專利名稱：鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以低碳成分為特征的成型制品，具體地說是一種煉鋼領域的 鋼包渣線用鎂碳磚。二、 背景技術進入21世紀，鋼鐵企業(yè)結構調整，優(yōu)質品種鋼成為大型企業(yè)的主導產品，如優(yōu)質合金鋼、超低碳鋼、潔凈鋼、高強度鋼等鋼種的比例逐年增加， 優(yōu)質品種鋼在冶煉過程中要求嚴格控制耐火材料中的碳含量，以降低對鋼水 的增碳，且在二次精煉中鋼水溫度提高和下降幅度要小，鋼包襯的熱導率要 低，因而導致鋼包的使用條件更加苛刻，工作環(huán)境更加惡劣，迫切需要對鋼 水無污染、高耐用性的優(yōu)質鋼包渣線用低碳鎂碳磚的出現(xiàn)。目前鋼包渣線用普通鎂碳磚的總碳含量一般為10 18wt%，而鎂碳磚損毀的主要原因之一是由于磚內碳的氧化，從而鋼渣容易滲透，使得侵蝕加劇，但目前已開展的低碳鎂碳磚方面的研究主要集中于結合劑和碳素原料的研究，如申請?zhí)枮?00610046434.0中國專利公開的"含防氧化劑C-TiN復合粉體的鎂碳磚及 其生產方法"分別將C-TiN復合粉體作為防氧化劑和石墨、電熔鎂砂、結合 劑經(jīng)混煉、成型、熱處理后制得，提高了抗渣性，延長了使用壽命，但由于 鈦原料成本較高，很難推廣使用，且該鎂碳磚的碳含量高，將會對鋼水增碳； 申請?zhí)枮?00710019767.9中國專利公開的"一種非氧化物復合低碳鎂碳 磚"介紹了在鎂碳磚中引入非氧化物(氮化物或硼化物)制備出含碳低于6 %的低碳鎂碳磚，其保持了高碳鎂碳磚的性能，由于其加入的是預合成好的 非氧化物，成本高，且可能發(fā)生水化反應，性能提高不明顯；申請?zhí)枮?99107800.4中國專利公開的"含碳耐火材料的抗氧化劑"介紹了一種抗氧化劑， 其由0.15 10% (重量)的鋅粉或鋅粉和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、 鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成，其中鋅粉》0.15%，粒度小于0.5鵬，加入金屬粉僅用來防止含碳耐火材料中碳的氧化，對耐火材料的高溫力學性能沒有影 響。三、發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題就是針對高碳含量的材料污染鋼水和上述 改進過程中出現(xiàn)的問題而提供一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚及其制 備方法，通過添加適量金屬粉實現(xiàn)降低鎂碳磚中碳的含量，在低碳鎂碳磚高 溫使用過程中原位反應生成非氧化物，非氧化物填充穿插在方鎂石骨架結構 中起到增強增韌作用，從而顯著提高鎂碳磚的高溫強度和抗熱震性，改善其 抗氧化性和抗渣性能，滿足潔凈鋼、超低碳鋼冶煉的需要。本發(fā)明所采取的技術方案是-一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，除加入重量百分比為50 70 %的鎂砂顆粒、25 35%的鎂砂細粉、3 6%的有機結合劑外，還加入下列 組分經(jīng)混煉、困料、成型、熱處理后制得鱗片石墨 0 4%金屬粉 3 15%含硼抗氧化劑 0.5 3%。其中鱗片石墨為天然或人造鱗片石墨，碳含量為90 98wt%，粒度《 0. 15mm。金屬粉為鋁粉、硅粉、鎂粉、鋅粉、鎂鋁合金粉金屬粉中的一種或兩 種以上的復合，金屬粉不僅起到了抗氧化的作用，而且主要是高溫使用過程 中金屬粉發(fā)生原位反應生成非氧化物，然后填充穿插在方鎂石骨架結構中起 到增強增韌作用，從而顯著提高鎂碳磚的高溫強度和抗熱震性，改善其抗氧 化性和抗渣性能，金屬粉的粒度小于0. 088mm，更利于反應生成非氧化物。 含硼抗氧化劑為碳化硼、氮化硼、硼化鋯、硼化鈣粉中的至少一種，有效的防止石墨和非氧化物的氧化，使得鎂碳磚不易被鋼渣潤濕和滲透。含硼抗氧化劑粒度小于0.088mm，更有效的防止石墨和非氧化物的氧化。一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的制備方法，是由下列重量百分 比的各組分50 70%鎂砂顆粒、25 35%的鎂砂細粉、0 4%鱗片石墨、 3 15%金屬粉、0. 5 3%含硼抗氧化劑、3 6%的有機結合劑為原料，經(jīng) 混煉、困料、成型、熱處理后制得。其中鱗片石墨為天然或人造鱗片石墨，碳含量為90 98wt%，粒度《 0. 15臓。金屬粉為粒度小于0.088mm的鋁粉、硅粉、鎂粉、鋅粉、鎂鋁合金粉 金屬粉中的一種或兩種以上的復合，金屬粉不僅起到了抗氧化的作用，而且 主要是高溫使用過程中金屬粉發(fā)生原位反應生成非氧化物，然后填充穿插在 方鎂石骨架結構中起到增強增韌作用，從而顯著提高鎂碳磚的高溫強度和抗 熱震性，改善其抗氧化性和抗渣性能，含硼抗氧化劑為粒度小于0.088mm的碳化硼、氮化硼、硼化鋯、硼化 鈣粉中的至少一種，有效的防止石墨和非氧化物的氧化，使得鎂碳磚不易被 鋼渣潤濕和滲透。混煉(1)先將按配比稱好的鎂砂細粉、金屬粉和粉狀有機結合劑 予混合均勻，待用；(2)然后在輪碾式混合機中加入大、中、小三個 粒度級配的鎂砂顆粒干混1-4分鐘；(3)再加入液體狀有機結合劑，混 合2-5分鐘后加入石墨，再混合2-5分鐘；(4)最后加入(1)中預混 過的細粉，混合20-40分鐘后出料。困料將混練好的原料靜置5 12小時。熱處理成型后的磚坯自然放置16 24小時后，干燥窯中進行熱 處理，固化溫度為180 220°C ，固化時間16 36小時。本發(fā)明所能達到的技術效果是1、本發(fā)明方法制得的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，碳含量《6%，增碳少，降低了對鋼水的污染。
2、 本發(fā)明組分中的金屬粉主要作用是在鎂碳磚高溫使用過程中發(fā)生原位反應生成非氧化物，然后填充穿插在方鎂石骨架結構中起到增強增韌作 用，從而顯著提高鎂碳磚的高溫強度和抗熱震性，改善其抗氧化性和抗渣性 能。
3、 本發(fā)明方法制得的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，體積密度》 2.96g/cm3，顯氣孔率《6% ，常溫耐壓強度》45MPa ， 1400。C埋碳高溫抗折 強度》25Mpa，碳含量《6%， MgO含量》80X。
4、 本發(fā)明方法制得的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，抗熱震性采用 UOCTC、風冷一次的空氣急冷法測定殘余強度保持率為70 80% (現(xiàn)常用 鎂碳磚殘余強度保持率為50 60%)。
5、 本發(fā)明方法制得的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，抗氧化性、抗 渣性能、高溫強度、抗熱震性提高明顯，鋼包渣線耐火磚壽命延長，噸鋼耐 火材料消耗成本下降。四具體實施方式
實施例1:取51%的鎂砂顆粒，35%的鎂砂細粉，3.5%的天然鱗片石墨，6%的 金屬鋁粉、4%的鎂鋁合金粉，0.5%的碳化硼粉，4%的熱固性液體酚醛樹 脂和1%固體粉狀酚醛樹脂共計500Kg為原料。然后經(jīng)以下步驟制得鋼包渣 線用金屬復合低碳鎂碳磚-1、混煉(1)先將稱好的35%的鎂砂細粉、6%的金屬鋁粉、4%的鎂 鋁合金粉、0.5%的碳化硼粉和1%固體粉狀酚醛樹脂予混合均勻，待用；(2) 然后在輪碾式混合機中加入大、中、小三個粒度級配共計51%的鎂砂顆粒干混 2分鐘；(3)再加入4%的熱固性液體酚醛樹脂，混合4分鐘后加入3.5%的 天然鱗片石墨，再混合4分鐘；(4)最后加入(1)中預混過的細粉，混合30 分鐘后出料。2、 困料將混練好的原料靜置10小時。3、 成型1000噸摩擦壓磚機成型磚坯。4、 熱處理成型后的磚坯自然放置20小時后，干燥窯中進行熱處理，固化溫度為20(TC，固化時間24小時。其中鎂砂顆粒的MgO含量為98%、粒度為5 0. 088mm，鎂砂細粉的 MgO含量為98%、粒度小于O. 088mm;天然鱗片石墨的碳含量為97wt%，粒 度《0. 15mm;金屬鋁粉、鎂鋁合金粉和碳化硼粉粒度均小于0.088mm。本實施例所制備的金屬復合低碳鎂碳磚檢測結果為顯氣孔率3.2%， 體積密度3.08g/cm3，常溫耐壓強度70Mpa， 140CTC埋碳高溫抗折強度32.3 Mpa， 150(TC保溫lh空氣氣氛下進行抗氧化實驗，試樣氧化層厚度3.5mm， 160(TC保溫3h埋碳氣氛下進行抗渣實驗，渣侵蝕和滲透不明顯。 實施例2:取65%的鎂砂顆粒，25%的鎂砂細粉，3%的天然鱗片石墨，4.5%的 金屬鋁粉、2 %的硅粉，0.5%的硼化鋯粉，4.5%的熱固性液體酚醛樹脂 和1%固體粉狀酚醛樹脂共計500Kg為原料。然后經(jīng)以下步驟制得鋼包渣線 用金屬復合低碳鎂碳磚-.1、 混煉(1)先將稱好的25%的鎂砂細粉、4.5%的金屬鋁粉、2 % 的硅粉，0.5%的硼化鋯粉和1%固體粉狀酚醛樹脂予混合均勻，待用；(2) 然后在輪碾式混合機中加入大、中、小三個粒度級配共計65%的鎂砂顆粒干混 l分鐘；(3)再加入4.5%的熱固性液體酚醛樹脂，混合2分鐘后加入3%的 天然鱗片石墨，再混合2分鐘；(4)最后加入(1)中預混過的細粉，混合25 分鐘后出料。2、 困料將混練好的原料靜置8小時。3、 成型1000噸摩擦壓磚機成型磚坯。4、 熱處理成型后的磚坯自然放置20小時后，干燥窯中進行熱處理，固 化溫度為200°C，固化時間24小時。其中鎂砂顆粒的MgO含量為98%、粒度為5 0.088mm，鎂砂細粉的MgO含量為98X、粒度小于0.088mm;天然鱗片石墨的碳含量為97wt % ，粒 度《0. 15mm;金屬鋁粉、硅粉和硼化鋯粉粒度均小于0.088mm。本實施例所制備的金屬復合低碳鎂碳磚檢測結果為顯氣孔率2.6%， 體積密度3.00g/cm3，常溫耐壓強度91Mpa， 140(TC埋碳高溫抗折強度31.5 Mpa， 150(TC保溫lh空氣氣氛下進行抗氧化實驗，試樣氧化層厚度3. 3mm， 1600。C保溫3h埋碳氣氛下進行抗渣實驗，渣侵蝕和滲透不明顯。 實施例3:取58%的鎂砂顆粒，30%的鎂砂細粉，4%的天然鱗片石墨，6%的金 屬鋁粉，1%的金屬鋅粉，1%的硼化鈣粉，3%的熱固性液體酚醛樹脂和1 %固體粉狀酚醛樹脂共計500Kg為原料。然后經(jīng)以下步驟制得鋼包渣線用金 屬復合低碳鎂碳磚1、 混煉(1)先將稱好的30%的鎂砂細粉、6%的金屬鋁粉、1%的金 屬鋅粉、1%的硼化鈣粉和1%固體粉狀酚醛樹脂予混合均勻，待用；(2)然 后在輪碾式混合機中加入大、中、小三個粒度級配共計58%的鎂砂顆粒干混3 分鐘；(3)再加入3%的熱固性液體酚醛樹脂，混合5分鐘后加入4%的天 然鱗片石墨，再混合5分鐘；(4)最后加入(1)中預混過的細粉，混合35分 鐘后出料。2、 困料將混練好的原料靜置12小時。3、 成型1000噸摩擦壓磚機成型磚坯。4、 熱處理成型后的磚坯自然放置20小時后，干燥窯中進行熱處理，固 化溫度為20(TC，固化時間24小時。其中鎂砂顆粒的MgO含量為98%、粒度為5 0. 088mm，鎂砂細粉的 MgO含量為98X、粒度小于0.088腿；天然鱗片石墨的碳含量為97wt% ，粒 度《0. 15mm;金屬鋁粉、金屬鋅粉和硼化鈣粉均小于O. 088mm。本實施例所制備的金屬復合低碳鎂碳磚檢測結果為顯氣孔率4.7%， 體積密度3.02g/cnA常溫耐壓強度96Mpa， 140(TC埋碳高溫抗折強度28.9 Mpa， 150(TC保溫lh空氣氣氛下進行抗氧化實驗，試樣氧化層厚度2.3mm，160(TC保溫3h埋碳氣氛下進行抗渣實驗，渣侵蝕和滲透不明顯。綜上所述，本技術方案所制備的金屬復合低碳鎂碳磚，具有碳含量低， 高溫抗折強度高，抗熱震性、抗氧化性及抗渣性好的特點。
權利要求
1、一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，除加入重量百分比為50～70％的鎂砂顆粒、25～35％的鎂砂細粉、3～6％的有機結合劑外，其特征在于還加入下列組分經(jīng)混煉、困料、成型、熱處理后制得鱗片石墨 0～4％金屬粉 3～15％含硼抗氧化劑 0.5～3％。
2、 如權利要求1所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，其特征在于 鱗片石墨為天然或人造鱗片石墨，碳含量為90 98wt%，粒度《0. 15腿。
3、 如權利要求1所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，其特征在于-金屬粉為鋁粉、硅粉、鎂粉、鋅粉、鎂鋁合金粉金屬粉中的一種或兩種以上 的復合。
4、 如權利要求3所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，其特征在于 金屬粉的粒度小于0. 088mm，更利于反應生成非氧化物。
5、 如權利要求1所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，其特征在于 含硼抗氧化劑為碳化硼、氮化硼、硼化鋯、硼化鈣粉中的至少一種。
6、 如權利要求5所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，其特征在于 含硼抗氧化劑粒度小于0. 088mm。
7、 如權利要求1 6任一所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的制 備方法，其特征在于混煉包括以下步驟(1)先將按配比稱好的鎂砂細粉、 金屬粉和粉狀有機結合劑予混合均勻，待用；(2)然后在輪碾式混合機中加入 大、中、小三個粒度級配的鎂砂顆粒干混1-4分鐘；(3)再加入液體狀有機結 合劑，混合2-5分鐘后加入石墨，再混合2-5分鐘；(4)最后加入(1)中預 混過的細粉，混合20-40分鐘后出料。
8、 如權利要求1 6任一所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的制備方法，其特征在于困料是將混練好的原料靜置5 12小時。
9、 如權利要求1 6任一所述的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的制備 方法，其特征在于熱處理是將成型后的磚坯自然放置16 24小時后，干燥窯中 進行熱處理，固化溫度為180 220°C，固化時間16 36小時。
全文摘要
本發(fā)明公開一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，除加入重量百分比為50～70％的鎂砂顆粒、25～35％的鎂砂細粉、3～6％的有機結合劑外，還加入下列組分經(jīng)混煉、困料、成型、熱處理后制得鱗片石墨0～4％；金屬粉3～15％；含硼抗氧化劑0.5～3％。本發(fā)明鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的抗氧化性、抗渣性能、高溫強度、抗熱震性提高明顯，鋼包渣線耐火磚壽命延長，噸鋼耐火材料消耗成本下降。本發(fā)明還公開了一種鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚的制備方法，本發(fā)明方法制得的鋼包渣線用金屬復合低碳鎂碳磚，碳含量≤6％，增碳少，降低了對鋼水的污染，抗熱震性的殘余強度保持率為70～80％。
文檔編號C04B35/66GK101244940SQ20081004938
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權日2008年3月20日
發(fā)明者葉方保, 勇 曹, 王京京, 雷 邵, 郭嘉林, 鐘香崇, 馬成良 申請人:鄭州大學;首鋼總公司