一种提高低碳镁碳材料强度的方法技术

本发明专利技术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，本发明专利技术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，本发明专利技术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。

A method to improve the strength of low carbon magnesium carbon materials

【技术实现步骤摘要】
一种提高低碳镁碳材料强度的方法
本专利技术属于耐火材料
，具体涉及一种提高低碳镁碳材料强度的方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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5~1mm，1~0.088mm，≤0.088mm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≤100nm。鳞片石墨，纯度≥98%，粒度≤74μm。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≤74μm。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≤74μm（过200目筛获得）。所述的成型压力为150~200MPa，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10~15h，所制为不烧低碳镁碳材料。高温为1400~1600℃，处理时间为2~6h，所制为烧结低碳镁碳材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术制备的低碳镁碳材料，由于引入了一种极低成本的富硅废料，可在不增加成本，甚至降低成本的前提下，大幅提高低碳镁碳材料的力学性能（特指常温抗压/折强度和高温抗压/折强度）。增强机理为机械结合和陶瓷结合。对低温热处理制备的不烧低碳镁碳材料，因为富硅废料可以和镁砂细粉一样均匀分散在大、中镁砂颗粒的周围，起到填充缝隙的作用。根据颗粒紧密堆积理论可知，富硅废料的加入可降低低碳镁碳材料的显气孔率，从而提高体积密度。而体积密度对材料的强度提高大有裨益，因为体积密度越高的材料，在承受相同大小应力作用时可将应用分散到更多基质颗粒上，同时颗粒与颗粒之间的机械咬合里也可消耗部分应力，从而达到增强的目的。增强机理为机械结合增强。对高温热处理制备的烧结低碳镁碳材料，因为富硅废料的有效组分可在高温热处理阶段，通过一系列化学反应形成如碳化硅晶须（硅和碳、一氧化碳反应形成）和硅酸镁晶须（碳化硅、氧化硅和氧化镁反应形成）此类性能极强的陶瓷增强体。这些陶瓷增强体因为是原位形成，在基体中呈均匀分布。比传统的外加第二相陶瓷增强体更加便捷，成本也更低。在材料经受应力损害时，这些增强体可通过裂纹偏转、桥接、拔出等效应增强材料的力学性能。增强机理为陶瓷结合增强。附图说明图1为添加1%富硅废料所制材料的显微形貌图片。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种提高低碳镁碳材料强度的方法，由以下步骤制成：（1）混料。按质量分数逐级添加镁砂（85%）、碳（5%）、抗氧化剂（4%）、粘结剂（4%）、富硅废料（2%）原料并在混料机中混匀。（2）成型。将上述配置好的粉料倒入不锈钢模具并在液压压力机上在150MPa下压制成型。（3）热处理。在180℃下保温15h制成不烧低碳镁碳材料。其中，碳为3%的鳞片石墨和2%纳米炭黑；抗氧化剂为铝粉；粘结剂为焦油沥青；富硅废料组成为Si（50%）、SiC（30%）、SiO2（8%）、其他杂质（12%）。本实施例相关性能指标如下：显气孔率8.76%，体积密度3.02g·cm-3，常温耐压强度57.44MPa，常温抗折强度3.27MPa，高温耐压强度52.13MPa，高温抗折强度为4.26MPa。实施例2一种提高低碳镁碳材料强度的方法，由以下步骤制成：（1）混料。按质量分数逐级添加镁砂（86%）、碳（8%）、抗氧化剂（1%）、粘结剂（1%）、富硅废料（4%）原料并在混料机中混匀。（2）成型。将上述配置好的粉料倒入不锈钢模具并在液压压力机上在200MPa下压制成型。（3）热处理。在1400℃下保温6h制成烧结碳镁碳材料。其中，碳为鳞片石墨；抗氧化剂为铝粉；粘结剂为焦油沥青；富硅废料组成为Si（60%）、SiC（20%）、SiO2（10%）、其他杂质（10%）。本实施例相关性能指标如下：显气孔率7.52%，体积密度3.09g·cm-3，常温耐压强度62.17MPa，常温抗折强度5.23MPa，高温耐压强度59.69MPa，高温抗折强度为6.54MPa。实施例3一种提高低碳镁碳材料强度的方法，由以下步骤制成：（1）混料。按质量分数逐级添加镁砂（90%）、碳（6%）、抗氧化剂（2%）、粘结剂（1%）、富硅废料（1%）原料并在混料机中混匀。（2）成型。将上述配置好的粉料倒入不锈钢模具并在液压压力机上在200MPa下压制成型。（3）热处理。在230℃下保温10h制成不烧碳镁碳材料。其中，碳为3%鳞片石墨和3%纳米炭黑；抗氧化剂为硅粉；粘结剂为焦油沥青；富硅废料组成为Si（54%）、SiC（26%）、SiO2（7%）、其他杂质（13%）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高低碳镁碳材料强度的方法，其特征在于，具体步骤包括：/n（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；/n（2）成型，将上述配置好的粉料倒入模具并压制成型；/n（3）热处理：/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高低碳镁碳材料强度的方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的一种提高低碳镁碳材料强度的方法，其特征在于，所述的镁砂为电容镁砂，MgO≥98%，粒度为5~1mm，1~0.088mm，≤0.088mm三个粒级。


3.根据权利要求1所述的一种提高低碳镁碳材料强度的方法，其特征在于，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≤100nm，鳞片石墨，纯度≥98%，粒度≤74μm。


4.根据权利要求1所述的一种提高低碳镁碳材料强度的方法，其特征在于，所述的抗氧化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：马北越，任鑫明，石明东，高陟，
申请(专利权)人：营口石兴耐火材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21