一种低碳镁碳耐火材料添加剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种低碳镁碳耐火材料添加剂、制备方法及其应用，其特征在于，所述的添加剂为B4C‑Al2O3‑C复合粉，包括以炭黑、三氧化二硼和铝粉为原料，经自蔓延高温合成法制得，按质量百分比计，所述的原料中炭黑质量分数为4％～13％，原料中铝粉质量分数为38％～42％，原料中三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。采用本发明专利技术方法制备的低碳镁碳耐火材料添加剂生产工艺简单，能耗低，成本低，所制备的B4C‑Al2O3‑C复合粉应用于低碳镁碳耐火材料中具有优异的力学性能、抗氧化性和抗渣性。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳镁碳耐火材料添加剂、制备方法及其应用
本专利技术属耐火材料领域，特别涉及提出一种低碳镁碳耐火材料添加剂、制备方法及其应用。
技术介绍
由于优良的抗热震性和抗渣性，镁碳砖被广泛应用于转炉、电弧炉、RH真空精炼炉、滑板、钢包等的内衬材料和渣线材料，其中碳在镁碳质耐火材料中提供了关键作用。通常在镁碳砖中加入12-20wt％的碳以提高镁碳砖的高温性能，但是随着碳含量的增加镁碳砖也存在碳在高温下氧化严重、能耗增加、损坏炉壳或钢包外部结构、产生大量的COX气体影响环境、增加了石墨资源的消耗等问题。同时对低碳钢、洁净钢的需求增大，需要对耐火材料不断改进。因此，降低镁碳砖中碳的含量,发展低碳镁碳砖成为研究热点。然而，随着碳含量的降低，镁碳砖的抗热震性、抗渣性、抗热冲击性能有明显下降。纳米尺寸的炭黑常被用于低碳镁碳砖作为碳源，但直接加入的炭黑活性较高，容易被氧化脱碳。所以阻止低碳镁碳砖中碳的氧化，同时碳分布更均匀能很好的提高低碳镁碳砖的性能。其中高性能抗氧化剂作为添加剂是最有效的抗氧化方法，而以复合粉作为抗氧化剂时性能又优于单一组分的抗氧化剂。碳化硼由于良好的高温性能、能先于碳和氧反应常作为抗氧化剂使用，传统的方法制备碳化硼合成温度过高，生产周期长，能耗较大，环境危害。而自蔓延合成法由于反应温度高(1900-3300℃)，引燃后不需用其他热源，是利用反应物之间高化学反应热的自加热和自传导过程来合成难熔无机材料的一种技术。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种低碳镁碳耐火材料添加剂、制备方法及其应用。该添加剂同时具有碳化硼和氧化铝的优异性能，且制备方法不仅制备工艺简单、快速节能，通过一步的制备方法就可获得低碳镁碳耐火材料添加剂，将其应用到低碳镁碳砖中，提高了其使用性能。为了实现上述任务，本专利技术采取如下技术解决方案：一种低碳镁碳耐火材料添加剂，所述的添加剂为B4C-Al2O3-C复合粉，包括以炭黑、三氧化二硼和铝粉为原料，经自蔓延高温合成法制得，按质量百分比计，所述的原料中炭黑质量分数为4％～13％，原料中铝粉质量分数为38％～42％，原料中三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。进一步地，原料中三氧化二硼的纯度≥98.8％、粒径为74μm，铝粉的纯度≥99.5％、粒径为45μm。进一步地，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，并在自蔓延高温反应炉中进行反应即得。一种低碳镁碳耐火材料添加剂的制备方法，包括将过三氧化二硼、铝粉与炭黑按配比混匀后干压成型，并在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。可选的，按质量百分比计，所述的炭黑质量分数为4％～13％，铝粉质量分数为38％～42％，三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。优选的，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，炭黑质量分数为5.9％，铝粉质量分数为41.0％，三氧化二硼质量分数为53.1％，炭黑、铝粉和三氧化二硼质量百分比之和为100％，然后在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。优选的，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，炭黑质量分数为6.8％，铝粉质量分数为40.6％，三氧化二硼质量分数为52.6％，炭黑、铝粉和三氧化二硼质量百分比之和为100％，然后在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。优选的，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，炭黑质量分数为8.0％，铝粉质量分数为40.1％，三氧化二硼质量分数为51.9％，炭黑、铝粉和三氧化二硼质量百分比之和为100％，然后在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。优选的，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，炭黑质量分数为10.8％，铝粉质量分数为38.8％，三氧化二硼质量分数为50.4％，炭黑、铝粉和三氧化二硼质量百分比之和为100％，然后在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。本专利技术所述的低碳镁碳耐火材料添加剂或本专利技术所述的低碳镁碳耐火材料添加剂的制备方法制备得到的低碳镁碳耐火材料添加剂用于制备低碳镁碳砖的应用。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术提出了一种低碳镁碳耐火材料添加剂，即B4C-Al2O3-C复合粉，该添加剂同时具有碳化硼和氧化铝的优异性能，通过控制原料中炭黑的加入量还引入了纳米尺寸的碳，不仅使低碳镁碳砖中的碳减缓氧化，而且添加剂内所含的均匀分布的纳米尺寸的碳能进一步提高低碳镁碳砖的抗氧化性；(2)本专利技术提供了一种低碳镁碳耐火材料添加剂B4C-Al2O3-C复合粉的制备方法，该方法以炭黑、三氧化二硼和铝粉为原料，采用自蔓延高温合成法一步制成，制备过程简单经济、快速节能；(3)本专利技术通过一步合成得到低碳镁碳耐火材料添加剂B4C-Al2O3-C复合粉，颗粒尺寸较小、颗粒分布均匀，通过改变原料配比控制产物各组分比例。(4)本专利技术制备的低碳镁碳耐火材料添加剂应用于低碳镁碳砖中，不仅有优异的抗氧化性，对抗渣性、力学性能、物理性能均有提高。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1为本专利技术的制备工艺流程图；图2为本专利技术的设备装置图；图3为本专利技术实施例1制备的B4C-Al2O3-C复合粉的XRD图谱；图4为本专利技术实施例2制备的B4C-Al2O3-C复合粉的XRD图谱；图5为本专利技术实施例3制备的B4C-Al2O3-C复合粉的XRD图谱；图6为本专利技术实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉的XRD图谱；图7为本专利技术实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉的SEM和EDS图谱，其中(a)、(b)、(c)、(d)为放大倍数依次增大的照片，(e)、(f)、(g)分别为图7(c)中标出的不同形貌的A、B、C三点的能谱图；图8为本专利技术将实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉加入镁碳砖前后的体积密度和气孔率图；图9为本专利技术将实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉加入镁碳砖前后的常温耐压强度(CCS)和强度保持率图；图10为本专利技术将实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉加入镁碳砖前后的氧化脱碳的形貌；图11为本专利技术将实施例4制备的B4C-Al2O3-C复合粉加入镁碳砖前后的抗渣性试验后的形貌；以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施方式碳化硼由于高熔点、低热膨胀系数、化学性质稳定、高温强度高、强的氧气吸收能力等优异性能，常作为一种高效的抗氧化剂。氧化铝通常和氧化镁一起用来制备铝镁碳砖，提高耐火材料的性能。本专利技术以Al为还原剂通过自蔓延合成法制备低碳镁碳耐火材料添加剂，即B4C-Al2O3-C复合粉，化学反应方程式为C+2B2O3+4Al→B4C+2Al2O3，其中铝粉和氧化硼首先反应生成三氧化二铝和硼，反应生成的硼进一步和过量的炭黑反应生成碳化硼。其中，氧化硼和铝粉的加入量以摩尔比1:2加入、炭黑以化学方程式配比过量0％～200％进行配料。本专利技术制备的低碳镁碳耐火材料添加剂，即B4C-Al2O3-C复合粉。具有碳化硼结晶好、颗粒尺寸小、制备过程快速节能、设备简单等优点,制备的B4C-Al2O3-C复合粉结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低碳镁碳耐火材料添加剂，其特征在于，所述的添加剂为B4C‑Al2O3‑C复合粉，包括以炭黑、三氧化二硼和铝粉为原料，经自蔓延高温合成法制得，按质量百分比计，所述的原料中炭黑质量分数为4％～13％，原料中铝粉质量分数为38％～42％，原料中三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种低碳镁碳耐火材料添加剂，其特征在于，所述的添加剂为B4C-Al2O3-C复合粉，包括以炭黑、三氧化二硼和铝粉为原料，经自蔓延高温合成法制得，按质量百分比计，所述的原料中炭黑质量分数为4％～13％，原料中铝粉质量分数为38％～42％，原料中三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。2.如权利要求1所述的低碳镁碳耐火材料添加剂，其特征在于，原料中三氧化二硼的纯度≥98.8％、粒径为74μm，铝粉的纯度≥99.5％、粒径为45μm。3.如权利要求1所述的低碳镁碳耐火材料添加剂，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，并在自蔓延高温反应炉中进行反应即得。4.一种低碳镁碳耐火材料添加剂的制备方法，其特征在于，包括将过三氧化二硼、铝粉与炭黑按配比混匀后干压成型，并在自蔓延高温合成反应炉内用引燃剂点火反应。5.如权利要求4所述的低碳镁碳耐火材料添加剂的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述的炭黑质量分数为4％～13％，铝粉质量分数为38％～42％，三氧化二硼质量分数为49％～54％，炭黑、三氧化二硼和铝粉质量百分比之和为100％。6.如权利要求5所述的低碳镁碳耐火材料添加剂的制备方法，其特征在于，具体包括：将炭黑、三氧化二硼和铝粉混匀后干压成型，炭黑质量分数为5.9％，铝粉质量分数为41.0％，三氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖国庆，种小川，丁冬海，吕李华，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61