[发明专利]复合结合镁碳砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合结合镁碳砖及其制备方法，属于耐火材料技术领域。

背景技术

镁碳砖的主要成分是镁砂（主要化学成分是氧化镁）和碳素。氧化镁的熔点很高，达到2800℃，具有很强的耐高温能力，但其抗热震性、抗渣渗透性差；以石墨为代表的碳素材料熔点更高，并且其热膨胀系数低，抗热震性十分优异，在高温下钢水、钢渣也不易浸润。镁碳砖就是将二者按一定的比例复合，组成的一种综合性能优异的耐火材料，主要用作炼钢容器的内衬，可以直接接触钢水和熔渣。

欧洲的镁碳砖主要用加热液化的沥青作结合剂，把物料加热到150℃左右，热态下完成混炼、成型的过程，所以被称为热成型镁碳砖。热成型镁碳砖抗氧化性、抗热震性俱佳。但是普通沥青中含1%左右致癌的苯并芘，在生产、烘烤、使用过程中沥青受热排出大量有毒烟雾，含有苯并芘。苯并芘对人的健康有严重危害。热成型镁碳砖的另外一个缺点是在首次烘烤过程中容易受热变形甚至塌陷。为了克服这个缺点需要在其中添加硫磺。而硫是钢铁中的主要有害杂质。

以日本为代表的一些地区主要用液态的酚醛树脂溶液作结合剂，在常温下完成混炼、成型过程，被称作冷成型镁碳砖。传统的冷成型镁碳砖较为环保，但是抗氧化性略差，需要添加金属抗氧化剂，但这样会使抗热震性变差。以前也有往冷成型镁碳砖中添加0.5%~1.2%沥青粉的例子。但是由于混料过程中的结块现象严重，沥青粉加入量受限，不能够均匀分布在镁碳砖中。该种镁碳砖中的沥青粉在烘烤过程中同样会挥发出有毒烟雾，包括苯并芘。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合结合的镁碳砖，通过优化镁碳砖的基质结构达到提高强度，抗氧化性、抗渗透性的目的。

本发明的技术方案：所述镁碳砖的成分按重量百分数计如下：

镁砂70%~95%；

酚醛树脂结合剂2%~4%；

石墨化沥青2%~5%。

所述镁碳砖的成分中还有碳素，碳素的含量是大于等于零，小于等于24%，单位为重量百分数。

所述复合结合镁碳砖制备步骤如下：

（1）石墨化沥青的制备：取中温沥青适量，投入高压反应釜中，控制最高压力为1~5个标准大气压，不断搅拌并升温至400~440℃，保温2~5小时，期间馏分通过泄压阀馏出；保温结束后，打开泄压阀，缓慢泄压至常压，控制温度350~400℃减压蒸馏，馏出低分子挥发物，设备中剩余物料即为石墨化沥青；

（2）复合结合镁碳砖的制备：按所述配比将镁砂、酚醛树脂结合剂和石墨化沥青按顺序加入逆流混合机中，启动逆流混合机，混合均匀（约8~25min）后排出混合料；将混合料放入压机模具中，加压成型后得到成型的镁碳砖坯；将成型的镁碳砖坯放入窑道中烘烤，控制温度为160~425℃，保温得到复合结合镁碳砖产品。

在制备复合结合镁碳砖的制备，还添加碳素，碳素加入量是大于等于零，小于等于24%，单位为重量百分数。加入时，应在加入石墨化沥青前、酚醛树脂结合剂后加入碳素。

所述石墨化沥青的固定碳含量≥78%，软化点≥260℃。

所述镁砂粒度小于或等于5mm。

所述碳素为石墨、碳黑中的一种或两种物质的混合物。

2%~5%石墨化沥青粉的加入可以起到以下作用：

1、在镁碳砖被烘烤过程中，在200℃~500℃范围内，石墨化沥青粉软化、液化抵消材料热膨胀，减少热膨胀率，一定范围内消除热膨胀带来的热应力。 

2、同样在上述温度范围内，树脂结焦产生气孔。液化的石墨化沥青可以渗透到气孔中，与树脂碳结合起到复合结合作用。树脂和沥青碳化后形成镶嵌结构的韧性碳骨架。

3、给镁碳砖提供残炭，与碳素的作用相同。可以提高镁碳砖的导热系数、降低热膨胀系数、降低材料内部温度梯度。

4、该发明产品在常温下混料、成型，生产过程相对环保。

5、高软化点的石墨化沥青粉配合特殊的混料技术，可以显著减少混炼过程中的结块现象。

所述石墨化沥青粉的制备过程中，沥青中大部分小分子物质包括97%以上的苯并吡进入馏分，使得石墨化沥青的分子量显著增加，分子出现团聚现象，并呈现石墨化结构。石墨化沥青粉的固定碳含量≥78%，和中温沥青相比可挥发物减少约50%；石墨化沥青粉软化点≥260℃；石墨化沥青中苯并吡含量降低到不超过500ppm。

本发明的有益效果：避免了传统的热成型镁碳砖在生产使用过程中产生的污染，且保留了其良好的性能。采用本发明的复合结合镁碳砖，具有优良的抗热震性，适用于急冷急热的区域。

具体实施方式

下述实施例中的含量均以重量百分数计。