CN116854488A - 一种镁碳砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域。本发明提供了一种镁碳砖，包括工作层、中间层和涂料层，工作层包含如下质量百分数的制备原料：MgO65～85％，石墨10～30％，添加剂1～5％，添加剂为铝粉、硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种。本发明还提供了所述的镁碳砖的制备方法。本发明制得的镁碳砖的导热系数低，使用寿命长，而且制备成本低，能实现钢铁冶炼过程中节能、降耗、减排的目标。

Description

一种镁碳砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种镁碳砖及其制备方法。
背景技术
镁碳砖是一种优质的耐火材料，抗侵蚀性能好、抗热震性能强，在炼钢转炉、电炉、钢包、铁水罐等内衬材料等方面得到了广泛的应用。但是，由于镁碳砖引入石墨的热导率非常大，从而镁碳砖的热导率也非常高，热导率高意味着镁碳砖的冷面温度高，散失热量多，所以为了加热钢水，必然会消耗更多的能源，增加了炼钢能耗；同时引入石墨后，石墨的氧化和残余镁碳砖废弃物也会极大的增加碳排放。
因此，开发一种既不影响镁碳砖的性能及使用寿命，又可以节能、减排，降低炼钢成本的低导热镁碳砖及其制备方法具有良好的前景。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种镁碳砖及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镁碳砖，所述镁碳砖包括工作层、中间层和涂料层；
所述工作层包含如下质量百分数的制备原料：MgO65～85％，石墨10～30％，添加剂1～5％；
所述添加剂为铝粉、硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种。
作为优选，所述工作层的导热系数为10.0～20.0W/(m·K)，厚度为300～1100mm。
作为优选，所述中间层为刚玉砖、莫来石砖、保温板或刚玉纳米复合保温砖。
作为优选，所述中间层的导热系数≤0.45W/(m·K)，耐压强度≥20MPa，加热永久线变化率为0.5～0.8％，使用温度≥1300℃，厚度为50～300mm；中间层为实心结构或中空结构，中空结构的高度为5～20mm。
作为优选，所述涂料层为隔热反射涂料；所述隔热反射涂料的制备原料包含中空陶瓷微珠，中空陶瓷微珠为铝质或硅质；所述涂料层的导热系数≤0.15W/(m·K)，使用温度≥1300℃，厚度为0.5～3mm。
本发明还提供了所述的镁碳砖的制备方法，采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结或以打击的方式将工作层和中间层通过热固性树脂结合并进行干燥，然后将涂料层喷涂在中间层上。
作为优选，所述高温耐火胶包含如下组分：环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土；
所述环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土的质量比为1：0.2～0.4：0.4～0.6：0.03～0.05：0.01～0.03。
作为优选，所述固化剂为己二胺或三乙醇胺；所述镁砂粉的纯度≥99％。
作为优选，所述热固性树脂为热固性酚醛树脂；所述热固性树脂的粘度为10000～14000Pa·s，热固性树脂的厚度≤0.5mm；所述干燥的温度为180～300℃，干燥的时间为≥12h。
作为优选，所述喷涂的压力为0.5～1MPa。
本发明的有益效果包括：
本发明制得的镁碳砖的导热系数低，使用寿命长，而且制备成本低，能实现钢铁冶炼过程中节能、降耗、减排的目标。
附图说明
图1为本发明镁碳砖的结构示意图；
图2为本发明镁碳砖的中空结构中间层的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种镁碳砖，所述镁碳砖包括工作层、中间层和涂料层；
所述工作层包含如下质量百分数的制备原料：MgO65～85％，石墨10～30％，添加剂1～5％；
所述添加剂为铝粉、硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种。
本发明中，所述工作层的制备原料中包含质量百分数为65～85％的MgO，优选为70～80％，进一步优选为72～78％，更优选为74～76％。
本发明中，所述工作层的制备原料中包含质量百分数为10～30％的石墨，优选为15～25％，进一步优选为18～22％，更优选为20％。
本发明中，所述工作层的制备原料中包含质量百分数为1～5％的添加剂，优选为2～4％，进一步优选为2.5～3.5％，更优选为3％。
本发明中，所述工作层的导热系数优选为10.0～20.0W/(m·K)，进一步优选为12.0～18.0W/(m·K)，更优选为14.0～16.0W/(m·K)；厚度优选为300～1100mm，进一步优选为500～800mm，更优选为600～700mm。
本发明中，所述中间层优选为刚玉砖、莫来石砖、保温板或刚玉纳米复合保温砖。
本发明中，所述中间层的导热系数优选为≤0.45W/(m·K)，进一步优选为≤0.4W/(m·K)，更优选为≤0.3W/(m·K)；耐压强度优选为≥20MPa，进一步优选为≥25MPa，更优选为≥30MPa；加热永久线变化率优选为0.5～0.8％，进一步优选为0.6～0.7％，更优选为0.65％；使用温度优选为≥1300℃，进一步优选为≥1400℃，更优选为≥1500℃；厚度优选为50～300mm，进一步优选为100～200mm，更优选为140～160mm；中间层优选为实心结构或中空结构，中空结构的高度优选为5～20mm，进一步优选为8～16mm，更优选为10～12mm。
本发明中，所述中空结构的高度为与中间层的厚度为同一方向。
本发明中，所述涂料层优选为隔热反射涂料；所述隔热反射涂料的制备原料优选为包含中空陶瓷微珠，中空陶瓷微珠优选为铝质或硅质；所述涂料层的导热系数优选为≤0.15W/(m·K)，进一步优选为≤0.12W/(m·K)，更优选为≤0.10W/(m·K)；使用温度优选为≥1300℃，进一步优选为≥1400℃，更优选为≥1500℃；厚度优选为0.5～3mm，进一步优选为1～2.5mm，更优选为1.5～2mm。
本发明还提供了所述的镁碳砖的制备方法，采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结或以打击的方式将工作层和中间层通过热固性树脂结合并进行干燥，然后将涂料层喷涂在中间层上。
本发明中，所述以打击的方式将工作层和中间层通过热固性树脂结合优选为在工作层成型时，以中间层的一侧为模板，表面刷涂热固性树脂，然后通过打击的方式将工作层和中间层结合。
本发明中，所述工作层成型的方法优选为将原料组分混合后进行压制成型，然后进行干燥；所述压制成型的压力优选为150～200MPa，进一步优选为160～180MPa，更优选为170MPa；压制成型的温度优选为40～50℃，进一步优选为44～46℃，更优选为45℃；压制成型的时间优选为1～2h，进一步优选为1.4～1.6h，更优选为1.5h；所述干燥的温度优选为180～300℃，进一步优选为200～250℃，更优选为220～240℃；干燥的时间优选为≥12h，进一步优选为≥14h，更优选为≥15h。
本发明中，所述高温耐火胶优选为包含如下组分：环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土；
所述环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土的质量比优选为1：0.2～0.4：0.4～0.6：0.03～0.05：0.01～0.03，进一步优选为1：0.25～0.35：0.45～0.55：0.035～0.045：0.015～0.025，更优选为1：0.3：0.5：0.04：0.02。
本发明中，所述环氧树脂优选为缩水甘油醚类环氧树脂；所述固化剂优选为己二胺或三乙醇胺；所述镁砂粉的纯度优选为≥99％，进一步优选为
≥99.5％，更优选为≥99.8％。
本发明中，所述热固性树脂优选为热固性酚醛树脂；所述热固性树脂的粘度优选为10000～14000Pa·s，进一步优选为11000～13000Pa·s，更优选为12000Pa·s；热固性树脂的厚度优选为≤0.5mm，进一步优选为≤0.45mm，更优选为≤0.4mm；热固性树脂的残碳量优选为≥50％，进一步优选为≥52％，更优选为≥55％；热固性树脂的固含量优选为≥80％，进一步优选为≥82％，更优选为≥85％；所述干燥的温度优选为180～300℃，进一步优选为200～280℃，更优选为220～260℃；干燥的时间优选为≥12h，进一步优选为≥14h，更优选为≥15h。
本发明中，所述喷涂的压力优选为0.5～1MPa，进一步优选为0.6～0.8MPa，更优选为0.7MPa。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将MgO、石墨、铝粉和硅粉按照质量百分比为82％：15％：2％：1％混合后进行压制成型(压制成型的压力为200MPa，温度为45℃，时间为2h)，然后在250℃下干燥12h，得到导热系数为15.0W/(m·K)，厚度为500mm的工作层。
中间层选用厚度为100mm，导热系数为0.35W/(m·K)，耐压强度为22MPa，加热永久线变化率为0.5％，使用温度为1350℃，实心结构的莫来石砖。
涂料层为由铝质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(北京志盛威华化工有限公司生产的型号为ZS-1型1000℃的耐高温隔热保温涂料)，涂料层的厚度为1mm，导热系数为0.12W/(m·K)，使用温度为1400℃。
高温耐火胶由双酚A型环氧树脂(E-03型)、己二胺、纯度为99.5％的镁砂粉、硅灰和膨润土按照质量比为1：0.3：0.5：0.04：0.02混合而成。
采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结，然后在压力为0.8MPa时，将涂料层所用的涂料喷涂在中间层上，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1650℃，紧贴涂料层的钢壳温度为210℃。
实施例2
将实施例1的中间层替换为厚度、导热系数、耐压强度、加热永久线变化率和使用温度相同的中空结构的莫来石砖，中空结构的高度为20mm，其他条件同实施例1，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1658℃，紧贴涂料层的钢壳温度为185℃。
实施例3
将MgO、石墨、铝粉和硅粉按照质量百分比为77％：20％：2.5％：0.5％混合后进行压制成型(压制成型的压力为180MPa，温度为40℃，时间为1.5h)，然后在180℃下干燥14h，得到导热系数为10.0W/(m·K)，厚度为900mm的工作层。
中间层选用厚度为100mm，导热系数为0.35W/(m·K)，耐压强度为22MPa，加热永久线变化率为0.6％，使用温度为1400℃，中空结构的莫来石砖，中空结构的高度为20mm。
涂料层为由铝质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(北京志盛威华化工有限公司生产的型号为ZS-1型1000℃的耐高温隔热保温涂料)，涂料层的厚度为1mm，导热系数为0.12W/(m·K)，使用温度为1350℃。
高温耐火胶由双酚A型环氧树脂(E-03型)、三乙醇胺、纯度为99.8％的镁砂粉、硅灰和膨润土按照质量比为1：0.2：0.4：0.03：0.01混合而成。
采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结，然后在压力为0.5MPa时，将涂料层所用的涂料喷涂在中间层上，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1657℃，紧贴涂料层的钢壳温度为193℃。
实施例4
将实施例3的涂料层替换为由硅质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(淄博昊林耐火材料有限公司生产的型号为HL2的隔热反射涂料)，涂料层的厚度为1mm，导热系数为0.13W/(m·K)，使用温度为1400℃，其他条件同实施例3，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1655℃，紧贴涂料层的钢壳温度为195℃。
实施例5
中间层选用厚度为80mm，导热系数为0.45W/(m·K)，耐压强度为25MPa，加热永久线变化率为0.8％，使用温度为1450℃，实心结构的刚玉砖。
涂料层为由铝质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(北京志盛威华化工有限公司生产的型号为ZS-1型1000℃的耐高温隔热保温涂料)，涂料层的厚度为3mm，导热系数为0.10W/(m·K)，使用温度为1300℃。
热固性树脂为热固性酚醛树脂(型号为PF5311)，热固性树脂的粘度为12000Pa·s，厚度为0.3mm，残碳量为50％，固含量为85％。
将MgO、石墨、铝粉和碳化硅按照质量百分比为85％：10％：2％：3％混合后进行压制成型(压制成型的压力为150MPa，温度为50℃，时间为2h)，然后在250℃下干燥12h，得到导热系数为20.0W/(m·K)，厚度为1100mm的工作层，并在工作层成型的过程中，以中间层的一侧为模板，表面刷涂热固性树脂，之后通过打击的方式将工作层和中间层结合并在200℃下干燥14h，最后在压力为1MPa时，将涂料层所用的涂料喷涂在中间层上，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1652℃，紧贴涂料层的钢壳温度为202℃。
实施例6
将MgO、石墨、铝粉和碳化硼按照质量百分比为65％：30％：4％：1％混合后进行压制成型(压制成型的压力为200MPa，温度为45℃，时间为2h)，然后在250℃下干燥12h，得到导热系数为12.0W/(m·K)，厚度为300mm的工作层。
中间层选用厚度为300mm，导热系数为0.40W/(m·K)，耐压强度为23MPa，加热永久线变化率为0.5％，使用温度为1350℃，中空结构的刚玉纳米复合保温砖，中空结构的高度为12mm。
涂料层为由硅质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(淄博昊林耐火材料有限公司生产的型号为HL2的隔热反射涂料)，涂料层的厚度为0.5mm，导热系数为0.11W/(m·K)，使用温度为1380℃。
高温耐火胶由双酚A型环氧树脂(E-03型)、三乙醇胺、纯度为99.5％的镁砂粉、硅灰和膨润土按照质量比为1：0.4：0.6：0.05：0.03混合而成。
采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结，然后在压力为0.6MPa时，将涂料层所用的涂料喷涂在中间层上，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1651℃，紧贴涂料层的钢壳温度为198℃。
实施例7
中间层选用厚度为50mm，导热系数为0.30W/(m·K)，耐压强度为25MPa，加热永久线变化率为0.5％，使用温度为1460℃，实心结构的保温板。
涂料层为由铝质中空陶瓷微珠制备的隔热反射涂料(北京志盛威华化工有限公司生产的型号为ZS-1型1000℃的耐高温隔热保温涂料)，涂料层的厚度为0.5mm，导热系数为0.13W/(m·K)，使用温度为1300℃。
热固性树脂为热固性酚醛树脂(型号为PF5311)，热固性树脂的粘度为14000Pa·s，厚度为0.2mm，残碳量为60％，固含量为80％。
将MgO、石墨、碳化硅、硅粉和铝粉按照质量百分比为78％：18％：3％：0.5％：0.5％混合后进行压制成型(压制成型的压力为160MPa，温度为45℃，时间为1.5h)，然后在250℃下干燥12h，得到导热系数为13.0W/(m·K)，厚度为850mm的工作层，并在工作层成型的过程中，以中间层的一侧为模板，表面刷涂热固性树脂，之后通过打击的方式将工作层和中间层结合并在180℃下干燥12h，最后在压力为0.65MPa时，将涂料层所用的涂料喷涂在中间层上，得到镁碳砖。
本实施例制备得到的镁碳砖的工作面钢水温度为1652℃，紧贴涂料层的钢壳温度为186℃。
本发明制得的镁碳砖的导热系数低，使用寿命长，而且制备成本低，能实现钢铁冶炼过程中节能、降耗、减排的目标。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种镁碳砖，其特征在于，所述镁碳砖包括工作层、中间层和涂料层；
所述工作层包含如下质量百分数的制备原料：MgO65～85％，石墨10～30％，添加剂1～5％；
所述添加剂为铝粉、硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的镁碳砖，其特征在于，所述工作层的导热系数为10.0～20.0W/(m·K)，厚度为300～1100mm。
3.根据权利要求1或2所述的镁碳砖，其特征在于，所述中间层为刚玉砖、莫来石砖、保温板或刚玉纳米复合保温砖。
4.根据权利要求3所述的镁碳砖，其特征在于，所述中间层的导热系数≤0.45W/(m·K)，耐压强度≥20MPa，加热永久线变化率为0.5～0.8％，使用温度≥1300℃，厚度为50～300mm；中间层为实心结构或中空结构，中空结构的高度为5～20mm。
5.根据权利要求4所述的镁碳砖，其特征在于，所述涂料层为隔热反射涂料；所述隔热反射涂料的制备原料包含中空陶瓷微珠，中空陶瓷微珠为铝质或硅质；所述涂料层的导热系数≤0.15W/(m·K)，使用温度≥1300℃，厚度为0.5～3mm。
6.权利要求1～5任意一项所述的镁碳砖的制备方法，其特征在于，采用高温耐火胶将工作层和中间层粘结或以打击的方式将工作层和中间层通过热固性树脂结合并进行干燥，然后将涂料层喷涂在中间层上。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高温耐火胶包含如下组分：环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土；
所述环氧树脂、固化剂、镁砂粉、硅灰和膨润土的质量比为1：0.2～0.4：0.4～0.6：0.03～0.05：0.01～0.03。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂为己二胺或三乙醇胺；所述镁砂粉的纯度≥99％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为热固性酚醛树脂；所述热固性树脂的粘度为10000～14000Pa·s，热固性树脂的厚度≤0.5mm；所述干燥的温度为180～300℃，干燥的时间≥12h。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述喷涂的压力为0.5～1MPa。
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