碳纤维增强镁碳砖及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强镁碳砖及其制备方法，它的原料按重量百分数比计由烧结镁砂、电熔镁砂、鳞片石墨、短切碳纤维、抗氧化剂和结合剂；该方法首先将一部分电熔镁砂、鳞片石、抗氧化剂加入到圆盘式搅拌机搅拌，再分撒加入短切碳纤维搅拌，再加入另一部分的电熔镁砂和一部分烧结镁砂，搅拌获得混合料备用；将另一部分烧结镁砂，加入混碾机中干混，再加入热固性酚醛树脂继续混碾，加入混合料混碾，得到预压料；将预压料加入模具中，进行加压成型；将成型的坯料送入烘房内，进行烘烤；烘烤后进行检验和包装，得到碳纤维增强镁碳砖。本发明专利技术提高了镁碳砖的力学性能与抗热震剥落性能；致密性能、高温力学性能、抗氧化性能与抗结构剥落性能。

Carbon fiber reinforced magnesia carbon brick and preparation method thereof

The invention discloses a carbon fiber reinforced magnesium carbon brick and preparation method, its raw materials by weight percentage ratio by sintered magnesia, fused magnesia, flake graphite, carbon fiber, antioxidants and binder; the first part fused magnesia, flake stone, anti oxidizing agent is added to the disc type the blender, then sprinkle with chopped carbon fiber mixing, adding fused magnesia and a part of another part of the sintered magnesia, stirring to obtain mixture for standby; another part is sintered magnesia, mixed dry mixing mill, adding thermosetting phenolic resin to blend into the mixture, mixing. Pre pressing; pre pressing into the mold, compression molding; the shape of the blank into the oven, baking; after baking test and package by carbon fiber reinforced magnesia carbon brick. The invention improves the mechanical properties of MgO-C brick and thermal shock spalling resistance; compact performance, high temperature mechanical properties, oxidation resistance and anti stripping performance of structure.

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强镁碳砖及其制备方法
本专利技术涉及耐火材料
，具体地指一种碳纤维增强镁碳砖及其制备方法。
技术介绍
镁碳砖(MgO-C)以其优良的抗渣侵蚀、抗热震和高温力学强度等性能而在炼钢转炉、钢包工作衬得到广泛应用。但从用后转炉、钢包的破损调查看，镁碳砖的损毁主要是：碳的抗氧化性差、易氧化，随之带来砖体抗渣侵蚀、抗剥落性变差；镁碳砖所采用的碳主要是鳞片石墨，由于其独特的片层结构会在砖体成型时，平行压力成型方向产生弹性效应，造成砖体结构出现层裂及传热各向异性而引起的应力集中，加速砖体结构破坏。针对上述不足，中国专利(授权公告号：CN103539465B)公开了一种高性能镁碳砖及其制备方法，镁碳砖原料组分与重量百分比为：烧结镁砂72～83％，颗粒状石墨3～15％，抗氧化剂1～5％，结合剂2～5％。因而该专利技术专利主要是通过采用颗粒状石墨替代鳞片石墨的措施，达到提高材料的成品率及抗热剥落、结构剥落性能。但颗粒状石墨以人造石墨、废石墨电极或废石墨碳套辊为原料，通过先破碎成1～0.045mm的颗粒再浸渍铝溶胶或锆溶胶后烘干制备，因而制备相对繁琐。此外，文献“加碳纤维的MgO一C砖的机械性能,《国外耐火材料》1993，No6”，指出了MgO-C砖剥落损毁的主要原因在于使用工况条件的恶劣以及金属添加剂形成的陶瓷结合相，虽然提高MgO-C砖的碳含量有利于耐剥落性的改善，但不利于耐蚀性、耐磨损性的提高，为此，试验研究了少量加入碳纤维对MgO-C砖机械性能的影响，结果表明，少量加入3mm长的碳纤维具有改善MgO-C砖抗剥落的可能性。但未能报道具体的加入方式与混合分散效果，仅停留在试验研究的初始阶段。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷，提供了一种碳纤维增强镁碳砖及其制备方法。该镁碳砖具有抗氧化、抗渣侵蚀和抗热剥落性能强的特点，使用该镁碳砖能有效提高了转炉及钢包使用寿命，有利于冶金企业降本增效。为实现上述目的，本专利技术提供的一种碳纤维增强镁碳砖，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂；进一步地，所述烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为15～20％、20～25％和10～15％。再进一步地，所述电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为10～15％和10～15％。再进一步地，所述短切碳纤维直径5～9μm，长度为0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％。再进一步地，所述鳞片石墨的固定碳含量≥95％，粒度为<0.074mm。再进一步地，所述抗氧化剂由金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉组成，所述金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉占原料总重量的百分数分别为0.5～1.5％、1～2％和0.5～2.5％；其中，铝粉和硅粉的粒度为<0.074mm，碳化硅粉<0.044mm。再进一步地，所述结合剂为热固性酚醛树脂。本专利技术还提供了一种上述碳纤维增强镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：1)按上述重量百分数比称取50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂，备用2)将烧结镁砂破碎分级成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三种级配的原料，将电熔镁砂破碎、磨细，并分级成0.088～1mm和<0.074mm两种级配的原料，备用；3)将粒度<0.074mm的电熔镁砂、鳞片石、抗氧化剂加入到圆盘式搅拌机搅拌4～6min后，再分撒加入短切碳纤维搅拌10～15min，再加入0.088～1mm的电熔镁砂和0.088～1mm烧结镁砂，搅拌5～10min后获得混合料备用；4)将3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm两种级配的烧结镁砂，加入混碾机中干混3～5min，再加入热固性酚醛树脂继续混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到预压料；5)将预压料加入模具中，进行加压成型；6)将成型的坯料送入烘房内，进行烘烤；烘烤后进行检验和包装，即得到碳纤维增强镁碳砖。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的碳纤维增强镁碳砖，通过添加短切碳纤维，利用短切碳纤维的增强增韧机制，提高了镁碳砖的力学性能与抗热震剥落性能；利用短切碳纤维石墨化不充分的特点，改善了碳纤维与镁碳砖基质之间的结合，提高了镁碳砖的致密性能、高温力学性能、抗氧化性能与抗结构剥落性能；利用加入的短切碳纤维直径小、纤维长度短的特点，避免搅拌混合过程中纤维的缠绕打结，并通过特殊的分散混合方法，实现了短切短纤维在混合料中的均匀分散，显著提高了短切碳纤维的分散均匀性，强化了碳素材料抗侵润、抗侵蚀、抗渗透性能，大幅度提高镁碳砖的抗损毁能力。通过烧结镁砂与电熔镁砂的复合，利用两种镁砂物相结构的互补作用，进一步提高了镁碳砖的抗热震性能，同时，降低了镁碳砖的杂质含量，改善了镁碳砖的抗侵蚀性能、高温力学性能和抗冲刷性能。本专利技术通过科学合理的配料及热处理工艺，制备的镁碳砖抗氧化、抗渣侵蚀及抗热剥落、结构剥落性能优良，使用寿命长，满足了炼钢转炉、钢包，特别是在钢包渣线的抗氧化、抗渣侵蚀及抗剥落等性能要求。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例1：碳纤维增强镁碳砖1，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50％的烧结镁砂、30％的电熔镁砂、9.5％的鳞片石墨、1％的短切碳纤维、0.5％的金属铝粉、2％的金属硅粉、1％的碳化硅粉、6％的热固性酚醛树脂；烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为15％、25％和10％。电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为15％和15％。上述碳纤维增强镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：1)按上述重量百分数比称取烧结镁砂、电熔镁砂、鳞片石墨、短切碳纤维、抗氧化剂和结合剂，备用2)按上述重量百分比将烧结镁砂破碎分级成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三种级配的原料，并按上述重量百分比将电熔镁砂破碎、磨细，并分级成0.088～1mm和<0.074mm两种级配的原料，备用；3)将粒度<0.074mm的电熔镁砂、鳞片石、抗氧化剂加入到圆盘式搅拌机搅拌4～6min后，再分撒加入短切碳纤维搅拌10～15min，再加入0.088～1mm的电熔镁砂和0.088～1mm烧结镁砂，搅拌5～10min后获得混合料备用；4)将3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm两种级配的烧结镁砂，加入混碾机中干混3～5min，再加入热固性酚醛树脂继续混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到预压料；5)将预压料加入模具中，进行加压成型；6)将成型的坯料送入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂。2.根据权利要求1所述碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为15～20％、20～25％和10～15％。3.根据权利要求1所述碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为10～15％和10～15％。4.根据权利要求1所述碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述短切碳纤维直径5～9μm，长度为0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％。5.根据权利要求1所述碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述鳞片石墨的固定碳含量≥95％，粒度为<0.074mm。6.根据权利要求1所述碳纤维增强镁碳砖，其特征在于：所述抗氧化剂由金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉组成，所述金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉占原料总重量的百分数分别为0.5～1.5％、1～2％和0.5～2.5％；其中，铝粉和硅粉的粒度为&...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳德刚，欧阳思，李远兵，罗安智，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42