一种可膨胀镁碳火泥及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可膨胀镁碳火泥及其制备方法。以质量份计，可膨胀镁碳火泥原料组成包括：电熔镁砂颗粒10～25份，电熔镁砂细粉40～60份，轻烧氧化镁微粉5～10份，可膨胀石墨3～9份，纳米炭黑2～4份，高温沥青粉2～4份，金属Al粉4～8份，单质Si粉2～5份，液态含碳结合剂10～20份，稀释剂5～10份。制备方法包括：将除稀释剂外的原料加热到40～60℃保温，将液态含碳结合剂和稀释剂混匀，加入其他原料混匀得到可膨胀镁碳火泥。本发明专利技术还提供了可膨胀镁碳火泥用于粘结转炉出钢口砖中的用途，将可膨胀镁碳火泥用于粘结出钢口座砖和更换砖单砖砖型，粘结好的单砖在80～200℃下烘烤4～8h，得到转炉出钢口座砖和更换砖。到转炉出钢口座砖和更换砖。

【技术实现步骤摘要】
一种可膨胀镁碳火泥及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及炼钢用耐火材料
，具体涉及一种可膨胀镁碳火泥及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]转炉是钢铁企业炼钢厂最重要的冶金设备，其使用寿命、冶炼效率对于炼钢厂生产节奏、钢产量等方面起决定性的作用。出钢口部位是转炉最为重要的功能性耐材之一，其使用寿命高低对于现场炼钢节奏有重要影响。出钢口部位结构复杂，主要由外座砖、内座砖和更换砖三个部分组成，由于此三种砖型体积和单重较大，难以采用整体成型方式进行生产，故一般是通过将多块单重和体积较小的单砖粘结成一个整体后再进行使用。转炉出钢口使用过程中工况条件非常苛刻，主要简述为如下几方面：
[0003]1)转炉出钢过程中座砖一直浸泡在钢水中，且与转炉炉衬使用同寿命，除了要求座砖抗钢水和熔渣侵蚀性能好外，还要求使用过程中整体性能好，防止单砖使用过程中出现脱落的问题；
[0004]2)转炉钢水温度高，且钢水中含有游离氧，对出钢口更换砖存在明显氧化作用，要求更换砖具有优异的中高温抗氧化性能；
[0005]3)钢水和熔渣高温下会对出钢口更换砖产生明显渗透和侵蚀作用，造成熔损，要求更换砖所用原料高档，致密度高，具备非常优异的抗熔损性能，且对单砖粘结缝处抗侵蚀和渗透提出更高的要求；
[0006]4)出钢过程中钢水和熔渣对更换砖内壁产生明显机械冲刷作用，要求更换砖具有优异的中高温强度以抵抗机械冲击，且对单砖粘结缝处抗冲刷性能提出更高的要求。
[0007]传统用于粘结出钢口单砖的粘结剂一般采用环氧树脂或酚醛树脂，粘结后具有很高的常温强度，方便运输过程及现场安装。但出钢口使用过程中，环氧树脂或酚醛树脂在中高温下发生裂解而失去强度和结合性能，同时结合剂裂解后产生较大收缩，单砖与单砖之间粘结缝处形成孔洞和间隙，导致使用过程中容易成为钢水和熔渣冲刷和侵蚀通道，很容易出现凹陷而影响使用寿命。另外，因单砖与单砖之间无粘结性变成分散体，导致使用过程中很容易出现脱落或漂砖等问题。
[0008]而传统用于炼钢热工设备耐材砌筑所用的火泥一般较多使用硅质、粘土质、高铝质、铝镁质、镁铝质、镁质等，使用磷酸盐和水作为结合剂，加水量一般在25wt％左右。该类火泥粘接性偏差，烘烤过程中水分全部挥发形成大量孔洞，在高温下几乎没有粘结强度，容易造成砌筑砖缝处受到钢水和熔渣侵蚀和渗透，造成砖缝处优先熔损，从而影响使用寿命。另外，镁质火泥或者镁铝火泥的保水性差，导致火泥的施工时间有时不能达到砌筑的要求。

技术实现思路

[0009]针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种可膨胀镁碳火泥，特别适用于转炉出钢口砖粘结，制备方法简单，流动性能好，常温下粘结强度高，在出钢口砖使用过程中
镁碳火泥仍保证很高的粘结强度、抗钢水和熔渣冲刷、侵蚀及渗透性能，同时在低温、中温和高温下产生体积膨胀，避免出钢口使用过程中砖缝处出现异常冲刷凹陷、熔损及脱落等问题，能够大幅度提高出钢口的使用寿命。
[0010]具体技术方案如下：
[0011]一种可膨胀镁碳火泥，以质量份计，原料组成包括：
[0012][0013]所述可膨胀石墨是鳞片石墨通过强酸氧化插层处理得到，在300～1000℃温度下体积自由膨胀可达到20～200倍。
[0014]本专利技术的可膨胀镁碳火泥制备方法简单，且具有较好的延展性、流动性以及粘结性能，粘结的出钢口具有较高的强度。同时，可膨胀镁碳火泥在低温(300℃以上)、中温和高温使用过程中，可膨胀石墨产生较大体积膨胀，除了抵消结合剂和稀释剂挥发和裂解产生的体积收缩外，还使镁碳火泥整体产生微膨胀，避免粘结处出现收缩产生砖缝的问题。同时，可膨胀石墨膨胀后，膨胀石墨表面具有较多的强酸氧化插层处理后的活性反应官能团，反应活性较高，可在较低温度下与金属Al粉、单质Si粉反应形成Al4C3、SiC等陶瓷相。
[0015]另一个方面，镁碳火泥主体组分为电熔镁砂、碳源、抗氧化增强剂(金属Al粉、单质Si粉)等，中高温条件下结合剂裂解后，除了留下残碳外，火泥中其他组分仍保存下来，其填充在砖缝处避免出现孔洞和间隙问题，有利于提高砖缝处的抗钢水和熔渣冲刷、侵蚀和渗透性能。
[0016]再者，镁碳火泥在中高温使用过程中，其中的金属Al粉、单质Si粉起到防止碳源氧化的作用，中低温下发生熔化并在基质中形成结合相，具有优异的中温强度。同时，在较低温度下，金属Al粉和单质Si粉与火泥中的膨胀石墨发生反应形成Al4C3、SiC等陶瓷相，随着温度上升，Al4C3、SiC等陶瓷相含量进一步增加，同时进一步形成尖晶石结合相，使得火泥在低中高温下都具有非常优异的强度。镁碳火泥中金属Al粉、单质Si粉在高温下，能和出钢口单砖镁碳材质发生界面反应，使得火泥和出钢口砖反应烧结成一个整体，提高了出钢口使用寿命。且镁碳火泥组分设计上与出钢口材质体系类似，原料组分纯度高，抗氧化剂添加量高，材料自身抗钢水和熔渣冲刷、侵蚀和渗透性能优异，材质体系设计上并非出钢口部位薄弱部位。
[0017]本专利技术提供的可膨胀镁碳火泥经150℃
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5h处理后的粘结强度为12～20MPa，还原气氛下1000℃
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3h下的粘结强度为3～8MPa，残余线变化率为+0.2～+0.7％；还原气氛下1600℃
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3h下的粘结强度为5～10MPa，残余线变化率为+0.4～+1.0％，还原气氛下1400℃
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0.5h下的高温抗折强度为5～12MPa。
[0018]在一优选例中，所述可膨胀镁碳火泥的原料组成中，电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、轻烧氧化镁微粉、可膨胀石墨、纳米炭黑、高温沥青粉、金属Al粉、单质Si粉、液态含碳结合剂的质量份数之和为100份。
[0019]在一优选例中，所述电熔镁砂颗粒化学成分及质量百分含量为：MgO≥97.5wt％，CaO≤1.5wt％，SiO2≤0.7wt％。
[0020]在一优选例中，所述电熔镁砂颗粒的粒度为1～0.088mm。
[0021]在一优选例中，所述电熔镁砂细粉化学成分及质量百分含量为：MgO≥97.5wt％，CaO≤1.5wt％，SiO2≤0.7wt％。
[0022]在一优选例中，所述电熔镁砂细粉的粒度为0.088～0mm。
[0023]在一优选例中，所述轻烧氧化镁微粉化学成分及质量百分含量为：MgO≥90.00wt％，SiO2≤3.00％，Fe2O3≤0.60％，CaO≤2.00％，1000℃灼烧减量≤5.00％。
[0024]在一优选例中，所述轻烧氧化镁微粉的粒度为D50≤2μm。
[0025]在一优选例中，所述强酸为硫酸、硝酸中的至少一种。
[0026]在一优选例中，所述可膨胀石墨中C≥94.0wt％。
[0027]在一优选例中，所述可膨胀石墨粒度为≤0.088mm。
[0028]在一优选例中，所述纳米炭黑中C≥98.0wt％。
[0029]在一优选例中，所述纳米炭黑粒度为D5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可膨胀镁碳火泥，其特征在于，以质量份计，原料组成包括：所述可膨胀石墨是鳞片石墨通过强酸氧化插层处理得到，在300～1000℃温度下体积自由膨胀可达到20～200倍。2.根据权利要求1所述的可膨胀镁碳火泥，其特征在于，所述电熔镁砂颗粒化学成分及质量百分含量为：MgO≥97.5wt％，CaO≤1.5wt％，SiO2≤0.7wt％；所述电熔镁砂颗粒的粒度为1～0.088mm；所述电熔镁砂细粉化学成分及质量百分含量为：MgO≥97.5wt％，CaO≤1.5wt％，SiO2≤0.7wt％；所述电熔镁砂细粉的粒度为0.088～0mm；所述轻烧氧化镁微粉化学成分及质量百分含量为：MgO≥90.00wt％，SiO2≤3.00％，Fe2O3≤0.60％，CaO≤2.00％，1000℃灼烧减量≤5.00％；所述轻烧氧化镁微粉的粒度为D50≤2μm。3.根据权利要求1所述的可膨胀镁碳火泥，其特征在于，所述强酸为硫酸、硝酸中的至少一种；所述可膨胀石墨中C≥94.0wt％，粒度为≤0.088mm。4.根据权利要求1所述的可膨胀镁碳火泥，其特征在于，所述纳米炭黑中C≥98.0wt％，粒度为D50≤200nm。5.根据权利要求1所述的可膨胀镁碳火泥，其特征在于，所述高温沥青粉的指标如下：软化点为120～...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明，施岳明，魏国平，方斌祥，刘光平，程文雍，沈明科，
申请(专利权)人：浙江自立高温科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：