[发明专利]一种制备氧化钙碳砖的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备耐火砖的方法，特别是涉及一种制备氧化钙碳砖的方法。

背景技术

镁碳砖是以镁砂（高温烧结镁砂或电熔镁砂）和碳素材料为原料，用各种碳质结合剂制成的耐火材料。由于镁碳砖及镁钙碳砖具有耐火度高、抗热震性优良和抗侵蚀能力强等优良特性而被广泛应用于钢铁企业，如转炉炼钢和电炉炼钢。但是镁碳砖的骨料为高纯度的电熔或烧结镁砂（一般MgO≥95%），基质部分为高纯石墨和高纯镁砂。随着菱镁矿和石墨资源的过渡开发，这些国家战略资源面临着枯竭的危险，尤其是特级菱镁矿和石墨储量已经很少。

CaO材料是一种优异的耐火材料，是最稳定的氧化物之一，与各种熔融金属几乎不发生反应。同时，随着人们对CaO水化性能的研究，提出了各种提高CaO抗水化性能的方法，许多技术已经投入工业生产应用。因此，CaO耐火材料广泛应用于高温环境领域，如钢铁的冶炼，合金的精炼以及铸造行业中。与其他材料相比，CaO材料具有以下优点：

1．耐火性能好

氧化钙具有较高的熔点和沸点，其熔点是2570℃，沸点为2850℃。在高温下，氧化钙饱和蒸汽压较其它碱性氧化物低，是较好的耐火材料。

2．热力学性能稳定

CaO是最稳定的氧化物之一，与各种熔融金属几乎不发生反应，根据对一些氧化物性能的研究，在1500℃时，一些氧化物生成自由能(负值)的绝对值大小顺序为：CaO>HfO₂>ZrO₂>A1₂O₃>MgO>TiO₂>SiO₂>Cr₂O₃。与其他材料相比，CaO在金属及合金的熔炼温度下被活性合金元素还原的量要少得多。

3．优异的除杂性能

氧化钙质耐火材料具有良好的净化钢液的作用，主要原因是CaO易与钢液中的S，P等杂质发生反应，而且，反应后生成的物质将从耐火材料上脱落下来并且上浮至保护渣层中，在后期的操作中得以除掉，这样就大大净化了钢液，同时它还可以降低O和某些非金属夹杂的作用。

4．良好的抗渣性

CaO材料在钢铁的冶炼中具有良好的抗渣性，在钢铁冶炼中，钢液中的炉渣会与CaO反应生成C₂S和C₃S等，使得熔渣粘度大大提高，润湿角增大，限制了炉渣对耐火材料内部的进一步深入，防止更严重的侵蚀的产生。同时，CaO耐火材料在使用过程中。由于CaO的再结晶，在耐火材料表面会生成一层非常致密的表层，进一步阻止炉渣的侵入。

5．抗热震性

在高温条件下，CaO具有较好的蠕变性，因此材料具有一定的塑性，当温度变化较大时会产生一定的热应力，而CaO的蠕变性恰好可以起到缓冲的作用，使材料具有一定的稳定性，不因温度的巨变而变形损坏。

6．资源丰富、制备方法简单

氧化钙来源广泛，如石灰石、方解石、大理石等都是氧化钙的原材料。地球上，这些矿源储藏量大，分布范围广，资源丰富，价格低廉。煅烧这些原料便可得到氧化钙，且处理过程简单。

7．易水化性能

CaO的钙离子位于氧离子的八面体空隙中，其晶格常数较大，为0.48nm，而密度仅为3.32g/cm^-3，因此其晶格结构较为疏松，具不稳定性，易与水发生反应，即使在常温下，也会与水发生反应，且生成的Ca(OH)₂会产生膨胀效果，使制品产生裂纹和崩裂，这就是氧化钙材料使用受到限制的主要原因。为此，各国做了大量的研究，并取得了一定的进展，某些技术已经应用的于工业生产，但还没有从根本上解决其抗水化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备氧化钙碳砖的方法，该方法制备高性能氧化钙碳砖，起到部分替代镁碳砖、铝镁炭砖及镁钙碳砖和白云石碳砖，将有效的保护我国的优质菱镁矿、矾土矿和石墨资源，降低耐火材料的生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备氧化钙碳砖的方法，所述方法包括≥5-3mm，3-1mm，1-0mm的颗粒选用氧化钙基砂，<0.088mm的颗粒选用CS系材料或CS系材料与氧化钙基砂组合，以石墨为碳源，以无水酚醛树脂为结合剂，以乌洛托品为固化剂，加入硅粉或SiC粉为抗氧剂；各原料混合均匀，压实成型后，经150-350℃热处理，制备系列氧化钙碳砖。