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一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖及生产方法
申请号	CN201710585801.2	申请日	2017-07-18	公开(公告)号	CN107459341A	公开(公告)日	2017-12-12
申请人	海城利尔麦格西塔材料有限公司;			发明人	孙宇; 王新杰; 张义先; 尹斌; 金钊; 王健骁;
摘要	本发明涉及一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖及生产方法，包括以下物料：不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、结合剂、添加剂，所述的结合剂为酚醛树脂和或固体沥青粉，所述的添加剂为硼铁矿+Al粉或者硼铁矿。优点是：镁碳砖以硼铁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。硼铁矿原料易得且成本低，使用天然硼铁矿作为新型添加剂，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铁矿资源，降低镁碳砖生产成本，节约能源。
权利要求	1.一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，包括以下物料：不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、结合剂、添加剂，所述的结合剂为酚醛树脂和或固体沥青粉，其特征在于，所述的添加剂为硼铁矿+Al粉或者硼铁矿。 2.根据权利要求1所述的一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，其特征在于，所述的物料重量份数为：1mm≤粒径＜3mm的电熔镁砂45～55份；粒径＜1mm的电熔镁砂15～25份；粒径＜0.088mm的电熔镁砂15～20份；鳞片石墨5～15份；酚醛树脂2～4份。 3.根据权利要求2所述的一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，其特征在于，物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～2％的固体沥青粉。 4.根据权利要求2或3所述的一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，其特征在于，物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～6％的硼铁矿或硼铁矿+Al粉，其中的硼铁矿+Al粉的重量比为硼铁矿：Al粉＝2：1。 5.一种根据权利要求1所述的用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖的生产方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)对硼铁矿进行预处理：硼铁矿经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；若采用硼铁矿+Al粉作为添加剂，则将处理后的硼铁矿粉末与Al粉混合均匀待用； 2)在电熔镁砂中加入结合剂，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、硼铁矿或硼铁矿+Al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，成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。
说明书全文	一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖及生产方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种镁碳砖的生产方法，尤其涉及一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖及生产方法。背景技术 [0002] 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，被广泛应用炼钢转炉、电炉和钢包精炼炉以及钢包渣线上。在镁碳砖中加入添加剂能够有效的防止碳氧化，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。 [0003] 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： [0004] 2Al(l)+3CO(g)→Al2O3(s)+3C(s) [0005] 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： [0006] Si(s)+C(s)+O2(g)＝SiO2(g)+CO(g) [0007] 而后，反应产生的CO又可使SiO(g)进一步氧化成SiO2： [0008] SiO(g)+CO(g)＝SiO2(g)+C(s) [0009] 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。 [0010] 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： [0011] Al4C3+12H2O＝3CH4+4Al(OH)3 [0012] 伴随较大的体积膨胀，从而对材料产生潜在的破坏作用。 [0013] 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。 [0014] 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。 [0015] 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。 [0016] 中国专利公开号CN 102653471 A，“用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法”采用硼镁矿作为添加剂，在使用过程中无法做到保护镁碳砖中的镁、铝等有效元素，影响镁碳砖的使用寿命。 [0017] 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 [0018] 为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖及生产方法，既能够提高镁碳砖的抗氧化性，又能增强其抗渗透性、抗高温侵蚀性。 [0019] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现： [0020] 一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，包括以下物料：不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、结合剂、添加剂，所述的结合剂为酚醛树脂和或固体沥青粉，所述的添加剂为硼铁矿+Al粉或者硼铁矿。 [0021] 所述的物料重量份数为：1mm≤粒径＜3mm的电熔镁砂45～55份；粒径＜1mm的电熔镁砂15～25份；粒径＜0.088mm的电熔镁砂15～20份；鳞片石墨5～15份；酚醛树脂2～4份。 [0022] 物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～2％的固体沥青粉。 [0023] 物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～6％的硼铁矿或硼铁矿+Al粉，其中的硼铁矿+Al粉的重量比为硼铁矿：Al粉＝2：1。 [0024] 一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖的生产方法，包括以下步骤： [0025] 1)对硼铁矿进行预处理：硼铁矿经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；若采用硼铁矿+Al粉作为添加剂，则将处理后的硼铁矿粉末与Al粉混合均匀待用； [0026] 2)在电熔镁砂中加入结合剂，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、硼铁矿或硼铁矿+Al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，成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。 [0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0028] 镁碳砖以硼铁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。 [0029] 硼铁矿原料易得且成本低，使用天然硼铁矿作为新型添加剂，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铁矿资源，降低镁碳砖生产成本，节约能源。附图说明 [0030] 图1是本发明的工艺流程图。具体实施方式 [0031] 下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。 [0032] 用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖，包括以下物料：不同粒径的电熔镁砂、鳞片石墨、结合剂、添加剂，所述的结合剂为酚醛树脂和或固体沥青粉，所述的添加剂为硼铁矿+Al粉或者硼铁矿。其中，物料重量份数为：1mm≤粒径＜3mm的电熔镁砂45～55份；粒径＜1mm的电熔镁砂15～25份；粒径＜0.088mm的电熔镁砂15～20份；鳞片石墨5～15份；酚醛树脂2～4份。 [0033] 物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～2％的固体沥青粉。 [0034] 物料总重量为100％，外加重量百分比0.5～6％的硼铁矿或硼铁矿+Al粉，其中的硼铁矿+Al粉的重量比为硼铁矿：Al粉＝2：1。 [0035] 见图1，一种用硼铁矿作为添加剂的镁碳砖的生产方法，包括以下步骤： [0036] 1)对硼铁矿进行预处理：硼铁矿经过800～1000℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；若采用硼铁矿+Al粉作为添加剂，则将处理后的硼铁矿粉末与Al粉混合均匀待用； [0037] 2)在电熔镁砂中加入结合剂，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、硼铁矿或硼铁矿+Al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，成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。 [0038] 实施例1 [0039] 本实施例加入硼铁矿作为添加剂，各组分重量百分比如下： [0040] [0041] 以上物料总重量为100％，以此为基准按重量百分比外加沥青1％，外加硼铁矿0.5～6％。 [0042] 照上述配比，在镁砂颗粒中加入酚醛树脂和固体沥青粉，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、添加剂硼铁矿的混合粉， [0043] 其中的添加剂硼铁矿是经过900℃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。 [0044] 本实施例生产的镁碳砖物化性能检测结果见下表： [0045] [0046] [0047] 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： [0048]加热温度℃ 750 1000 1200 1400 1500 脱碳层厚度mm 1.20 4.50 5.45 2.60 1.75 [0049] 实施例2 [0050] 本实施例加入硼铁矿和Al粉作为添加剂，物料各组分重量百分比如下： [0051] [0052] 以上物料总重量为100％，以此为基准按重量百分比外加沥青1％，外加硼铁矿+Al粉0.5～6％ [0053] 按照上述配比，在镁砂颗粒中加入酚醛树脂和固体沥青粉，混合均匀后加入预先混合好的石墨、添加剂硼铁矿和Al粉的混合细粉，其中的添加剂硼铁矿是经950℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；其中的硼铁矿+Al粉的质量比为硼铁矿：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。 [0054] 本实施例生产的镁碳砖物化性能检测结果见下表： [0055] [0056] 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： [0057] [0058] [0059] 实施例3 [0060] 用硼铁矿+Al粉作为添加剂的镁碳砖，物料各组分重量份配比如下： [0061] [0062] 以上物料总重量为100％，以此为基准按重量百分比外加沥青0.5％，外加硼铁矿+Al粉2％，其中的硼铁矿+Al粉的重量比为硼铁矿：Al粉＝2：1。 [0063] 见图1，镁碳砖的生产方法，包括以下步骤： [0064] 1)对硼铁矿进行预处理：硼铁矿经过960℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；将处理后的硼铁矿粉末与Al粉混合均匀待用； [0065] 2)在电熔镁砂中加入酚醛树脂和固体沥青粉，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、硼铁矿+Al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，成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。 [0066] 实施例4 [0067] 用硼铁矿+Al粉作为添加剂的镁碳砖，物料各组分重量份配比如下： [0068] [0069] 以上物料总重量为100％，以此为基准按重量百分比外加沥青2％，外加硼铁矿+Al粉6％，其中的硼铁矿+Al粉的重量比为硼铁矿：Al粉＝2：1。 [0070] 见图1，镁碳砖的生产方法，包括以下步骤： [0071] 1)对硼铁矿进行预处理：硼铁矿经过910℃焙烧并保温1h，焙烧后粉碎至100目以下的粉末；将处理后的硼铁矿粉末与Al粉混合均匀待用； [0072] 2)在电熔镁砂中加入酚醛树脂和固体沥青粉，混合均匀后加入预先混合好的鳞片石墨、硼铁矿+Al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，成型好的砖坯经过200℃×10h处理，制成镁碳砖。

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