碳素保護套管耐火材料及其製備方法
2023-10-11 12:02:14 1
專利名稱：：碳素保護套管耐火材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及耐火材料
技術領域：
，尤其涉及一種用於鋼錠澆鑄的碳素保護套管耐火材料及其製備方法。
背景技術：
：目前，鋼鐵企業在生產鋼錠時，基本上都採用真空鑄錠的方法生產鋼錠。在生產過程中由於單錠重量比較大，一般為70-80噸鋼錠，最大鋼錠重達300噸，從而導致澆注的時間長，鋼錠模耐火套管受損嚴重。國內外也有使用高鋁質耐火材料砌築鑄模套管的，如中國專利申請號為4191849.1、名稱為《金屬澆鑄的型模和方法及用於其中的耐火組合物》，公開了一種包括氧化鋁含量至少約為40%重量、含氧化鋁和二氧化矽的中空微球和一種粘結劑的粘結耐火組合物。該組合物可以在合適的鑄模中，用手工或用機械錘擊混合組分或用鼓風或噴射混合組分，將它們送入鑄模中的方法，做成諸如套筒或模板等形式的成型件。但該專利的耐火組合物是以氧化鋁含量至少約為40%重量的含氧化鋁和二氧化矽的中空微球以及粘結劑所製成的，與高鋁質耐火材料砌築的鑄模套管一樣，在使用時容易造成流鋼孔侵蝕快，孔徑變化大，衝刷嚴重，下部易結瘤。國外也有使用整體成型的鑄模石墨保護套管。但其對設備的整體尺寸和安裝有很高的要求，以及所採用的成分含量等不太適合企業的實際生產要求等不足，此外因其產品價格昂貴，生產成本大幅增加而少有使用。
發明內容本發明的目的在於解決上述高鋁質和石墨質鑄模套管出現的問題，而提供一種用廉價的碳素材料來替代高鋁質的鑄模保護套管材料。使鑄錠保護套管的使用壽命延長，降低耐火材料的消耗和生產成本。本發明的技術解決方案如下技術方案之一為一種碳素保護套管的耐火材料，其特點在於以質量百分比計包括以下組份40%-60%的碳素材料，2%-10%的超細碳素材料,2%-5%的防氧化劑,20%-40%的非氧化物磨料，3%~8%的結合劑。本發明的技術方案之二為碳素保護套管耐火材料的製備方法，並採用以下步驟製備該耐火材料a以質量百分比計選用以下組份進行配比40%-60。/U灰素材料，2%-10%的超細碳素材料，2%-5%的防氧化劑，20%-40%的非氧化物磨料，3%~8%的結合劑；b將以上配料混練815min,然後壓製成所需尺寸的產品；c將產品在180士5。C的溫度條件下烘乾，d將烘乾的產品在瀝青中浸漬後進行冷卻，e最後將冷卻後的產品進行焙燒處理。以上所述的碳素材料是電極顆粒、石墨、碳化矽、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為4-200目；所述的超細碳素材料是碳黑、石墨、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為400-1000目；所述的防氧化劑是金屬矽、碳化矽、碳化硼、氮化矽中的一種或一種以上，其粒度為200-325目；所述的非氧化物磨料是碳化矽、氮化矽、氮化硼中的一種或一種以上，其粒度為200-3"目；所述的結合劑是酚醛樹脂、六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸鉤、水玻璃、亞碌u酸紙漿廢液中的一種或一種以上。本發明優點和積極效果在於1)本發明可分解生產，組合使用，使生產和使用都變得很容易；2)本發明的產品價格便宜，只有進口同類耐火材料^f介格的八分之一；3)本發明的產品強度高，抗沖刷能力強，性能好，4)本發明的產品使用壽命長。具體實施例方式以下結合實施例和效果對本發明的技術方案作詳細描述本發明公開了兩種技術解決方案，一種是碳素保護套管耐火材料，一種是碳素保護套管耐火材料的製備方法。該材料以質量百分比計，包括以下組份40°/。-60%碳素材料，其粒度為4-200目；2-10°/。的超細碳素材料，其粒度為400-1000目；2-5%的防氧化劑，20%-40%的非氧化物磨料和3~8%的結合劑。本發明釆用以下步驟製備上述的耐火材料a以質量百分比計選用40°/。-60%碳素材料，2-10°/。的超細碳素材料，2-5%的防氧化劑，20°/。-40°/。的非氧化物磨料，以及3~8%的結合劑進行配比；b將以上配料用高速混碾機進行815min的混練或混合，然後用315噸的摩擦壓磚機壓製成所需尺寸的產品；c在180士5。C的溫度條件下將產品烘乾，烘乾時間在24h之內；d將烘乾的產品在真空油浸系統中採用壓力為0.2-0.8MPa的高壓瀝青進4亍;曼漬，而後進4亍;令^卩；e最後將冷卻後的產品在焙燒窯中進行焙燒，其焙燒溫度為500-800°C,焙燒時間為4-10hrs。所述的焙燒為低溫處理，其作用是燒蝕產品表面殘餘的瀝青，使其內部形成碳的網絡結構，可大幅度提高產品的強度。本發明的耐火材料和製備方法中所述的碳素材料是電極顆粒、石墨、碳化矽、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為粒度為4-200目；所述的超細碳素材料為有機物質不完全燃燒或受熱分解的產物，其顆粒細，吸附性強，超細碳素材料為碳黑、石墨、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為粒度為400-1000目；所述的防氧化劑是金屬矽、碳化矽、碳化硼、氮化矽中的一種或一種以上；所述的非氧化物磨料是碳化矽、氮化矽、氮化硼中的一種或一種以上；所述的結合劑是酚醛樹脂、六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸鈣、水玻璃、亞石克酸紙漿廢液中的一種或一種以上。本發明所使用的電極顆粒、石墨、碳黑、瀝青等雖都屬碳素材料，但因粒度差異較大，使用時作用也大不相同。如以電極顆粒為骨架，細粉及超微粉起填充和交聯作用；金屬矽、碳化矽、碳化硼等在耐火材料中少量加入，主要作用為抗氧化劑；碳化矽、氮化矽、氮化硼等為非氧化物磨料，其主要功能是增加耐火材料的強度和韌性。本發明的製品為內徑300-500mm，外徑600-700mm的類圓環，如直接生產不易成型，在運輸、安裝時也較困難，故可分解生產，使用時再組合成型。本發明在以下實施例中未用到的成分或元素並不代表其不可實施，以下實施例僅是本發明優選的實施例，採用本發明所述的所有成分或元素均可達到本發明所述的發明效果。本發明在具體實施中所使用的碳素材料成分如表1:表l碳素材料成分物料F.C%SiC%Fe2(V/0揮發份％水份％電極顆粒》95碳化矽《0.3》95《1瀝青》50L-190石墨>90《2《1L-195石墨》95《1.5《0.8L-198石墨》98《1.0《0.6實施例1實施例1中所使用的碳素材料成分見表2:表2碳素材料成分物料F.C%SiC%Fe203%揮發份％水份％電極顆粒》95碳化矽《0.3《1L-198石墨》98《1.0《0.6先將表2粒度為100目的電極顆粒40%，L-198石墨5%，碳化矽10°/。，按配比混合好；再加入粒度為400目的超細碳素材料碳黑2%和超細碳素材料石墨3%;加入粒度為200目的防氧化劑金屬矽1%、碳化矽1%、氮化矽1%;加入325目的非氧化物磨料，即碳化矽15%、氮化硼12%;接著加入酚醛樹脂3%、木質素磧酸鈣3%的結合劑；將以上配比好的組份在高速混碾機上混練15min出料，用315噸摩擦壓磚機壓製成(按照用戶使用條件確定相應的產品尺寸)的產品，在180士5。C的溫度條件下進行24h的烘乾；然後將烘乾的產品在真空油浸系統中採用壓力為0.5Mpa的高壓瀝青浸漬；將浸漬後的產品冷卻後再在焙燒窯中進行焙燒，焙燒溫度為50(TC，焙燒時間為10hrs。本實施例1的碳素保護套管材料應用於我國某重型機械集團公司的真空鑄錠模上，產品的澆鑄量比用高鋁質保護套管高出20°/。，成本僅為現有進口同類產品的八分之一，使用效果很好。實施例2實施例2中所使用的碳素材料成分見表3:表3碳素材料成分tableseeoriginaldocumentpage8將表3的粒度為200目的碳素材料電極顆粒45°/。，L-195石墨2°/。，L-198石墨2%，碳化矽5°/。，瀝青3%,按配比混合好；再加入粒度為700目的超細碳素材料碳黑2%以及瀝青5%;加入粒度為250目的防氧化劑，即碳化矽2%，碳化硼3%;加入200目的非氧化物磨料，即碳化矽5%、氮化矽10°/。氮化硼10°/。；接著加入酚醛樹脂2%、2%水玻璃作為結合劑；將以上配比好的組份在高速混碾機上混練8min出料，用315噸摩糹察壓磚機壓製成(按照用戶使用條件確定相應的產品尺寸)的產品，在180土5。C的溫度條件下進行24h的烘乾；然後將烘乾的產品在真空油浸系統中採用壓力為0.8Mpa的高壓瀝青浸漬；將其冷卻後再將產品在焙燒窯中焙燒，其焙燒溫度為80(TC,焙燒時間為4hrs。本實施例2的^^友素保護套管材料應用於我國某重型機械集團公司的鑄錠模上，產品的澆鑄量比用石墨保護套管高出20%,成本大幅下降，套管的使用壽命是現有技術的一倍以上，性能良好。實施例3實施例3中所使用的碳素材料成分見下表4:表4碳素材料成分物料F.C%SiC%Fe203%揮發份％水份％電極顆粒>95碳化矽《0.3》95《1L-190石墨》90《2《1L-198石墨》98《1.0《0.6將表4的粒度為50目的碳素材料電極顆粒40%，L-198石墨3%，碳化矽3%，按配比混合好；再加入粒度為900目的超細碳素材料碳黑5%及超細碳素材料石墨5%;加入粒度為325目的防氧化劑，即金屬矽2%、碳化矽1%、碳化硼1%;加入250目的非氧化物磨料，即碳化矽10°/。，氮化矽10%,氮化硼10%;加入酚醛樹脂2%，木質素磺酸鉤3%，水玻璃2%作為結合劑；將以上配比好的組份在高速混碾機上混練12min出料，用315口屯摩擦壓磚機壓製成(按照用戶使用條件確定相應的產品尺寸)的產品，在180士5。C的溫度條件下，在24h左右烘乾；然後將烘乾的產品在真空油浸系統中採用壓力為0.3Mpa的高壓瀝青浸漬；將其冷卻後再將產品在焙燒窯中焙燒，其焙燒溫度為650°C,焙燒時間為7hrs。本實施例3的碳素保護套管應用於我國某鑄造廠的鑄錠模上，產品的澆鑄量比用石墨或高鋁質保護套管高出20%，表面抗衝刷能力強，強度明顯高於現有技術，使用性能良好。採用上述技術方案，所研製出的產品檢測理化指標與現有國內外保護套管的理化指標相對比，結果見表5。9tableseeoriginaldocumentpage10由表5可以看出，本發明研製出的碳素保護套管與同檔次的現有技術和進口產品相比氣孔率低、體積密度大、耐壓強度高；含碳量高、含矽量高而Fe^含量低。該產品完全可作為真空鑄錠保護套管的耐火材料使用，且製備成本低廉。為了考察本發明製備的碳素保護套管作為真空鑄錠保護管耐火材料的可行性，特地按照上述本發明的組份和製備方法生產了一批樣塊在我國某重型機械企業的真空爐上試用。在使用過程中本發明試驗產品的澆鑄量比現有技術高鋁質和石墨質套管的進口產品還要高出20%,使用結果表明用本發明製備的碳素保護套管性能良好，生產效率高，使鑄錠保護套管的使用壽命延長,降低了耐火材料的消耗和生產成本，完全可用來替代高鋁質或石墨質產品。權利要求1、一種碳素保護套管耐火材料，其特徵在於以質量百分比計包括以下組份40％-60％的碳素材料，2％-10％的超細碳素材料，2％-5％的防氧化劑，20％-40％的非氧化物磨料，3％～8％的結合劑。2、根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料，其特徵在於所述的碳素材料是電極顆粒、石墨、碳化矽、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為4-200目。3、根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料，其特徵在於所述的超細碳素材料是碳黑、石墨、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為400-1000目。4、根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料，其特徵在於所述的防氧化劑是金屬矽、碳化矽、碳化硼、氮化矽中的一種或一種以上；其粒度為200-325目。5、根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料，其特徵在於所述的非氧化物磨料是碳化矽、氮化矽、氮化硼中的一種或一種以上；其粒度為200-325目。6、根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料，其特徵在於所述的結合劑是酚醛樹脂、六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸鈣、水玻璃、亞硫酸紙漿廢液中的一種或一種以上。7、一種根據權利要求1所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於採用以下步驟進行製備a以質量百分比計選用以下組份進行配比40%-60°/。的碳素材料，2%-10°/。的超細碳素材料，2%-5°/。的防氧化劑，20%-40%的非氧化物磨料，3%~8%的結合劑；b將以上配料混練815min,然後壓製成所需尺寸的產品；c將產品在180士5。C的溫度條件下烘乾，d將烘乾的產品在瀝青中浸漬後進行冷卻，e最後將冷卻後的產品進行焙燒處理。8、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於所述的碳素材料是電極顆粒、石墨、碳化矽、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為4-200目。9、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於所述的超細碳素材料是碳黑、石墨、瀝青中的一種或一種以上，其粒度為400-1000目。10、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於所述的防氧化劑是金屬矽、碳化矽、碳化硼、氮化矽中的一種或一種以上；其粒度為200-325目。11、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於所述的非氧化物磨料是^f友化矽、氮化矽、氮化硼中的一種或一種以上；其粒度為200-325目。12、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於所述的結合劑是酚醛樹脂、六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸《丐、水玻璃、亞^J吏紙漿廢液中的一種或一種以上。13、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於採用高壓瀝青浸漬，高壓為0.2-0.8MPa。14、根據權利要求7所述的碳素保護套管耐火材料的製備方法，其特徵在於將冷卻後的產品在焙燒窯中進行焙燒，其焙燒溫度為500-800°C，焙燒時間為4一10hrs。全文摘要本發明公開了一種鑄模保護套管耐火材料及其製備方法，該耐火材料包括以下組份40％-60％碳素材料，2％-10％的超細碳素材料，2％-5％的防氧化劑，20％-40％的非氧化物磨料，3％～8％的結合劑；其製備方法包括的步驟有選用碳素材料，加入超細碳素材料，防氧化劑，結合劑，將以上配料並進行混練，然後壓製成所需尺寸的產品，在180℃左右的溫度條件下將產品進行烘乾，在瀝青中浸漬並進行冷卻，最後將產品進行焙燒處理即可；本發明用廉價的碳素材料來替代高鋁質的鑄模保護套管材料，使真空鑄錠保護套管的使用壽命延長，降低了耐火材料的消耗和生產成本。文檔編號C04B35/66GK101665365SQ20091018049公開日2010年3月10日申請日期2009年10月16日優先權日2009年10月16日發明者代小明,關樹倫,唐科義,斌敬,王長民,蒲桃紅,謝長清申請人:攀鋼冶金材料有限責任公司