專利名稱：含碳耐火材料的抗氧化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含碳的耐火材料，特別是一種含碳耐火材料的抗氧化劑。
鎂碳磚、鋁碳磚、鋁鎂碳磚、鎂鈣碳磚等含碳耐火材料普遍作為電弧爐、轉(zhuǎn)爐、鋼包等冶金爐的爐襯，這些耐火材料侵蝕的主要原因之一是在高溫下氧化，即當這些冶金爐使用前，都要進行長時間的烘爐，爐襯長時間與空氣接觸，造成爐襯氧化形成較厚的氧化層，如轉(zhuǎn)爐在烘爐過程中要形成約30mm的脫碳層，這一脫碳層是無強度、多孔的無碳層，在盛鋼水時會被鋼水沖刷掉，一般轉(zhuǎn)爐每煉一爐鋼爐襯要被侵蝕0.2～0.6mm，因此由于烘爐氧化而使爐襯的使用壽命降低近100爐次，同時這些冶金爐在運轉(zhuǎn)過程中的非盛鋼水時間由于爐襯氧化還會造成盛鋼時的快速侵蝕，嚴重影響了含碳耐火材料的使用壽命。為了提高含碳耐火材料的使用壽命，已有技術(shù)中進行了大量研究，通常是向含碳耐火材料里添加金屬鋁粉、鎂鋁合金粉、硅粉和碳化硅粉等強還原性物質(zhì)，從而提高了含碳耐火材料的抗氧化性。例如日本專利申請?zhí)亻_昭61-215250公開了一種“不燒鎂碳磚”是在石墨5～50％，電熔鎂砂50～95％的耐火材料加入2～10％一種或2種以上的磷酸鹽添加物為抗氧化物，但該抗氧化劑與含碳耐火材料的結(jié)合劑碳反應使耐火材料的高溫力學性能下降。
本發(fā)明的目的是得到一種含碳耐火材料的抗氧化劑，可提高其抗氧化性并對耐火材料的高溫力學性能沒有影響。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)解決方案為一種含碳耐火材料的抗氧化劑，由鋅，或鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成。
上述原料為粉末狀。
鋅粉的粒度小于0.5mm。
鋅粉的粒度小于0.15mm。
含碳耐火材料0.15～10％(重量)的鋅粉，或者含碳耐火材料0.15～10％的鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物，其中鋅粉≥0.15％。
占含碳耐火材料0.15～4％的鋅粉，或者占含碳耐火材料0.15～6％的鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物，其中鋅粉≥0.15％。
下面對本發(fā)明做進一步詳細敘述。
本發(fā)明得到的含碳耐火材料的抗氧化劑，其技術(shù)關(guān)鍵是采用金屬鋅粉或者鋅與其它組分組成的混合物為抗氧化劑，其中各組分的含量及作用機理為鋅粉0.15～10％(重量，以下同)，因為鋅能在冶金爐烘烤溫度下，氣化成高分壓的氣體，同時鋅對氧的親和力不是很強，這會使它的蒸汽擴散到脫碳層，而又由于它具有一定的對氧的親和力，這就會使在脫碳層氧化成ZnO；氧化鋅為高熔點的氧化物，所以它不降低材料的抗熔蝕性能，并且鋅的價格比較低。
鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物0.15～10％，其中鋅粉≥0.15％。加入其它組分的作用為在進一步保證其抗氧化性的同時，提高耐火材料的高溫力學性能，其中鋁粉、硅粉、硅鈣粉、鎂鋁合金粉還可提高其抗侵蝕性。
本發(fā)明的最佳成分為含碳耐火材料0.15～4％(重量)的鋅粉，或者含碳耐火材料0.15～6％的鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物，其中鋅粉≥0.15％。
現(xiàn)有技術(shù)通常是向含碳耐火材料里添加金屬鋁粉、鎂鋁合金粉、硅粉和碳化硅粉等強還原性物質(zhì)，從而提高了含碳耐火材料的抗氧化性。一般認為這些抗氧化劑的機理是與碳相比，這些添加物更易氧化，并且氧化后生成更大體積，堵塞了氣孔，從而提高了含碳耐火材料的抗氧化性。但是，這種抗氧化性機理不能解釋鎂鈣磚中CaO與空氣中水反應生成較大體積Ca(OH)2時，不但不能降低產(chǎn)品的氣孔率反而增加氣孔率的事實。本發(fā)明研究了其抗氧化性機理，結(jié)果表明在含碳層里，這些添加物與碳作用，生成分壓很低的Al2O、SiO、Mg氣體，這些強還原氣體向外擴散，在較強氧化性氣氛的脫碳層就會氧化生成高溫固相MgO、Al2O3、SiO2，這些氧化物從氣相中沉淀在氣體通道上，堵塞了氣體通道，提高了含碳耐火材料的抗氧化性。因為，Al2O、SiO的分壓很低，因此金屬鋁粉、硅粉、碳化硅粉用于含碳耐火材料的抗氧化效果并不理想。對于鎂粉，雖然Mg的蒸發(fā)分壓很高，但它與氧的親和力又特別強，往往還沒有變成氣體就氧化成MgO了，因此添加金屬鎂的含碳耐火材料的抗氧化性也不理想。
對于添加硼玻璃的含碳耐火材料，雖然在含碳耐火材料里變成液相使顯氣孔率降低而有較好的防氧化效果，但由于它是主體材料的熔劑，使材料的抗熔蝕性明顯下降。
為了得到既能保證含碳耐火材料的抗氧化性且不降低抗熔蝕性能的抗氧化劑，本發(fā)明通過對添加物使含碳耐火材料的抗氧化機理的研究，并對所有金屬及其氧化物的熔點、沸點進行比較分析，把它們與C、CO、CO2和O2反應的熱力學自由能進行了分析，找出金屬鋅為最合適的含碳耐火材料的抗氧化劑。
下面結(jié)合效果介紹本發(fā)明的實施例。
實施例1用88％的電熔鎂砂、10％天然鱗片狀石墨、2％的金屬鋅粉(粒度小于0.5mm)、5％的改性瀝青樹脂系結(jié)合的配比進行混料，混好的料用240MPa的壓力成型成直徑為36mm、高36mm坯體，該坯體經(jīng)200℃固化處理后，與未加鋅粉的鎂碳磚一起進行抗氧化性對比試驗。
試驗方法為將上述試樣放在電阻爐里，向爐內(nèi)以260升/小時速度通入空氣，開動電阻爐升溫，在1小時內(nèi)升溫到1000℃，保溫2小時后停爐。停爐后繼續(xù)通空氣3小時，這時爐溫降低到500℃。停止通空氣并取出試樣，冷卻后，把試樣從中間切開，測量氧化層厚度。結(jié)果表明，加鋅粉的鎂碳試樣氧化層僅0.6mm，而沒有添加鋅粉的鎂碳試樣氧化層為4.7mm。由于鋼包等冶金爐的烘烤溫度在1000℃左右，所以，向鎂碳磚里添加金屬鋅粉對防止烘烤時形成大的脫碳層有極好的效果。
實施例2按表1的配方進行混料，混好的料用200MPa的壓力成型成直徑為50mm、高50mm坯體。該坯體經(jīng)200℃固化處理后，進行抗氧化性對比試驗。
試驗方法為將上述試樣放在電阻爐里，向爐內(nèi)以240升/小時速度通人空氣，開動電阻爐升溫，1小時內(nèi)升溫到900℃，保溫4.5小時后停爐。停爐后繼續(xù)通空氣3小時，這時爐溫降低到500℃。停止通空氣，自然冷卻到室溫，并取出試樣，冷卻后，把試樣從中間切開，用卡尺測量含碳層直徑、計算氧化面積百分數(shù)。結(jié)果見表1，結(jié)果表明，加鋅粉的鎂碳試樣在900℃的抗氧化性非常優(yōu)于金屬鋁粉、鋁鎂粉、碳化硼和硅粉。因此，向鎂碳磚等含碳耐火材料里添加抗氧化劑鋅粉，會顯著降低900～1000℃氧化的含碳耐火材料的脫碳層厚度，將會顯著提高含碳耐火材料的使用壽命。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明得到的抗氧化劑能有效抑制氧化脫碳層的形成，可以提高鎂碳磚等耐火材料的抗氧化性，使含碳耐火材料的氧化速度降低到原來的20％以下，基本消除烘烤時造成的脫碳層，顯著提高冶金爐襯的使用壽命，減少耐火材料損耗和降低煉鋼和含碳耐火材料的成本。
表權(quán)利要求
1．一種含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征在于由鋅，或鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征在于所述的原料為粉末狀。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征在于所述的鋅粉的粒度小于0.5mm。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征征在于所述的鋅粉的粒度小于0.15mm。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征在于占含碳耐火材料0.15～10％(重量)的鋅粉，或者含碳耐火材料0.15～10％的鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物，其中鋅粉≥0.15％。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳耐火材料的抗氧化劑，其特征在于占含碳耐火材料0.15～4％的鋅粉，或者占含碳耐火材料0.15～6％的鋅和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成的混合物，其中鋅粉≥0.15％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含碳耐火材料的抗氧化劑，由0.15～10%(重量)的鋅粉或鋅粉和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成，其中鋅粉≥0.15%，粒度小于0.5mm。該抗氧化劑能有效抑制氧化脫碳層的形成，可以提高鎂碳磚等耐火材料的抗氧化性，使含碳耐火材料的氧化速度降低到原來的20%以下，基本消除烘烤時造成的脫碳層，顯著提高冶金爐襯的使用壽命，減少耐火材料損耗和降低煉鋼和含碳耐火材料的成本。
文檔編號C04B35/52GK1237562SQ99107800
公開日1999年12月8日 申請日期1999年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月25日
發(fā)明者田守信, 劉山林 申請人:寶山鋼鐵(集團)公司