本發(fā)明涉及耐火材料技術領域，具體地指一種碳纖維增強鎂碳磚及其制備方法。

背景技術：

鎂碳磚(mgo-c)以其優(yōu)良的抗渣侵蝕、抗熱震和高溫力學強度等性能而在煉鋼轉爐、鋼包工作襯得到廣泛應用。但從用后轉爐、鋼包的破損調查看，鎂碳磚的損毀主要是：碳的抗氧化性差、易氧化，隨之帶來磚體抗渣侵蝕、抗剝落性變差；鎂碳磚所采用的碳主要是鱗片石墨，由于其獨特的片層結構會在磚體成型時，平行壓力成型方向產生彈性效應，造成磚體結構出現(xiàn)層裂及傳熱各向異性而引起的應力集中，加速磚體結構破壞。

針對上述不足，中國專利(授權公告號：cn103539465b)公開了一種高性能鎂碳磚及其制備方法，鎂碳磚原料組分與重量百分比為：燒結鎂砂72～83％，顆粒狀石墨3～15％，抗氧化劑1～5％，結合劑2～5％。因而該發(fā)明專利主要是通過采用顆粒狀石墨替代鱗片石墨的措施，達到提高材料的成品率及抗熱剝落、結構剝落性能。但顆粒狀石墨以人造石墨、廢石墨電極或廢石墨碳套輥為原料，通過先破碎成1～0.045mm的顆粒再浸漬鋁溶膠或鋯溶膠后烘干制備，因而制備相對繁瑣。此外，文獻“加碳纖維的mgo一c磚的機械性能,《國外耐火材料》1993，no6”，指出了mgo-c磚剝落損毀的主要原因在于使用工況條件的惡劣以及金屬添加劑形成的陶瓷結合相，雖然提高mgo-c磚的碳含量有利于耐剝落性的改善，但不利于耐蝕性、耐磨損性的提高，為此，試驗研究了少量加入碳纖維對mgo-c磚機械性能的影響，結果表明，少量加入3mm長的碳纖維具有改善mgo-c磚抗剝落的可能性。但未能報道具體的加入方式與混合分散效果，僅停留在試驗研究的初始階段。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供了一種碳纖維增強鎂碳磚及其制備方法。該鎂碳磚具有抗氧化、抗渣侵蝕和抗熱剝落性能強的特點，使用該鎂碳磚能有效提高了轉爐及鋼包使用壽命，有利于冶金企業(yè)降本增效。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種碳纖維增強鎂碳磚，所述鎂碳磚的原料按重量百分數(shù)比計由50～60％的燒結鎂砂、20～30％的電熔鎂砂、3～10％的鱗片石墨、1～2％的短切碳纖維、2～5％的抗氧化劑和3～7％的結合劑；

進一步地，所述燒結鎂砂按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三個級配，三個級配的燒結鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為15～20％、20～25％和10～15％。

再進一步地，所述電熔鎂砂按粒度大小分為0.088～1mm和<0.074mm兩個級配，兩個級配的電熔鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為10～15％和10～15％。

再進一步地，所述短切碳纖維直徑5～9μm，長度為0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％。

再進一步地，所述鱗片石墨的固定碳含量≥95％，粒度為<0.074mm。

再進一步地，所述抗氧化劑由金屬鋁粉、金屬硅粉和碳化硅粉組成，所述金屬鋁粉、金屬硅粉和碳化硅粉占原料總重量的百分數(shù)分別為0.5～1.5％、1～2％和0.5～2.5％；其中，鋁粉和硅粉的粒度為<0.074mm，碳化硅粉<0.044mm。

再進一步地，所述結合劑為熱固性酚醛樹脂。

本發(fā)明還提供了一種上述碳纖維增強鎂碳磚的制備方法，包括以下步驟：

1)按上述重量百分數(shù)比稱取50～60％的燒結鎂砂、20～30％的電熔鎂砂、3～10％的鱗片石墨、1～2％的短切碳纖維、2～5％的抗氧化劑和3～7％的結合劑，備用

2)將燒結鎂砂破碎分級成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三種級配的原料，將電熔鎂砂破碎、磨細，并分級成0.088～1mm和<0.074mm兩種級配的原料，備用；

3)將粒度<0.074mm的電熔鎂砂、鱗片石、抗氧化劑加入到圓盤式攪拌機攪拌4～6min后，再分撒加入短切碳纖維攪拌10～15min，再加入0.088～1mm的電熔鎂砂和0.088～1mm燒結鎂砂，攪拌5～10min后獲得混合料備用；

4)將3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm兩種級配的燒結鎂砂，加入混碾機中干混3～5min，再加入熱固性酚醛樹脂繼續(xù)混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到預壓料；

5)將預壓料加入模具中，進行加壓成型；

6)將成型的坯料送入烘房內，進行烘烤；烘烤后進行檢驗和包裝，即得到碳纖維增強鎂碳磚。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的碳纖維增強鎂碳磚，通過添加短切碳纖維，利用短切碳纖維的增強增韌機制，提高了鎂碳磚的力學性能與抗熱震剝落性能；利用短切碳纖維石墨化不充分的特點，改善了碳纖維與鎂碳磚基質之間的結合，提高了鎂碳磚的致密性能、高溫力學性能、抗氧化性能與抗結構剝落性能；利用加入的短切碳纖維直徑小、纖維長度短的特點，避免攪拌混合過程中纖維的纏繞打結，并通過特殊的分散混合方法，實現(xiàn)了短切短纖維在混合料中的均勻分散，顯著提高了短切碳纖維的分散均勻性，強化了碳素材料抗侵潤、抗侵蝕、抗?jié)B透性能，大幅度提高鎂碳磚的抗損毀能力。通過燒結鎂砂與電熔鎂砂的復合，利用兩種鎂砂物相結構的互補作用，進一步提高了鎂碳磚的抗熱震性能，同時，降低了鎂碳磚的雜質含量，改善了鎂碳磚的抗侵蝕性能、高溫力學性能和抗沖刷性能。

本發(fā)明通過科學合理的配料及熱處理工藝，制備的鎂碳磚抗氧化、抗渣侵蝕及抗熱剝落、結構剝落性能優(yōu)良，使用壽命長，滿足了煉鋼轉爐、鋼包，特別是在鋼包渣線的抗氧化、抗渣侵蝕及抗剝落等性能要求。

具體實施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于以下實施例。

實施例1：

碳纖維增強鎂碳磚1，所述鎂碳磚的原料按重量百分數(shù)比計由50％的燒結鎂砂、30％的電熔鎂砂、9.5％的鱗片石墨、1％的短切碳纖維、0.5％的金屬鋁粉、2％的金屬硅粉、1％的碳化硅粉、6％的熱固性酚醛樹脂；

燒結鎂砂按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三個級配，三個級配的燒結鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為15％、25％和10％。

電熔鎂砂按粒度大小分為0.088～1mm和<0.074mm兩個級配，兩個級配的電熔鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為15％和15％。

上述碳纖維增強鎂碳磚的制備方法，包括以下步驟：

1)按上述重量百分數(shù)比稱取燒結鎂砂、電熔鎂砂、鱗片石墨、短切碳纖維、抗氧化劑和結合劑，備用

2)按上述重量百分比將燒結鎂砂破碎分級成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三種級配的原料，并按上述重量百分比將電熔鎂砂破碎、磨細，并分級成0.088～1mm和<0.074mm兩種級配的原料，備用；

3)將粒度<0.074mm的電熔鎂砂、鱗片石、抗氧化劑加入到圓盤式攪拌機攪拌4～6min后，再分撒加入短切碳纖維攪拌10～15min，再加入0.088～1mm的電熔鎂砂和0.088～1mm燒結鎂砂，攪拌5～10min后獲得混合料備用；

4)將3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm兩種級配的燒結鎂砂，加入混碾機中干混3～5min，再加入熱固性酚醛樹脂繼續(xù)混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到預壓料；

5)將預壓料加入模具中，進行加壓成型；

6)將成型的坯料送入烘房內，進行烘烤；烘烤后進行檢驗和包裝，即得到碳纖維增強鎂碳磚1。

與常規(guī)碳含量相同的鎂碳磚相比，1100℃風冷次數(shù)提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭熱處理后抗折強度均提高30％以上。

實施例2

碳纖維增強鎂碳磚2，所述鎂碳磚的原料按重量百分數(shù)比計由60％的燒結鎂砂、20％的電熔鎂砂、8.5％的鱗片石墨、1.5％的短切碳纖維、0.5％的金屬鋁粉、2％的金屬硅粉、2.5％的碳化硅粉、5％的熱固性酚醛樹脂；

燒結鎂砂按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三個級配，三個級配的燒結鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為20％、25％和15％。

電熔鎂砂按粒度大小分為0.088～1mm和<0.074mm兩個級配，兩個級配的電熔鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為10％和10％。

與常規(guī)碳含量相同的鎂碳磚相比，1100℃風冷次數(shù)提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭熱處理后抗折強度均提高30％以上。

實施例3

碳纖維增強鎂碳磚3，所述鎂碳磚的原料按重量百分數(shù)比計由55％的燒結鎂砂、27.5％的電熔鎂砂、7％的鱗片石墨、5％的短切碳纖維、1％的金屬鋁粉、1％的金屬硅粉、0.5％的碳化硅粉、6％的熱固性酚醛樹脂；

燒結鎂砂按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三個級配，三個級配的燒結鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為20％、20％和15％。

電熔鎂砂按粒度大小分為0.088～1mm和<0.074mm兩個級配，兩個級配的電熔鎂砂占原料總重量的百分數(shù)分別為15％和12.5％。

上述原料均購于市面，短切碳纖維直徑5～9μm，長度為0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％；

鱗片石墨的固定碳含量≥95％，粒度為<0.074mm；鋁粉和硅粉的粒度為<0.074mm，碳化硅粉<0.044mm。

與常規(guī)碳含量相同的鎂碳磚相比，1100℃風冷次數(shù)提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭熱處理后抗折強度均提高30％以上。

其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護范圍。