CN102653471B - 用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法 - Google Patents

用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法，既提高了镁碳砖的抗氧化性，又增强了其抗渗透性、抗高温侵蚀性。本发明采用不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨为原料；采用酚醛树脂和固体沥青粉末作为结合剂；采用硼镁矿或硼镁矿+Al粉作为添加剂。经过配料、充分混合、液压机成型，再经过高温处理，制成镁碳砖。本发明采用的添加剂硼镁矿原料易得且成本低，使用天然硼镁矿作为新型添加剂，不仅可以提高镁碳砖的高温性能及抗氧化能力，而且解决了当前含硼添加剂价格昂贵，生产工艺复杂的问题，并且可以有效利用天然硼镁矿资源，降低镁碳砖生产成本，节约能源。

Description

用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法
技术领域
本发明涉及生产镁碳砖的方法，特别是一种用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法。
背景技术
镁碳砖具有优异的抗渣侵蚀性，较理想的热震稳定性，热传导性和组织致密性，被广泛应用于炼钢转炉、电炉和钢包精炼炉以及钢包渣线上。然而碳有易氧化的弱点，很容易引起制品强度降低，抗侵蚀能力下降，使镁碳砖失去优势。在镁碳砖中加入添加剂能够有效地防止碳氧化，并有利于提高耐火材料的高温使用性能。添加剂的作用分为两个方面：一方面是从热力学角度出发，即在工作温度下，添加剂或者添加剂和碳反应的生成物与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大，优先于被氧化，从而起到保护碳的作用；另一方面是从动力学的角度来考虑，添加剂与O2、CO或C反应生成的化合物能改变材料的显微结构，如增加致密度，堵塞气孔，阻碍O2及反应产物的扩散等。
目前，常见的镁碳砖添加剂主要有两类：金属或合金细粉；非金属细粉。
添加的金属细粉主要有Al、Si、Mg、Ca等，其中Al、Si最为常见。在热处理过程中，Al和Si在材料中会发生反应，其中，Al把CO(g)还原成C(s)，并生成Al2O3，起到抑制氧化的作用，反应式如下：
2Al(l)+3CO(g)→Al2O3(s)+3C(s)
而且此过程伴随着一定的体积膨胀，造成材料组织结构的致密化，因此会抑制碳的氧化；
Si在材料中首先发生反应：
Si(s)+C(s)+O2(g)＝SiO(g)+CO(g)
而后，反应产生的CO又可使SiO(g)进一步氧化成SiO2：
SiO(g)+CO(g)＝SiO2(g)+C(s)
因此，添加剂Al和Si的防氧化机理：一方面是Al、Si在热处理过程中发生的物相变化降低了材料的显气孔率，使材料结构致密化，从而降低了氧化性气体(如O2)与材料的有效接触而积；另一方面，Al、Si反应释放出的Al2O、SiO气体遇O2或CO气体会反应生成固态的Al2O3和SiO2，沉积在气孔内的固体表面上，阻塞气孔，抑制了气体的扩散，从而起到防氧化作用。
然而，值得注意的是，金属Al在1000℃以上会与C反应生成Al4C3，而Al4C3会与来自环境中的水蒸气发生反应：
Al4C3+12H2O＝3CH4+4Al(OH)3
伴随较大的体积膨胀，从而对材料产生潜在的破坏作用。
添加的合金细粉主要有Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Ca、Si-Mg-Ca等二元或三元合金，常用的主要有Al-Si、Al-Mg合金。
添加的非金属细粉主要有含硼添加剂和含硅添加剂。含硅添加剂有SiC，Si3N4(只考虑β型)等。含硼添加剂主要有碳化硼(B4C)、六硼化钙(CaB6)、二硼化钛(TiB2)、二硼化锆(ZrB2)等。
中国专利公开号为CN1237562，“含碳耐火材料的抗氧化剂”公开了一种含碳耐火材料的抗氧化剂，由重量百分数0.15～10％的锌粉或锌粉和铝、镁、硅、硅钙粉、碳化硅、碳化硼、镁铝合金粉、氮化硅粉中的至少一种组成，其中锌粉≥0.15％，粒度小于0.5mm。该抗氧化剂能有效抑制氧化脱碳层的形成，可以提高镁碳砖等耐火材料的抗氧化性。
上述镁碳砖添加剂，有的抗氧化效果不太理想；有的虽提高了镁碳砖抗氧化性，但其他高温性能受到了影响；含硼添加剂防氧化效果优良，但由于其昂贵的价格和复杂的制造工艺限制了它们的应用与推广。
发明内容
本发明提供了一种用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法，既提高了镁碳砖的抗氧化性，又增强了其抗渗透性、抗高温侵蚀性。
本发明提供的用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法包括以下步骤：
a.物料选择
采用不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨为原料；采用酚醛树脂和固体沥青粉末作为结合剂；采用硼镁矿或硼镁矿+Al粉作为添加剂；
b.配料
取不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、酚醛树脂配料。其重量百分比组分配比如下：
粒径3～1mm电熔镁砂       45～55％
粒径＜1mm电熔镁砂        15～25％
粒径＜0.088mm电熔镁砂    15～20％
鳞片石墨                 5～15％
酚醛树脂                 2～4％
c.外加沥青和添加剂
以上述配料的总重量为100％，外加重量百分比0.5～2％的沥青；重量百分比0.5～6％的硼镁矿或硼镁矿+Al粉，其中的添加剂硼镁矿是经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；其中的硼镁矿+Al粉的质量比为硼镁矿∶Al粉＝2∶1。
d.混料成型
按照上述配比，在镁砂颗粒中加入结合剂酚醛树脂，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、添加剂硼镁矿或硼镁矿+Al粉、结合剂沥青粉与镁砂粉的混合细粉，充分混合后，用液压机成型，成型压力为500Mpa，保压1min。成型好的砖坯再经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。
本发明与现有技术相比其显著的进步和突出的有益效果体现在：
硼镁矿作为添加剂在高温下形成覆盖于晶粒上的液膜，在晶界上出现一个连续的第二相薄膜网络，有效阻止了碳的氧化。即生成的硼酸盐液相Mg3B2O6对石墨的润湿性差，但对MgO润湿性好，因此对碳的保护不是因为碳被包裹，而是硼酸盐相包裹在MgO颗粒周围，从而阻止了O与C接触，达到保护C的作用。这里的O来源于炉渣中铁的氧化物和空气中的O2，CO2，SiO2等，以及溶解于钢液之中或砖中的MgO。
硼镁矿原料易得且成本低，使用天然硼镁矿作为新型添加剂，不仅可以提高镁碳砖的高温性能及抗氧化能力，而且解决了当前含硼添加剂价格昂贵，生产工艺复杂的问题，并且可以有效利用天然硼镁矿资源，降低镁碳砖生产成本，节约能源。
具体实施方式
实施例1
本实施例加入硼镁矿作为添加剂，各组分重量百分比如下：
粒径3～1mm电熔镁砂       50％
粒径＜1mm电熔镁砂        20％
粒径＜0.088mm电熔镁砂    17％
鳞片石墨                 10％
酚醛树脂                 3％
外加沥青                 1％
外加硼镁矿               0.5～6％
按照上述配比，在镁砂颗粒中加入结合剂酚醛树脂，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、添加剂硼镁矿、结合剂沥青粉与镁砂粉的混合细粉，其中的添加剂硼镁矿是经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末。充分混合后，用液压机成型，成型压力为500Mpa，保压1min。成型好的砖坯再经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。
本实施例生产的镁碳砖物化性能检测结果见下表：
本实施例生产的镁碳砖不同加热条件下的脱碳层厚度见下表：
Figure BDA0000048449110000062
实施例2
本实施例加入硼镁矿和Al粉作为添加剂，各组分重量百分比如下：
粒径3～1mm电熔镁砂       50％
粒径＜1mm电熔镁砂        20％
粒径＜0.088mm电熔镁砂    17％
鳞片石墨                 10％
酚醛树脂                 3％
外加沥青                 1％
外加硼镁矿+Al粉          0.5～6％
按照上述配比，在镁砂颗粒中加入结合剂酚醛树脂，混合均匀后加入预先混合好的石墨、添加剂硼镁矿和Al粉、结合剂沥青粉与镁砂粉的混合细粉，其中的添加剂硼镁矿是经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；其中的硼镁矿+Al粉的质量比为硼镁矿∶Al粉＝2∶1。充分混合后，用液压机成型，成型压力为500Mpa，保压1min。成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。
本实施例生产的镁碳砖物化性能检测结果见下表：
本实施例生产的镁碳砖不同加热条件下的脱碳层厚度见下表：
Figure BDA0000048449110000072

Claims (1)

1.一种用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.物料选择
采用不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨为原料；采用酚醛树脂和固体沥青粉末作为结合剂；采用硼镁矿或硼镁矿+Al粉作为添加剂；
b.配料
取不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、酚醛树脂配料，其重量百分比组分配比如下：
粒径3～1mm电熔镁砂        45～55％
粒径＜1mm电熔镁砂         15～25％
粒径＜0.088mm电熔镁砂     15～20％
鳞片石墨                  5～15％
酚醛树脂                  2～4％
c.外加沥青和添加剂
以上述配料的总重量为100％，外加重量百分比0.5～2％的沥青；重量百分比0.5～6％的硼镁矿或硼镁矿+Al粉，其中的添加剂硼镁矿是经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；其中的硼镁矿+Al粉的质量比为硼镁矿∶Al粉＝2∶1；
d.混料成型
按照上述配比，在镁砂颗粒中加入结合剂酚醛树脂，混合均匀后 加入预先混合好的鳞片石墨、添加剂硼镁矿或硼镁矿+Al粉、结合剂沥青粉与镁砂粉的混合细粉，充分混合后，用液压机成型，成型压力为500MPa，保压1min，成型好的砖坯再经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。 
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