專利名稱：一種方鎂石－碳化硅－碳復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化物—非氧化物復(fù)合材料是耐火材料發(fā)展的重要方向。鎂碳質(zhì)耐火材料已成為鋼鐵工業(yè)用重要的耐火材料，它是由鎂砂及石墨以樹脂為結(jié)合劑制成的。由于石墨不被熔渣潤(rùn)濕，熱導(dǎo)率高，因而碳復(fù)合材料具有優(yōu)良的抗渣性和熱震穩(wěn)定性，被廣泛用于冶金爐及容器的內(nèi)襯。在上世紀(jì)后期，耐火材料使用壽命的大幅度提高，碳復(fù)合耐火材料起了重要作用。隨著純凈鋼、超低碳鋼生產(chǎn)的發(fā)展，人們的觀念從單純追求耐火材料的長(zhǎng)壽命轉(zhuǎn)移到同時(shí)需要考慮耐火材料對(duì)鋼質(zhì)量的影響，作為冶煉爐及其內(nèi)襯的耐火材料會(huì)對(duì)鋼水質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。而傳統(tǒng)鎂碳材料中碳的存在亦帶來了一些新的問題，主要是對(duì)熔鋼的增碳問題(李楠著，耐火材料與鋼鐵的反應(yīng)及對(duì)鋼質(zhì)量的影響，冶金工業(yè)出版社，2005)，由于碳復(fù)合材料中的碳在高溫下可以溶解到鋼水中，導(dǎo)致鋼水中的碳含量增加，從而影響鋼材的質(zhì)量。
在目前的鎂碳復(fù)合耐火材料中，SiC是作為抗氧化劑加入的，加入量一般在3％以下，其作用僅僅是保護(hù)碳復(fù)合材料中的碳不被氧化，而碳復(fù)合材料中的碳會(huì)在冶煉過程中對(duì)鋼水增碳，將會(huì)影響到鋼水的潔凈度和鋼材的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能降低碳復(fù)合材料對(duì)冶煉過程中的鋼水碳含量影響的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按重量百分含量將60～90％的電熔或燒結(jié)鎂砂、5～35％的碳化硅、2～15％的石墨、0.5～5％的碳黑、0.5～6％的添加劑混合，外加上述混合物重量3～9％的結(jié)合劑和0～1％的六次甲基四胺為固化劑，經(jīng)攪拌混合后壓制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小時(shí)。
其中電熔或燒結(jié)鎂砂，或?yàn)轭w粒、或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為3～11mm、細(xì)粉粒徑為3～95μm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～8020～70；碳化硅或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為1～7mm、細(xì)粉粒徑為2～105μm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70；石墨或?yàn)轭w粒、或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為0.1～1mm，細(xì)粉粒徑＜0.1mm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70；碳黑顆粒粒徑為0.1～1mm、細(xì)粉粒徑＜0.1mm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70。
結(jié)合劑或?yàn)榉尤渲?、或?yàn)闉r青、或?yàn)榉尤渲蜑r青的混合物。
添加劑或?yàn)榻饘黉X、或?yàn)閱钨|(zhì)硅、或?yàn)樘蓟?、或?yàn)閱钨|(zhì)硅與碳化硼的混合物，添加劑的粒徑均≤1mm的細(xì)粉。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明是將SiC作為主要成分引入，以形成MgO-SiC-C系耐火材料。SiC引入量在5％以上，碳在SiC中的重量百分含量只有30％，所以SiC對(duì)熔鋼的增碳行為比碳要小的多。同時(shí)，SiC又具有高熔點(diǎn)、不被熔渣潤(rùn)濕，熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，這些特性又和石墨很接近。因而MgO-SiC-C系耐火材料也具有優(yōu)良的抗渣性和熱震穩(wěn)定性。
本發(fā)明所制備的復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)及較高的熱導(dǎo)率特點(diǎn)，特別是利用SiC自保護(hù)氧化的特性，表面生成的二氧化硅保護(hù)膜會(huì)將鋼液和碳化硅隔離開來。同時(shí)，一旦二氧化硅溶于熔渣或液相中，會(huì)增加熔渣或液相的粘度，既可緩解熔渣對(duì)耐火材料的損壞，又可以阻礙碳與SiC與鋼液中的溶解，減少了耐火材料中的碳及SiC對(duì)鋼水的增碳作用。
本發(fā)明所制備的產(chǎn)品可以作為冶金爐及容器的內(nèi)襯，同時(shí)對(duì)鋼水的增碳行為比傳統(tǒng)的碳復(fù)合材料要低很多，可滿足潔凈鋼冶煉的需要。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料及其制備方法。按重量百分含量將70～80％的電熔鎂砂顆粒與細(xì)粉、5～20％的碳化硅顆粒與細(xì)粉、2～10％的石墨、1～4％碳黑、2～3％金屬鋁粉，外加3～6％的酚醛樹脂結(jié)合劑進(jìn)行攪拌混合。
其中電熔鎂砂顆粒粒徑在3～11mm之間、細(xì)粉粒徑為3～95μm，電熔鎂砂顆粒與細(xì)粉的重量比為40～60∶40～60；碳化硅的顆粒粒徑為1～7mm、細(xì)粉粒徑為50～100μm，顆粒與細(xì)粉的重量比為40～60∶40～60；石墨的粒徑為50～500μm，碳黑粒徑為10～100μm，金屬鋁粉粒徑≤1mm。
混合攪拌均勻后在壓機(jī)上壓制成型，在200～300℃下烘烤16～24小時(shí)。即可得到常溫耐壓強(qiáng)度大于30MPa，顯氣孔率小于15％的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合耐火材料。
實(shí)施例2一種方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料及其制備方法。按重量百分含量將65～85％的燒結(jié)鎂砂顆粒和細(xì)粉、6～25％的碳化硅顆粒和細(xì)粉、5～15％的石墨、1～3％的碳黑、1～3％的單質(zhì)硅，外加3～8％的酚醛樹脂、0.2～1％的六次甲基四胺為固化劑進(jìn)行混合。
其中電熔鎂砂顆粒粒徑為3～10mm、細(xì)粉粒徑為50～95μm，碳化硅的顆粒粒徑為2～5mm、細(xì)粉粒徑為5～100μm。上述顆粒和細(xì)粉的重量百分含量分別是30～80∶20～70；石墨的粒徑為50～100μm，碳黑的粒徑為1～100μm，單質(zhì)硅的粒徑≤1mm。
混合攪拌均勻后在壓機(jī)上壓制成型，在150～250℃下烘烤16～24小時(shí)。即可得到常溫耐壓強(qiáng)度大于30MPa，顯氣孔率小于18％的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合耐火材料。
實(shí)施例3一種方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料及其制備方法。按重量百分含量將75～90％電熔鎂砂顆粒和細(xì)粉、5～15％碳化硅顆粒和細(xì)粉、2～10％石墨、0.5～3％碳黑、0.2～2％碳化硼、外加3～8％的酚醛樹脂結(jié)合劑、0.2～1％的六次甲基四胺為固化劑進(jìn)行混合。
其中電熔鎂砂顆粒粒徑為3～9mm、細(xì)粉粒徑為10～90μm，碳化硅的顆粒粒徑為1～6mm、細(xì)粉粒徑為50～100μm。上述顆粒和細(xì)粉的重量百分含量分別是為30～80∶20～70。石墨的粒徑為50～200μm，碳黑的粒徑為10～80μm，碳化硼的粒徑≤1mm。
混合攪拌均勻后在壓機(jī)上壓制成型，在150～250℃下烘烤16～24小時(shí)。即可得到常溫耐壓強(qiáng)度大于30MPa，顯氣孔率小于15％的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合耐火材料。
權(quán)利要求
1.一種方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按重量百分含量將60～90％的電熔或燒結(jié)鎂砂、5～35％的碳化硅、2～15％的石墨、0.5～5％的碳黑、0.5～6％的添加劑混合，外加上述混合物重量3～9％的結(jié)合劑和0～1％的六次甲基四胺為固化劑，經(jīng)攪拌混合后壓制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的電熔或燒結(jié)鎂砂，或?yàn)轭w粒、或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為3～11mm、細(xì)粉粒徑為3～95μm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在所述的碳化硅或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為1～7mm、細(xì)粉粒徑為2～105μm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的石墨或?yàn)轭w粒、或?yàn)榧?xì)粉、或?yàn)轭w粒和細(xì)粉的混合物，顆粒粒徑為0.1～1mm，細(xì)粉粒徑＜0.1mm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的碳黑顆粒粒徑為0.1～1mm、細(xì)粉粒徑＜0.1mm，顆粒與細(xì)粉的重量比為30～80∶20～70。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑或?yàn)榉尤渲?、或?yàn)闉r青、或?yàn)榉尤渲蜑r青的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的添加劑或?yàn)榻饘黉X、或?yàn)閱钨|(zhì)硅、或?yàn)樘蓟?、或?yàn)閱钨|(zhì)硅與碳化硼的混合物，添加劑的粒徑均≤1mm的細(xì)粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的用方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料的制備方法所制備的方鎂石—碳化硅—碳復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方鎂石－碳化硅－碳復(fù)合材料及其制備方法。其技術(shù)方案是按重量百分含量將60～90％的電熔或燒結(jié)鎂砂、5～35％的碳化硅、2～15％的石墨、0.5～5％的碳黑、0.5～6％的添加劑混合，外加上述混合物重量3～9％的結(jié)合劑和0～1％的六次甲基四胺為固化劑，經(jīng)攪拌混合后壓制成型，然后在150～350℃下烘烤2～24小時(shí)。本發(fā)明所制備的復(fù)合材料既具有高熔點(diǎn)又具有較高的導(dǎo)熱率，采用碳化硅、石墨和碳黑相結(jié)合的方式大大提高了材料的抗氧化性和抗冶金熔渣、金屬熔體的滲透性和侵蝕性，同時(shí)可以降低碳復(fù)合耐火材料對(duì)鋼水碳含量的影響，因而可廣泛用作冶金爐及容器的內(nèi)襯。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1884202SQ20061001955
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者李楠, 魏耀武 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)