CN105272306B - 一种耐火砖及耐火砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐火砖及耐火砖的制备方法，该耐火砖包括的组分及重量百分比为：电熔镁砂粒50‑60％、电熔镁砂粉0‑15％、电熔尖晶石颗粒0‑20％、电熔尖晶石粉0‑20％、电熔尖晶石微粉0‑9％和复合外加剂1‑6％；通过电熔尖晶石微粉的结合作用和在高温使用过程中的烧结活性，产生二次尖晶石，避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了中温和常温强度；增加了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，提高了高温强度。本发明提供的耐火砖及耐火砖的制备方法用以解决现有技术中的耐火砖存在的环保和强度不能兼得的技术问题。提供了一种环保且强度高的耐火砖。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种耐火砖及耐火砖的制备方法。
背景技术
真空冶炼炉拥有精炼功能强、处理能力大、处理周期短、处理后钢水的洁净度水平高等特点，已在全世界钢厂广泛使用，但因其长时间经受气流和钢液的高速冲刷，工作条件十分恶劣。特别是其中的浸渍管和下部槽，不但内壁受到高速气流和钢液的冲刷，而且外壁受熔渣的侵蚀和急冷急热的作用，因此要求其材料具有优良的抗钢水和渣侵蚀性能、良好的高温强度，同时，还要求材料具有足够的热震稳定性。超高温烧成镁铬制品，因较好地同时兼有上述诸方面的优良性能，过去几十年中在世界各地均被选为真空冶炼设备的最合适的炉衬耐火材料，目前仍是真空冶炼设备应用最普遍的炉衬耐火材料。
然而，从上世纪七八十年代以来，铬公害问题越来越受到重视，因为在高温碱性使用环境下，三价铬Cr3+能转变为六价铬Cr6+，Cr6+是一种致癌物，废镁铬砖利用过程中变质层分离后废弃、破粉碎扬尘均可能造成这种有害物质扩散并损害环境，对人体十分有害。另外，镁铬残砖中的K2CrO4、CaCrO4易溶于水，因此Cr6+会顺雨水溶解、渗入地下造成水污染。
因此，近年来无铬耐材开发工作受到普遍的重视，而无铬耐火材料开发的一个主要方向是镁铝尖晶石质材料。镁铝尖晶石由于与镁铬尖晶石具有类似的耐火性能，二者的基本特性有可能形成相互替代的材料。但是，镁铝尖晶石质材料通常采用电熔法或烧结法合成。但是，电熔法或烧结法会导致体积膨胀，同时尖晶石的聚集再结晶能力很弱，使砖坯的烧结相当困难，难以得到致密的尖晶石制品，造成高温强度和常温强度较差。
也就是说，现有技术中的耐火砖存在环保和强度不能兼得的技术问题。
发明内容
本发明通过提供一种耐火砖及耐火砖的制备方法，解决了现有技术中的耐火砖存在的环保和强度不能兼得的技术问题。
一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种耐火砖，所述耐火砖包括的组分及所述组分的重量百分比为：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉0-15％、电熔尖晶石颗粒0-20％、电熔尖晶石粉0-20％、电熔尖晶石微粉0-9％和复合外加剂1-6％；
其中，所述耐火砖为将所述组分压制成型后高温干燥制备；通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和所述组分在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增加了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度。
可选的，所述耐火砖，还包括：2-6％的酚醛树脂，以作为结合剂提高所述组分的结合度。
可选的，所述电熔镁砂粒中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤8mm；所述电熔镁砂粉中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤180目；所述电熔尖晶石颗粒中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，颗粒度≤1mm；所述电熔尖晶石粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤320目；所述电熔尖晶石微粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤5μm。
可选的，所述复合外加剂为氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉、硼酸钠粉中的一种或多种的组合。
另一方面，提供一种耐火砖的制备方法，包括：
按重量百分比称取：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉0-15％、电熔尖晶石颗粒0-20％、电熔尖晶石粉0-20％、电熔尖晶石微粉0-9％、复合外加剂1-6％和酚醛树脂2-6％；
将所述熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度大于第一粒度的骨料干混第一时长，再加入所述酚醛树脂，湿混第二时长形成第一混合物；
将所述熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度小于等于所述第一粒度的粉料和所述复合外加剂加入所述第一混合物，混和第三时长后再困料第四时长；
将困料后的混合物，以第一压力在压机上加压成型，制得半成品；
将所述半成品在干燥窑内第一温度下干燥第五时长，制得所述耐火砖；
其中，通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和所述组分在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增大了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度。
可选的，所述电熔镁砂粒中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤8mm；所述电熔镁砂粉中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤180目；所述电熔尖晶石颗粒中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，颗粒度≤1mm；所述电熔尖晶石粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤320目；所述电熔尖晶石微粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤5μm。
可选的，所述复合外加剂为氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉、硼酸钠粉中的一种或多种的组合。
可选的，所述第一时长为2-5分钟；所述第二时长为5-8分钟；所述第三时长为5-8分钟；所述第四时长为1-2小时；所述第五时长为15-25小时。
可选的，所述第一粒度为0.088mm。
可选的，所述第一压力为100-300MPa；所述第一温度为200-400℃。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，不需要经过电熔法或烧结法高温烧成。而是利用电熔尖晶石微粉在坯体中的结合作用和高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，使尖晶石无铬耐材组织良好烧结发育，从而避免了采用电熔法或烧结法带来的体积膨胀难以得到致密的尖晶石制品的问题，提高了砖体基质部分的性能，即提高了中温强度和常温强度。
2、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，增加了棱角突出的粒度料的含量，增大了临界粒度，适当加大了大颗粒比例，提供了牢固的骨架结构，从而提高镁尖晶石耐火砖的高温强度。
3、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，引入了氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉等材料经合理配比后作为复合外加剂，利用氮化物和碳氮化物高强度、高耐磨以及超强的抗热震性来平衡单纯加入氧化钛带来的负面影响，使得尖晶石耐火砖在具备高温抗侵蚀性的前提下，也具有良好的抗热震性，大大提高了镁铝尖晶石砖的寿命。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种耐火砖及耐火砖的制备方法，解决了现有技术中的耐火砖存在的环保和强度不能兼得的技术问题。提供了一种环保且强度高的耐火砖。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
本申请提供一种耐火砖，所述耐火砖包括的组分及所述组分的重量百分比为：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉0-15％、电熔尖晶石颗粒0-20％、电熔尖晶石粉0-20％、电熔尖晶石微粉0-9％和复合外加剂1-6％；
其中，所述耐火砖为将所述组分压制成型后高温干燥制备；通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和所述组分在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增加了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度。
本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，不需要经过电熔法或烧结法高温烧成。而是利用电熔尖晶石微粉在坯体中的结合作用和高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，使尖晶石无铬耐材组织良好烧结发育，从而避免了采用电熔法或烧结法带来的体积膨胀难以得到致密的尖晶石制品的问题，提高了砖体基质部分的性能，即提高了中温强度和常温强度。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
在本实施例中，提供了一种耐火砖，所述耐火砖包括的组分及所述组分的重量百分比为：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉0-15％、电熔尖晶石颗粒0-20％、电熔尖晶石粉0-20％、电熔尖晶石微粉0-9％和复合外加剂1-6％；
其中，所述耐火砖为将所述组分压制成型后高温干燥制备；通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和所述组分在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增加了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度。
在本申请实施例中，所述电熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉、所述电熔尖晶石微粉和所述复合外加剂合计为100％，外加2-6％的酚醛树脂作为结合剂，以提高所述组分的结合度。
在本申请实施例中，所述电熔镁砂粒中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤8mm；所述电熔镁砂粉中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤180目；所述电熔尖晶石颗粒中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，颗粒度≤1mm；所述电熔尖晶石粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤320目；所述电熔尖晶石微粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤5μm。
在本申请实施例中，所述复合外加剂为氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉、硼酸钠粉中的一种或多种的组合。
具体来讲，本发明的耐火砖通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，不需要经过电熔法或烧结法高温烧成。而是利用电熔尖晶石微粉在坯体中的结合作用和高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，使尖晶石无铬耐材组织良好烧结发育，从而避免了采用电熔法或烧结法带来的体积膨胀难以得到致密的尖晶石制品的问题，提高了砖体基质部分的性能，即提高了中温强度和常温强度。
进一步，本发明的耐火砖的组分大量选用棱角突出的电熔镁砂粒和电熔尖晶石颗粒等粒度料，增大了临界粒度，适当加大了大颗粒比例，提供了牢固的骨架结构，从而提高镁尖晶石耐火砖的高温强度。
进一步，经研究传统的镁尖晶石砖中一般都会加入一些氧化钛来提高抗渣性，因为经研究发现随着氧化钛加入量的增加，砖体的气孔率会降低，使得炉渣渗透深度减少。但加入氧化钛过多又会导致砖体过于致密化，抗热震性降低，故一般只添加1％氧化钛。但这种砖经试验结果是其寿命比不加氧化钛的镁铝尖晶石砖的提高非常有限，几乎可以忽略。
本发明的耐火砖引入了氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉等材料经合理配比后作为复合外加剂，添加量可达到≤6％。利用氮化物和碳氮化物高强度、高耐磨以及超强的抗热震性来平衡单纯加入氧化钛带来的负面影响，使得镁尖晶石耐火砖在具备高温抗侵蚀性的前提下，也具有良好的抗热震性，大大提高了镁铝尖晶石砖的寿命。
综上，本发明的耐火砖解决了现有技术中镁尖晶石质砖强度较差、抗侵蚀能力较弱等技术问题。使得产品即具有镁铬砖一样优秀的抗侵蚀性和抗热震稳定性，又安全环保，无污染。
基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一中耐火砖的制备方法，详见实施例二。
实施例二
在本实施例中，提供了一种耐火砖的制备方法，所述方法包括：
按重量百分比称取：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉0-15％、电熔尖晶石颗粒0-20％、电熔尖晶石粉0-20％、电熔尖晶石微粉0-9％、复合外加剂1-6％和酚醛树脂2-6％；
将所述熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度大于第一粒度的骨料干混第一时长，再加入所述酚醛树脂，湿混第二时长形成第一混合物；
将所述熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度小于等于所述第一粒度的粉料和所述复合外加剂加入所述第一混合物，混和第三时长后再困料第四时长；
将困料后的混合物，以第一压力在压机上加压成型，制得半成品；
将所述半成品在干燥窑内第一温度下干燥第五时长，制得所述耐火砖。
其中，通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和所述组分在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增大了所述组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度。
在本申请实施例中，所述电熔镁砂粒中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤8mm；所述电熔镁砂粉中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤180目；所述电熔尖晶石颗粒中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，颗粒度≤1mm；所述电熔尖晶石粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤320目；所述电熔尖晶石微粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤5μm。
在本申请实施例中，所述复合外加剂为氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉、硼酸钠粉中的一种或多种的组合。
在本申请实施例中，所述第一时长为2-5分钟；所述第二时长为5-8分钟；所述第三时长为5-8分钟；所述第四时长为1-2小时；所述第五时长为15-25小时。
在本申请实施例中，所述第一粒度为0.088mm，所述第一压力为100-300MPa；所述第一温度为200-400℃。
下面提供了5个具体的实例来说明本发明的耐火砖的组成，制备方法及性能，详见表1和表2。
表1
上述表1为各个具体实施例原料组分的重量百分配比数据，以及添加酚醛树脂作为结合剂的重量百分比数据。
表1中实施例的耐火砖的制备方法，包括下述步骤：
首先，按照所述的重量百分比称量所需的原料组分；
再将若干种复合外加剂混合均匀，备用；
将粒度＞0.088mm的各种骨料，干混2-5分钟，再加入树脂结合剂，湿混5-8分钟；
加入粒度≤0.088mm的各种粉料及复合外加剂，再混5-8分钟，然后困料1-2小时；
将困料后的物料，以100-300MPa压力在压机上加压成型，制得半成品；
半成品在干燥窑内200-400℃下干燥15-25小时，检验包装即可得成品耐火砖。
表2
上述表2为对表1中各个实施例制备的耐火砖产品，进行显气孔率、体积密度、常温耐压强度、热震稳定性四项常规性能指标检测的数据。
可见，与同部位档次的冶金级镁铬砖相比，本发明所提供的耐火砖各项物理化学性能良好。不但实现了无铬化的环保目标，而且免除了高耗能的高温烧成工艺，其制作成本较低，施工、维修方便。在精炼炉上试用，无铬浸渍管寿命稳定达到110炉的水平，甚至超过了含铬浸渍管。
本实施例中制备的耐火砖兼具环保、抗侵蚀性和抗热震稳定性的原理，在实施例一中已经详细说明，为了说明书的简洁，在此就不再累述了。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，不需要经过电熔法或烧结法高温烧成。而是利用电熔尖晶石微粉在坯体中的结合作用和高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，使尖晶石无铬耐材组织良好烧结发育，从而避免了采用电熔法或烧结法带来的体积膨胀难以得到致密的尖晶石制品的问题，提高了砖体基质部分的性能，即提高了中温强度和常温强度。
2、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，通过设置电熔镁砂粒、电熔镁砂粉、电熔尖晶石颗粒、电熔尖晶石粉、电熔尖晶石微粉和复合外加剂的合理配比，增加了棱角突出的粒度料的含量，增大了临界粒度，适当加大了大颗粒比例，提供了牢固的骨架结构，从而提高镁尖晶石耐火砖的高温强度。
3、本申请实施例提供的耐火砖及耐火砖的制备方法，引入了氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉等材料经合理配比后作为复合外加剂，利用氮化物和碳氮化物高强度、高耐磨以及超强的抗热震性来平衡单纯加入氧化钛带来的负面影响，使得尖晶石耐火砖在具备高温抗侵蚀性的前提下，也具有良好的抗热震性，大大提高了镁铝尖晶石砖的寿命。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种耐火砖的制备方法，其特征在于，包括：
按重量百分比称取：
电熔镁砂粒50-60％、电熔镁砂粉大于0小于等于15％、电熔尖晶石颗粒大于0小于等于20％、电熔尖晶石粉大于0小于等于20％、电熔尖晶石微粉大于0小于等于9％、复合外加剂1-6％和酚醛树脂2-6％；将所述电熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度大于第一粒度的骨料干混第一时长，再加入所述酚醛树脂，湿混第二时长形成第一混合物；所述第一粒度为0.088mm；
将所述电熔镁砂粒、所述电熔镁砂粉、所述电熔尖晶石颗粒、所述电熔尖晶石粉和所述电熔尖晶石微粉中粒度小于等于所述第一粒度的粉料和所述复合外加剂加入所述第一混合物，混和第三时长后再困料第四时长；
将困料后的混合物，以第一压力在压机上加压成型，制得半成品；
将所述半成品在干燥窑内第一温度下干燥第五时长，制得所述耐火砖；
其中，通过所述电熔尖晶石微粉的结合作用和在高温使用过程中的烧结活性，发生砖坯内部***结，产生二次尖晶石，从而避免了采用电熔法或烧结法导致的体积膨胀，提高了所述耐火砖的中温强度和常温强度；
其中，所述电熔镁砂粒和所述电熔尖晶石颗粒均为粒度料，增大了组分的临界粒度，为所述耐火砖提供了牢固的骨架结构，从而提高了所述耐火砖的高温强度；
其中，所述电熔镁砂粒中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤8mm；所述电熔镁砂粉中的MgO含量的重量百分比≥98％，颗粒度≤180目；所述电熔尖晶石颗粒中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，颗粒度≤1mm；所述电熔尖晶石粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤320目；所述电熔尖晶石微粉中的Al2O3含量的重量百分比≥76％，中位径≤5μm；
其中，所述复合外加剂为氮化硅粉、碳氮化钛粉、碳化钛粉、硼酸钠粉中的一种或多种的组合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一时长为2-5分钟；所述第二时长为5-8分钟；所述第三时长为5-8分钟；所述第四时长为1-2小时；所述第五时长为15-25小时。
3.如权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于：
所述第一压力为100-300MPa；所述第一温度为200-400℃。
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