一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法技术

一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，其特征在于，在制备低碳镁碳材料时用碳化硅陶瓷废料替代镁砂细粉，通过废料中的有价组分增强其抗热震性。具体制备过程与传统镁碳材料类似，无需额外的复杂流程或新成本。由于碳化硅也属高熔点化合物，在改善抗热震性的同时，并不会影响镁碳材料的高温性能。同时，因为成本低廉和方法简单非常适合放大到工业生产中，有一定的经济价值。

A method to enhance thermal shock resistance of low carbon magnesium carbon materials

【技术实现步骤摘要】
一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法
本专利技术属于高温材料领域，具体涉及了一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法。
技术介绍
：耐火材料长期处在高温环境下，自身是处于一个非平衡状态，因此在实际服役过程中在其内部会受到温度变化带来的冲击。这种由温差产生的冲击通常被称作热冲击或热震，如热应力、热膨胀等行为。因此，为了描述和量化耐火材料抵抗热冲击的能力，形成了耐火材料的抗热震性。抗热震性是评价耐火材料高温表现非常重要的性能，代表了耐火材料抵抗高温损毁的能力。对镁碳耐火材料而言，因为氧化镁的热膨胀系数较大，所以纯镁质材料经受温度变化时体积变化较大，造成抗剥落性极差。通过引入高热导率、低膨胀性的石墨可完美解决这一缺陷。但随着高端钢材的发展需要，含碳耐火材料必须向着低碳化改变。碳含量降低，镁碳材料的抗热震性势必会受到影响。因此，提高低碳镁碳材料的抗热震性对耐火材料领域和钢铁行业都是当务之急。
技术实现思路
本专利技术旨在解决镁碳材料低碳化后抗热震性恶化的缺陷。在制备低碳镁碳材料时引入碳化硅陶瓷废料，通过废料中的有价组分来增强低碳镁碳材料的抗热震性，并在此基础上提出了一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下。一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，具体步骤主要包括磨混、成型和热处理。先按如下顺序（质量分数）20%~25%的5~3mm烧结镁砂→40%~45%的3~1mm烧结镁砂→3%~5%的粘结剂→20%~25%碳化硅陶瓷废料→6%~8%碳→3%~5%添加剂各级添加并在混料机中混合均匀。根据产品需求在固定形状和尺寸的模具中将混炼好的原料压制成生坯，最后经过200℃热处理8h得到不烧低碳镁碳材料。进一步地，所述的烧结镁砂，所有粒度的MgO氧化镁纯度均要求≥97%。进一步地，所述的碳为焦炭和天然石墨的任意组合。焦炭中碳的含量≥98%，粒度≤74nm。鳞片石墨中碳的含量≥98%，粒度≤74μm。进一步地，所述的粘结剂为焦油沥青合酚醛树脂的组合，两者各占一半，工业纯度等级。进一步地，所述的添加剂抗氧化剂，化学成分为铝镁合金粉，纯度≥98.5%，粒度≤74μm。进一步地，所述的碳化硅陶瓷废料为汽车尾气过滤用的碳化硅蜂窝陶瓷，化学组成为SiC（85%~90%）、SiO2（5%~10%）、杂质（0%~5%），经过破碎处理粒度≤88μm。进一步地，压制生坯的仪器为摩擦压砖机，采用二次成型，第一次压力30~50MPa，第二次250~300MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：低碳镁碳材料的碳元素为其提供了出色的抗热震性。当碳含量降低时，镁碳材料的抗热震性会大幅下降。而本专利技术通过用汽车尾气过滤用碳化硅粉料直接替代传统镁碳材料的镁砂细粉，利用碳化硅废料中有价成分提升低碳镁碳材料的抗热震性。不管是从成本指出，还是从性能提升考虑都是有非常大的积极意义。首先，以碳化硅陶瓷废料替代镁砂细粉可以节省大量的原料成本。因为镁砂细粉的提取合加工都比较困难，而废料几乎是无需成本开支的。同时还能变废为宝，一举两得。其次，也是最主要的，碳化硅废料可以增强低碳镁碳材料的抗热震性。通常，热震性损伤的成因来源于材料内部的温度变化形成的梯度温差，温度梯度会因为材料不同部位受热膨胀不均形成大量的热应力，由此引发热应力损伤，形成裂纹，甚至损毁材料。因此，控制梯度温差的形成是解决这一危害的关键。热应力的产生是因为内/外部升/降温不同步造成的。升温时，材料的外围部分首先被加热，产生一定的膨胀，内部相应的升温较慢，膨胀程度比外部要小。因此膨胀不均产生的差应力就会在外部合内部的接触部分形成大量的裂纹。降温过程刚好相反，外部收缩快，内部收缩慢。如此往复，材料内部大量裂纹的堆积，会逐渐拓展形成大裂纹，直到超过材料能承受的最大断裂强度。而本专利技术添加的碳化硅陶瓷废料能从两个方面延缓热应力的产生。一方面是碳化硅的热导率较高。均匀分散在镁砂颗粒周围的碳化硅可快速的将内部热量传递出去，这样一来温度梯度会得到缓解，热应力也会降低。此点与碳在镁碳材料中提升抗热震性类似。另一方面是碳化硅细分在高温时会形成高强陶瓷相，尤其是有少量过度金属存在时，可重结晶形成棒状或者晶须状的碳化硅。这类材料有着出色的机械强度，可在发生裂纹拓展时起到一定的延缓和抵抗。而且，碳化硅陶瓷废料中还有少量的氧化硅，可在高温时形成少量液相，可在流动时吸收部分裂纹的能量，甚至填充在裂纹间隙中，使裂纹细化。这些机理都可以有效且明显的提升低碳镁碳材料的抗热震性。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。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。以下仅是部分实例说明，并不代表本专利技术仅局限在以下内容。为了体现和表征本专利技术对低碳镁碳材料抗热震性的提升作用，采用三种方式来测定材料的抗热震性。1.加热-水冷法：将三个同样配方的试样放在预先加热到1200℃的电阻炉，稳定15min后拿出放入流动的常温水中，保持3min，接着在空气中2min重新放回电阻炉。如此往复直到试样的失重损失超过原重的20%。记录下循环次数。2.加热-空冷法：此法与加热-水冷法类似，只是将冷却介质换成常温流动空气，冷却时间为15min。同样在试样质量损失超过20%停止并记录循环次数。3.强度保持率法：此法和加热-空冷法类似，但仅做2次热循环后即停止，并测量经过热循环后试样的耐压强度。计算强度保持率（减小的强度值除以热震前试样的强度值）。需要说明的是，所有试样的最终值为三个相同试样的平均值。实施例1一种增强低碳镁碳材料强度的方法，具体步骤主要包括磨混、成型和热处理。先按如下顺序（质量分数）20%的5~3mm烧结镁砂→45%的3~1mm烧结镁砂→3%的沥青和酚醛树脂→22%碳化硅陶瓷废料→6%碳→4%铝镁合金各级添加并在混料机中混合均匀。接着将试样压制成50×50mm尺寸的圆柱形试样，最后经过200℃热处理8h得到不烧低碳镁碳材料。其中，碳化硅陶瓷废料化学组成为SiC（85%）、SiO2（10%）、杂质（5%）。二次成型的压力分别为30MPa和300MPa。本实施例抗热震性指标如下：加热-水冷法：6次；加热-空冷法：32次；强度保持率：42.16%。实施例2一种增强低碳镁碳材料强度的方法，具体步骤主要包括磨混、成型和热处理。先按如下顺序（质量分数）25%的5~3mm烧结镁砂→40%的3~1mm烧结镁砂→4%的沥青和酚醛树脂→20%碳化硅陶瓷废料→8%碳→3%铝镁合金各级添加并在混料机中混合均匀。接着将试样压制成50×50mm尺寸的圆柱形试样，最后经过200℃热处理8h得到不烧低碳镁碳材料。其中，碳化硅陶瓷废料化学组成为SiC（87%）、SiO2（10%）、杂质（3%）。二次成型的压力分别为40MPa和300MPa。本实施例抗热震性指标如下：加热-水冷法：6次；加热-空冷法：30次；强度保持率：39.26%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，其特征在于，具体步骤主要包括磨混、成型和热处理，先按如下顺序（质量分数）20%~25%的5~3 mm烧结镁砂→40%~45%的3~1 mm烧结镁砂→3%~5%的粘结剂→20%~25%碳化硅陶瓷废料→6%~8%碳→3%~5%添加剂各级添加并在混料机中混合均匀。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，其特征在于，具体步骤主要包括磨混、成型和热处理，先按如下顺序（质量分数）20%~25%的5~3mm烧结镁砂→40%~45%的3~1mm烧结镁砂→3%~5%的粘结剂→20%~25%碳化硅陶瓷废料→6%~8%碳→3%~5%添加剂各级添加并在混料机中混合均匀。


2.根据产品需求在固定形状和尺寸的模具中将混炼好的原料压制成生坯，最后经过200℃热处理8h得到不烧低碳镁碳材料。


3.根据权利要求1所述的一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，其特征在于，所述的烧结镁砂，所有粒度的MgO氧化镁纯度均要求≥97%。


4.根据权利要求1所述的一种增强低碳镁碳材料抗热震性的方法，其特征在于，所述的碳为焦炭和天然石墨的任意组合：焦炭中碳的含量≥98%，粒度≤74nm；鳞片石墨中碳的含量≥98%，粒度≤74...

【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