[发明专利]一种提高低碳镁碳材料强度的方法

说明书

本发明具体涉及一种提高低碳镁碳材料强度的方法。将镁砂、碳、抗氧化剂、粘结剂按一定配比混合，并在混料时引入富硅废料，经压制及热处理制成（分低温和高温两类）所需低碳镁碳材料。由于引入了富硅废料，本发明可通过低温机械集合和高温陶瓷结合两种方式增强低碳镁碳材料的力学性能。同时，本发明由于引入的是工业废料，几乎无额外成本支出，有非常好的工业推广和应用前景。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种提高低碳镁碳材料强度的方法。

背景技术

镁碳耐火材料是日本九州耐火材料公司于20世纪70年代末开发的一种新型碱性耐火材料，具有良好的抗渣性和抗热震性，可有效提升耐火材料的服役寿命。现已广泛应用在转炉和电炉衬体、钢包渣线等关键部位。镁碳材料之所以有如此出色的综合性能，主要是得益于碳的引入。因为碳在高温时几乎与渣互不润湿，使得渣和钢液无法进入耐火材料内部。如此一来，便可大幅降低耐火材料在服役过程中的损耗，有效提高了其的使用寿命。

近年来，随着转炉技术和炉外精炼新技术的开发和应用，钢铁行业逐渐向着高效化和绿色化发展。这无疑对为之服务的耐火材料行业提出了新的挑战。传统的镁碳材料虽然有着出色的综合性能，但碳含量过高（一般为10%~20%）。在连铸精炼过程中，会对钢液造成二次增碳，影响最终制品的性能。为了解决这一问题，只能降低镁碳材料中的碳含量。但随着碳含量的降低，碳无法在基体中形成均匀的网络结构，这势必会造成镁碳材料关键性能的下降，尤其是力学性能。

显然，在保证较低碳含量的基础上，尽可能提高镁碳材料的关键性能才能满足当下的要求。虽然对低碳镁碳材料力学性能改善的研究已经有所进展，如额外添加一维高强纳米线，或者通过改性结合剂。但这些手段要么是受制于高昂的成本，抑或是复杂的流程，大都不具备大规模工业使用和生产的可能性。

发明内容

本发明着眼于上述低碳镁碳材料的不足，旨在解决镁碳材料低碳化后强度不足的缺陷。通过引入富硅废料制备低碳镁碳材料并由此提出了一种提高低碳镁碳材料强度的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案。

一种提高低碳镁碳材料强度的方法，具体步骤包括：

（1）混料。按质量分数逐级添加镁砂（85%~90%）、碳（5%~8%）、抗氧化剂（1%~4%）、粘结剂（1%~4%）、富硅废料（1%~4%）原料并混匀。

（2）成型。将上述配置好的粉料倒入模具并压制成型。

（3）热处理。根据最终产品需要，在低温和高温两个温度段下处理生坯，获得最终成品。

所述的镁砂为电熔镁砂，MgO≥98%，粒度为5~1 mm，1~0.088 mm，≤0.088 mm三个粒级。

所述的碳为纳米炭黑、鳞片石墨的一种或两种任意组合。纳米炭黑，纯度≥99.5%，粒度≤100 nm。鳞片石墨，纯度≥98%，粒度≤74 μm。

所述的抗氧化剂为硅粉、铝粉的一种或两种任意组合。硅粉，纯度≥99%，粒度≤74μm。铝粉，纯度≥99%，粒度≤74 μm。

所述的粘结剂为沥青，工业纯。

所述的富硅废料为光伏产业的废料，具体组成为Si（50%~60%）、SiC（20%~30%）、SiO₂（5%~10%）、其他杂质（0%~15%），粒度≤74 μm（过200目筛获得）。

所述的成型压力为150~200 MPa，为液压压力机。

所述的热处理分为低温和高温。低温为180~230 ℃，处理时间为10~15 h，所制为不烧低碳镁碳材料。高温为1400~1600 ℃，处理时间为2~6 h，所制为烧结低碳镁碳材料。