并且，现有技术中直接引入的氧化锆一般为单斜氧化锆(m-zro)，高温下产生相变(m-zro
→
t-zro
→
c-zro)，晶型结构的相互转变会伴随较大的体积缩涨，直接影响砖体的稳定性。而生成的氧化锆在mgo做稳定剂的环境下，直接生成稳定的立方晶型固溶体(mg离子加入到zro晶格中，形成稳定的立方型固溶体)。同时，相比氧化锆，碳化锆的加入直接提高砖体的残炭碳含量，对砖体的抗浸蚀和热震稳定性起到提升的作用。
10.另外现有技术中有添加碳化硼的技术方案，但是虽然碳化硼与碳化锆都能与铝粉反映，生成晶体为纤维状的alc，提高砖体的高温强度，但其生成的氧化物质大不相同，氧化硼熔点为450℃，为低熔物，有害物质，大大增加钢渣对砖体的浸蚀，而氧化锆的熔点为2680
℃，不仅有有耐高温性能，还有优异的抗化学浸蚀效果。
11.优选的，所述镁砂为电熔镁砂，其中mgo≥97％；所述电熔镁砂为普通电熔镁砂、低硅高钙电熔镁砂或大结晶电熔镁砂。
12.优选的，按照在镁砂总量中所占的质量百分比，所述镁砂的粒度构成为3.5-5mm 21-25％，1-3.5mm 24-28％，0-1mm 21-25％，0.088-0mm 10-13％。
13.优选的，所述混合粉的粒度为0.088-0mm；所述碳化锆粉中zrc≥97％，铝粉中al≥98％，碳化锆粉与铝粉的重量比比为3:1。
14.优选的，所述鳞片石墨中c≥95％，鳞片石墨的粒径为100目筛上≥75％，25℃下酚醛树脂的粘度为5000-10000cp。
15.一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
16.1)配料：将各粒度的镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
17.2)混炼：将粒度为3.5-5mm、1-3.5mm、0-1mm的镁砂和酚醛树脂按比例混合，低速搅拌3-10min，混合均匀后加入混合粉、鳞片石墨，低速搅拌3-5min后，加入0.88-0mm镁砂细粉，高速搅拌25-50min后形成泥料出料；
18.3)成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用大于1000kn的电动螺旋压力机成型；
19.4)干燥：在150-200℃的干燥窑中，烘干12-14h后得到成品。
20.优选的，铝粉与碳化锆粉先进行预混制成混合粉。
21.优选的，所述低速搅拌的转速为50-70rpm；所述高速搅拌的转速为110-130rpm。
22.本发明的有益效果如下：
23.1、减少镁碳砖中碳向钢水中渗透，降低“碳”污染。
24.2、提高了砖体的气孔、体密、耐压等常温物理指标。
25.3、提高砖体的高温韧性，提高热震稳定性，进而提高使用寿命。
26.4、本发明制备简单，原料易得，工艺步骤简单，对生产要求不高适合大批量生产。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种高寿命低碳镁碳砖的制备流程图。
具体实施方式
28.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实例1一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，具体步骤如下：
30.配料：将各粒度的镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
31.混炼：将粒度为3.5-5mm电熔镁砂23份、1-3.5mm电熔镁砂26份、0-1mm电熔镁砂23份，与热固型酚醛树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入混合粉4份(碳化锆3份、铝粉1份)、鳞片石墨8份，搅拌(60rpm)3min后，加入0.88-0mm的电熔镁砂13份，高速搅拌(120rpm)25min后出料；
32.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用1250kn的电动螺旋压力机成型；
33.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
34.实施例2：一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，具体步骤如下：
35.配料：将各粒度的大结晶镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
36.混炼：将粒度为3.5-5mm大结晶镁砂23份、1-3.5mm大结晶镁砂26份、0-1mm大结晶镁砂23份，与热固树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入混合粉4.5份(碳化锆3份，铝粉1.5份)、鳞片石墨8份，搅拌(60rpm)3分钟后，加入0.88-0mm的大结晶镁砂12.5份，高速搅拌(120rpm)25min后出料。
37.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用1250kn的电动螺旋压力机成型；
38.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
39.实施例3：一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，具体步骤如下：
40.配料：将各粒度的电熔镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
41.混炼：将粒度为3.5-5mm电熔镁砂23份、1-3.5mm电熔镁砂26份、0-1mm电熔镁砂23份，与热固树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入混合粉5份(碳化锆4份，铝粉1份)、鳞片石墨8份，搅拌(60rpm)3分钟后，加入0.88-0mm的电熔镁砂12份，高速搅拌(120rpm)25min后出料。
42.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用1250kn的电动螺旋压力机成型；
43.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
44.对比例1一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，具体步骤如下：
45.配料：将各粒度的镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
46.混炼：将粒度为3.5-5mm电熔镁砂23份、1-3.5mm电熔镁砂26份、0-1mm电熔镁砂23份，与热固型酚醛树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入铝粉1份、鳞片石墨8份，搅拌搅拌(60rpm)3后，加入0.88-0mm的电熔镁砂16份，高速搅拌(120rpm)25min后出料；
47.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用大于1250kn的电动螺旋压力机成型；
48.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
49.对比例2一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法,具体步骤如下：
50.配料：将各粒度的镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
51.混炼：将粒度为3.5-5mm电熔镁砂23份、1-3.5mm电熔镁砂26份、0-1mm电熔镁砂23份，与热固型酚醛树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入铝粉1份、碳化硼2份、氧化锆2份、石墨8份，搅拌(60rpm)3min后，加入0.88-0mm的电熔镁砂12份，高速搅拌(120rpm)25min后出料；
52.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用1250kn的电动螺旋压力机成型；
53.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
54.对比例3一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法,具体步骤如下：
55.配料：将各粒度的大结晶镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；
56.混炼：将粒度为3.5-5mm大结晶镁砂23份、1-3.5mm大结晶镁砂26份、0-1mm大结晶
镁砂23份，与热固型酚醛树脂5311(残碳＞40，固含量＞75，水分＜4，粘度9000-10000)3份按比例混合，搅拌(60rpm)3min，混合均匀后加入铝粉1.5份、碳化硼2.5份、氧化锆2.5份、石墨8份，搅拌(60rpm)3min后，加入0.88-0mm的大结晶镁砂10.5份，高速搅拌(120rpm)25min后出料；
57.成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用1250kn的电动螺旋压力机成型；
58.干燥：在180℃的干燥窑中，烘干12h后得到成品。
59.对实施例1-3及对比例1-3的成品砖分别检测，结果如下：
60.项目实例1实例2实例3对比例1对比例2对比例3气孔(％)3.53.33.63.83.73.6体密(g/cm3)3.053.073.043.033.023.05耐压(mpa)454640404240热震稳定性(次)1616148109高温抗折(mpa)1415138109
61.以上6种成品砖分别在某钢厂100吨钢包(主要冶炼低碳钢、镇静钢等)使用，分别砌筑6个钢包，其工作层厚度为200mm，同在使用120炉之后，实施例1砖体的残余厚度为90mm，浸蚀率为0.917mm/次。实施例2砖体的残余厚度为98mm，浸蚀率为0.85mm/次。实施例3砖体的残余厚度为88mm，浸蚀率为0.933mm/次。对比例1的残余厚度为55mm，浸蚀率为1.208mm/次。对比例2的残余厚度为70mm，浸蚀率为1.083mm/次。对比例3的残余厚度为75mm，浸蚀率为1.042mm/次。
62.由此可见，添加混合粉(碳化锆-铝粉)的镁碳碳砖在检测指标有明显提升，现场使用的寿命也有明显的提高。
63.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种高寿命低碳镁碳砖，其特征在于，它是由下述重量配比的原料制备而成：镁砂82～85份，混合粉3～5份，鳞片石墨8～10份，酚醛树脂3～4份；所述混合粉为碳化锆粉与铝粉按照重量比2～4：1混合而成。2.根据权利要求1所述的一种高寿命低碳镁碳砖，其特征在于，所述镁砂为电熔镁砂或大结晶电熔镁砂，其中mgo≥97％。3.根据权利要求1所述的一种高寿命低碳镁碳砖，其特征在于，按照在镁砂总量中所占的质量百分比，所述镁砂的粒度构成为3.5-5mm21-25％，1-3.5mm24-28％，0-1mm21-25％，0.088-0mm10-13％。4.根据权利要求1所述的一种高寿命低碳镁碳砖，其特征在于，所述混合粉的粒度为0.088-0mm；所述碳化锆粉中zrc≥97％，铝粉中al≥98％，碳化锆粉与铝粉的重量比为3:1。5.根据权利要求1所述的一种高寿命低碳镁碳砖，其特征在于，所述鳞片石墨中c≥95％，鳞片石墨的粒径为100目筛上≥75％，25℃下酚醛树脂的粘度为5000-10000cp。6.根据权利要求1～5任一项所述的一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配料：将各粒度的镁砂、混合粉、鳞片石墨、酚醛树脂按比例备好备用；2)混炼：将粒度为3.5-5mm、1-3.5mm、0-1mm的镁砂和酚醛树脂按比例混合，低速搅拌3-10min，混合均匀后加入混合粉、鳞片石墨，低速搅拌3-5min后，加入0.88-0mm镁砂细粉，高速搅拌25-50min后形成泥料出料；3)成型：将混炼好的泥料加入到准备好的模具中，用大于1000kn的电动螺旋压力机成型；4)干燥：在150-200℃的干燥窑中，烘干12-14h后得到成品。7.根据权利要求6所述的一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于，铝粉与碳化锆粉先进行预混制成混合粉。8.根据权利要求6所述的一种高寿命低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌的转速为50-70rpm；所述高速搅拌的转速为110-130rpm。

技术总结
本发明公开了一种高寿命低碳镁碳砖及其制备方法，它是由下述重量配比的原料制备而成：镁砂82～85份，混合粉3～5份，鳞片石墨8～10份，酚醛树脂3～4份；所述混合粉为碳化锆粉与铝粉按照重量比2～4：1混合而成。本发明通过引入碳化锆-铝的混合粉，在保证其高温稳定性及抗浸蚀能力为前提下，大大减少石墨的加入量，使碳含量降低在10％以下。使碳含量降低在10％以下。


技术研发人员：刘聪 李勇 王鹏 张程 张川 吴比 逄洪运 李兵
受保护的技术使用者：鞍山市和丰耐火材料有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/13