含B₄C-C複合粉體和納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法

2023-05-05 21:48:46

專利名稱：含B4C-C複合粉體和納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法
技術領域：
本發明屬於低碳鎂碳磚耐火材料技術領域。尤其涉及一種含B4C-C複合粉體及納米TiC 粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。
背景技術：
隨著冶煉技術的進步，傳統鎂碳磚已不能滿足冶煉某些特殊鋼種(如超低碳鋼)的要求， 所以低碳含量鎂碳磚材料的開發和應用受到廣泛的關注。隨著碳含量的降低，不但可以提高 鎂碳磚的抗氧化性能，而且能有效地解決潔淨鋼冶煉過程的增碳問題。鎂碳磚中碳含量的降 低，使磚的熱導率隨之降低，由此不僅可大幅度地降低冶煉過程中的能耗，且鎂碳磚中碳含 量的降低還可以節約寶貴的石墨資源。
低碳鎂碳磚的損毀，首先是由於磚內的碳氧化，形成脫碳層，加之高溫下氧化鎂與石墨 的熱膨脹率相差懸殊(IOO(TC時，分別1.4%和0.2%)，導致組織結構疏鬆，強度降低，故在 低碳鎂碳磚中防止石墨被氧化的主要措施是添加抗氧化劑。
在抗氧化劑的研究中，通常是在低碳鎂碳磚中加入金屬或非金屬細粉。金屬細粉有A1、 Si、 Mg、 Al-Si合金、Al-Mg合金等，非金屬細粉有B4C、 TiC、 TiN、 SiC等。這些物質雖然 使得低碳鎂碳磚的抗氧化效果有明顯改善，但是也帶來一定的副作用(王誠訓.MgO-C質耐 火材料.冶金工業出版社，1995)，如過多的金屬Al粉在使用過程中可形成大量的A14C3， AUC3極易水化，從而導致磚體發生嚴重龜裂；Al粉本身也易於水化變質，Al與CaO可形成 低熔物，使材料的抗渣侵蝕性降低；過多A1粉的鎂碳材料在使用過程中還會出現過高的熱膨 脹，產生內應力對爐殼不利等。金屬Si粉最終形成矽酸鹽低熔相，如果加入量太多，會降低 材料的抗渣侵蝕性；SiC氧化以後形成Si02，也形成矽酸鹽低熔相，導致材料的抗渣侵蝕性 下降；B4C氧化後生成B203低熔點物質，同樣對材料的抗渣侵蝕性不利。
"含防氧化劑"C-TiN"複合粉體的鎂碳磚及其生產方法"(公開號CN 1844053A)介紹 了TiN加入到鎂碳磚中可以改善其性能，如抗渣侵蝕性、抗氧化性等。但其中TiN的合成是 在通N2氣氛下進行，成本相對較高；且在使用氣氛下，TiN會與CO和N2反應產生脫溶， 對材料性能不利。
"一種含碳氮化鈦鎂碳磚及其製備方法"(公開號CN 1944346A)介紹了利用碳氮化鈦 來改善鎂碳磚的性能，但其中碳氮化鈦的合成是在通N2的氣氛下進行，成本同樣相對很高。
在低碳鎂碳磚中，碳源本身的結構也是至關重要。石墨的品質、粒度大小及配比決定其 在鎂碳耐火材料中發揮的性能，優質的石墨以及合適的顆粒級配有助於其在鎂碳耐火材料的 均勻分布，改善材料的基質結構提高鎂碳材料的抗熱震性能，改善材料的氣孔結構及其分布 來防止材料的氧化，並通過降低對渣的潤溼性來增強鎂碳材料的抗渣侵蝕性能。科技人員對 四種粒度的天然鱗片石墨對低炭鎂炭磚的物理性能、抗氧化性和熱震穩定性的影響的研究(歐 陽軍華.石墨粒度對低炭鎂炭磚性能的影響.耐火材料.2004， 38 (6))結果表明用細石 墨取代較粗石墨製成的鎂炭磚，其物理性能、抗氧化性和熱震穩定性都有了明顯的改善，且 都以加入粒度S0.074 mm石墨的效果最好。但是其中粒度S0.074 mm的石墨顆粒也較大，因 為石墨粒度越大，其市場價格越高，所以成本並未降低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種成本低、高溫強度大、抗氧化性好、抗熱震性及抗渣侵蝕性 優良、碳含量在6%以下的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。
為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是將60 75wt。/。的鎂砂顆粒、15 30wt% 的鎂砂細粉、1 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 5wt。/。的細粒度鱗片石墨、0.5 1.5wt。/。的炭黑、 1 3wt。/。的金屬鋁粉、1 3wt。/。的金屬矽粉、0.1 lwt。/。的B4C-C複合粉體和0.05 0.4wt。/。的 納米TiC粉體混合，外加3 5wtM有機結合劑，經混練後壓製成型，在180 24(TC條件下進 行熱處理，製得含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚。其中
鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt。/。、粒度為5 0.088mm;鎂砂細粉的MgO含量為94 99wt%、粒度小於0.088mm;粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%、粒度為100目；細粒 度鱗片石墨的碳含量為97 99wt%、粒度為1000目；B4C-C複合粉體的粒度小於1微米；納 米TiC粉體的粒度小於50納米。
有機結合劑為煤焦油瀝青、固體粉狀酚醛樹脂、熱固性液體酚醛樹脂、熱塑性液體酚醛 樹脂、有機矽樹脂中的一種或一種以上。
由於採用上述技術方案，本發明將B4C-C複合粉體及納米TiC粉體引入低碳鎂碳磚中， 明顯地改善了材料的高溫強度、抗氧化性、抗熱震性及抗渣侵蝕性，同時降低了材料的熱導 率，使得冶煉過程的熱損耗大大降低。另外，由於石墨粒度越大，其市場價格越高，本發明 採用部分1000目和100目的鱗片石墨以及炭黑混合起來取代100目鱗片石墨作為碳源，不但 使得低碳鎂碳磚的性能有大幅改善，而且使生產成本明顯降低。
因此，本發明具有抗氧化效果好、高溫強度大、抗熱震性好、抗渣侵蝕性好及成本較低
等特點，所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的碳含量在6%以下，滿 足了冶煉超低碳鋼等某些特殊鋼種的要求。
具體實施例方式
實施例l
一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法，將70 75wt。/。的鎂 砂顆粒、15 20wtW的鎂砂細粉、2 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 3wt。/。的細粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wty。的炭黑、1 2wt。/。的金屬鋁粉、1 3wtn/。的金屬矽粉、0.8 lwt。/。的B4C-C複合 粉體和0.05 0.2 wtX的納米TiC粉體混合，外加3 5wty。的熱固性液體酚醛樹脂。經混練後 壓製成型，成型壓力為200MPa;然後在180 240'C條件下熱處理24小時，製得含B4C-C復 合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚製品。
本實施例1中，鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt%，粒度為5 0.088mm;鎂砂細粉的 MgO含量為94 99wt%，粒度小於0.088mm;粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%，粒度 100目；細粒度鱗片石墨的碳含量為97 99wt°/。，粒度1000目；B4C-C複合粉體中B4C的粒 度小於l微米(p)， TiC粉體的粒度小於50納米(nm)。
本實施例1所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測結果 顯示140(TC埋碳高溫抗折強度18.7Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進行氧化試驗，脫碳層 面積百分比小於12%; 120(TC保溫0.5h進行熱震試驗，殘餘抗折強度保持率91%; 160(TC保 溫3h埋碳氣氛下進行抗渣試驗，其結果是侵蝕和滲透現象不明顯。
實施例2
一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法，將60 70wt。/。的鎂 砂顆粒、18 30wty。的鎂砂細粉、2 3wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 3wtW的細粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、1 2wt。/。的金屬鋁粉、2 3wt。/。的金屬矽粉、0.1 0.8wt。/。的B4C-C複合 粉體和0.2 0.4wtX納米TiC粉體混合，外加3 5wty。的熱塑性液體酚醛樹脂。其它同實施 例l。
本實施例2所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測結果 顯示140(TC埋碳高溫抗折強度17.8Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進行氧化試驗，脫碳層 面積百分比小於13%; 120(TC保溫0.5h進行熱震試驗，殘餘抗折強度保持率90%; 160(TC保 溫3h埋碳氣氛下進行抗渣試驗，其結果是侵蝕和滲透現象不明顯。
實施例3
一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。將68 74wt。/。的鎂 砂顆粒、15 22wty。的鎂砂細粉、2 4wtn/。的粗粒度鱗片石墨、2 4wtn/。的細粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wty。的炭黑、1 3wt。/。的金屬鋁粉、1 2wt。/。的金屬矽粉、0.1 1.0wt。/。的B4C-C複合 粉體和0.05 0.4%納米TiC粉體混合，外加3 5 wt %的煤焦油瀝青和固體粉狀酚醛樹脂混 和樹脂。其它同實施例l。
本實施例3所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測結果 顯示1400。C埋碳高溫抗折強度18.2Mpa; 1400。C保溫2h空氣氣氛下進行氧化試驗，脫碳層 面積百分比小於11%; 1200。C保溫0.5h進行熱震試驗，殘餘抗折強度保持率89%; 160(TC保 溫3h埋碳氣氛下進行抗渣試驗，其結果是侵蝕和滲透現象不明顯。
實施例4
一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。將64 70wt。/。的鎂 砂顆粒、17 24wt。/。的鎂砂細粉、2 5wty。的粗粒度鱗片石墨、2 5wt。/。的細粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、2 3wt。/。的金屬鋁粉、1 3wt。/。的金屬矽粉、0.6 0.8wt。/。的B4C-C複合 粉體和0.2~0.4%的納米11(:粉體混合，外加3 5wt。/。的有機矽樹脂。其它同實施例l。
本實施例所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測結果顯 示140(TC埋碳高溫抗折強度18.3Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進行氧化試驗，脫碳層面 積百分比小於13%; 120(TC保溫0.5h進行熱震試驗，殘餘抗折強度保持率88%; 160(TC保溫 3h埋碳氣氛下進行抗渣試驗，其結果是侵蝕和滲透現象不明顯。
實施例5
一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。將67 72wt。/。的鎂 砂顆粒、15 23wt。/。的鎂砂細粉、2 5wt。/。的粗粒度鱗片石墨、1 4wty。的細粒度鱗片石墨、 0.5 1.5wt。/。的炭黑、1 3wt。/。的金屬鋁粉、2 3wt。/。的金屬矽粉、0.6 0.7wt。/。的B4C-C複合 粉體及0.2 0.3X的納米TiC粉體混合，外加3 5wt。/。的熱固性酚醛樹脂。其它同實施例1。
本實施例所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚，其性能檢測結果顯 示140(TC埋碳高溫抗折強度18.6Mpa; 140(TC保溫2h空氣氣氛下進行氧化試驗，脫碳層面 積百分比小於12%; 1200。C保溫0.5h進行熱震試驗，殘餘抗折強度保持率92%; 160(TC保溫 3h埋碳氣氛下進行抗渣試驗，其結果是侵蝕和滲透現象不明顯。
本具體實施方式
所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的碳含量在613/。 以下，具有抗氧化效果好、高溫強度大、抗熱震性好、抗渣侵蝕性好及成本較低等特點。
權利要求
1.一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法，其特徵在於將60～75wt％的鎂砂顆粒、15～30wt％的鎂砂細粉、1～5wt％的粗粒度鱗片石墨、1～5wt％的細粒度鱗片石墨、0.5～1.5wt％的炭黑、1～3wt％的金屬鋁粉、1～3wt％的金屬矽粉、0.1～1wt％的B4C-C複合粉體和0.05～0.4wt％的納米TiC粉體混合，外加3～5wt％有機結合劑，經混練後壓製成型，在180～240℃條件下進行熱處理。
2、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的鎂砂顆粒的MgO含量為94 99wt%、粒度為5 0.088mm。
3、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的鎂砂細粉的MgO含量為94 99wt%、粒度小於0.088mm。
4、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的粗粒度鱗片石墨的碳含量為95 97wt%、粒度為100目。
5、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的細粒度鱗片石墨的碳含量為97 99wt%、粒度為1000目。
6、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的B4C-C複合粉體的粒度小於1微米。
7、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的納米TiC粉體的粒度小於50納米。
8、 根據權利要求1所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚的製備方法， 其特徵在於所述的有機結合劑為煤焦油瀝青、固體粉狀酚醛樹脂、熱固性液體酚醛樹脂、熱 塑性液體酚醛樹脂、有機矽樹脂中的一種或一種以上。
9、 按照權利要求1 8項中任一項所述的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳 磚的製備方法所製備的含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚。
全文摘要
本發明屬於低碳鎂碳磚耐火材料技術領域。尤其涉及一種含B4C-C複合粉體及納米TiC粉體的低碳鎂碳磚及其製備方法。所採用的技術方案是將60～75wt％的鎂砂顆粒、15～30wt％的鎂砂細粉、1～5wt％的粗粒度鱗片石墨、1～5wt％的細粒度鱗片石墨、0.5～1.5wt％的炭黑、1～3wt％的金屬鋁粉、1～3wt％的金屬矽粉、0.1～1.0wt％的B4C-C複合粉體和0.05～0.4wt％的納米TiC粉體混合，外加3～5wt％有機結合劑，經混練後壓製成型，在180～240℃條件下熱處理24小時。本發明所製備的低碳鎂碳磚的碳含量在6％以下，具有抗氧化效果顯著、高溫強度大、抗熱震性良好、抗渣侵蝕性強和成本低的特點。
文檔編號C04B35/66GK101367669SQ200810197089
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者朱伯銓, 李享成, 王志強 申請人:武漢科技大學