本發(fā)明涉及一種鎂碳磚及其制備方法，尤其是一種采用硅溶膠結(jié)合的鎂碳磚，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鎂的熔點是2800℃，具有很強(qiáng)的耐高溫能力，但其抗熱震性、抗渣滲透性差；以石墨為代表的碳素材料也具有很強(qiáng)的耐高溫能力，并且其熱膨脹系數(shù)低，抗熱震性十分優(yōu)異，在高溫下與鋼水、鋼渣不易浸潤，將二者按一定的比例復(fù)合，組成一種綜合性能好的耐火材料-鎂碳磚。鎂碳磚由于其優(yōu)異的抗侵蝕性及抗熱震性,至今仍在各類煉鋼爐上作為爐襯材料被廣泛使用，例如轉(zhuǎn)爐、煉鋼電爐、鋼包。
結(jié)合劑是鎂碳磚的關(guān)鍵部分，現(xiàn)今的鎂碳磚依舊采用酚醛樹脂結(jié)合劑。酚醛樹脂結(jié)合劑含有有毒有害的物質(zhì)，無論是在結(jié)合劑還是鎂碳磚的生產(chǎn)過程中都有不可避免的環(huán)境污染，對生產(chǎn)工人健康有一定的傷害。
硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液，屬膠體溶液，無臭、無毒，具有粘結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特點，是半干法機(jī)壓成型耐火材料的優(yōu)良結(jié)合劑，同時用硅溶膠結(jié)合的碳素制品，可以減少因表面氧化而產(chǎn)生的損耗，提高耐火材料的使用壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種鎂碳磚及其制備方法，該鎂碳磚使用硅溶膠結(jié)合，可以避免酚醛樹脂結(jié)合劑產(chǎn)生的環(huán)境污染和健康傷害。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述鎂碳磚，其特征是，包括以下組份，組份比例按重量份數(shù)計：電熔鎂砂顆粒60～85份、電熔鎂砂細(xì)粉10～35份、碳素1～20份、抗氧化劑1～5份和結(jié)合劑1～6份。
進(jìn)一步的，所述電熔鎂砂顆粒的粒徑為1～8mm，MgO含量大于97wt.％。
進(jìn)一步的，所述電熔鎂砂細(xì)粉粒度小于0.1mm，MgO含量大于97wt.％。
進(jìn)一步的，所述碳素為為石墨，石墨的粒度為350～400目，石墨中碳含量大于94％。
進(jìn)一步的，所述抗氧化劑為鋁粉、鋁鎂合金粉、金屬硅粉、碳化硅、碳化硼中的一種或多種。
進(jìn)一步的，所述結(jié)合劑為硅溶膠，SiO2含量為25％～30％，密度為1.1～1.8g/cm3。
所述鎂碳磚的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，組份比例按重量份數(shù)計：
(1)混煉：稱取電熔鎂砂顆粒60～85份、電熔鎂砂細(xì)粉10～35份、碳素1～20份、抗氧化劑1～5份和結(jié)合劑1～6份；首先將電熔鎂砂顆粒置于混煉機(jī)中進(jìn)行干混2～15min，接著加入結(jié)合劑繼續(xù)混合2～15min，然后加入碳素混合2～15min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑混合8～15min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為950～1000r/min；
(2)壓制成型：將泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為100-250MPa，真空度為-70～-75KPa，打擊次數(shù)9～10次；
(3)烘烤：將磚坯進(jìn)行烘烤，烘烤溫度為150～300℃，烘烤時間為10～20h。
進(jìn)一步的，所述步驟(1)中使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉。
進(jìn)一步的，所述步驟(2)中使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中采用隧道式干燥窯進(jìn)行烘烤。
本發(fā)明制備方法簡單，制備方法易于操作，生產(chǎn)的新型鎂碳磚減少了污染物的排放，降低了生產(chǎn)工人的健康傷害，其在生產(chǎn)過程中所使用的結(jié)合劑硅溶膠不會揮發(fā)出有害物質(zhì)，同時保持了酚醛樹脂結(jié)合的鎂碳磚原有性能，具有優(yōu)異的抗侵蝕性及抗熱震性能。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例一：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒75份，電熔鎂砂細(xì)粉17份，碳素3份，抗氧化劑鋁粉1份，硅溶膠4份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括如下步驟：
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑鋁粉和硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混5min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合8min，然后加入碳素混合8min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑鋁粉混合8min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為970r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為150MPa，真空度為-75KPa，打擊次數(shù)9次；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為300℃，烘烤時間為15h。
實施例二：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒79份，電熔鎂砂細(xì)粉12份，碳素4份，抗氧化劑鋁粉2份，硅溶膠3份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括如下步驟
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑鋁粉和硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混8min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合10min，然后加入碳素混合12min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑鋁粉混合12min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為980r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為200MPa，真空度為-70KPa，打擊次數(shù)10次；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為200℃，烘烤時間為20h。
實施例三：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒80份，電熔鎂砂細(xì)粉10份，碳素2份，抗氧化劑金屬硅粉3份，硅溶膠5份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括如下步驟：
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑金屬硅粉和硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混10min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合12min，然后加入碳素混合12min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑金屬硅粉混合15min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為990r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為250MPa，真空度為-70KPa，打擊次數(shù)9次；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為250℃，烘烤時間為20h。
實施例四：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒60份，電熔鎂砂細(xì)粉35份，碳素2份，抗氧化劑鋁鎂合金粉2份，硅溶膠1份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括如下步驟：
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑鋁鎂合金粉和硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混5min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合5min，然后加入碳素混合8min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑鋁鎂合金粉混合10min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為980r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為150MPa，真空度為-70KPa，打擊次數(shù)9次；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為200℃，烘烤時間為15h。
實施例五：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒85份，電熔鎂砂細(xì)粉11份，碳素1份，抗氧化劑金屬硅粉和碳化硅1份，硅溶膠2份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括如下步驟：
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑金屬硅粉和碳化硅、硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混2min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合15min，然后加入碳素混合2min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑金屬硅粉和碳化硅混合15min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為950r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為100MPa，真空度為-75KPa，打擊次數(shù)9次；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為150℃，烘烤時間為20h。
實施例六：一種鎂碳磚，包括組分按重量份數(shù)計為：電熔鎂砂顆粒70份，電熔鎂砂細(xì)粉14份，碳素5份，抗氧化劑碳化硼5份，硅溶膠6份。
所述鎂碳磚的制備方法，包括以下步驟：
(1)混煉：使用旋移循環(huán)式混煉機(jī)進(jìn)行混煉，按配比分別稱量原料電熔鎂砂顆粒、電熔鎂砂細(xì)粉、碳素、抗氧化劑碳化硼和硅溶膠，首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混15min，然后加入硅溶膠繼續(xù)混合2min，然后加入碳素混合15min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑碳化硼混合8min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min。
(2)壓制成型：使用復(fù)合式真空摩擦壓磚機(jī)對泥料進(jìn)行壓制成型制成磚坯，成型壓力為250MPa；
(3)烘烤：將磚坯置于隧道式干燥窯中進(jìn)行烘烤得到新型結(jié)合的鎂碳磚，隧道式干燥窯的烘烤溫度為300℃，烘烤時間為10h。
對比例：與實例一中新型結(jié)合的鎂碳磚原料組分相同，將其中結(jié)合劑用酚醛樹脂替換，按同樣的制備方法制成鎂碳磚，進(jìn)行性能檢測對比。
按照GB/T2997---2000、GB/T5072.2---2004、GB/T3001---2000、GB/T3002---2004、GB/T 7320.1-2000對實施例一和對比例進(jìn)行檢測，檢測試樣的顯氣孔率和體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度、常溫抗折強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和線膨脹率。
抗熱震性試驗：對實施例一和對比例進(jìn)行抗熱震性試驗，將實施例一和對比例制成40mm×40mm×160mm的試樣，加熱到1100℃保溫30min后，取出試樣迅速放入室溫水中急冷，重復(fù)以上過程至試樣斷裂，記錄重復(fù)次數(shù)，以次數(shù)評價試樣的抗熱震性。
抗侵蝕性試驗：對實施例一和對比例進(jìn)行抗侵蝕性試驗，將實施例一和對比例制成坩堝試樣尺寸內(nèi)孔尺寸為采用靜態(tài)抗侵蝕試驗法，在坩堝試樣內(nèi)裝填20g鋼包渣，置于埋炭氣氛下，于1500℃下保溫3h。隨爐冷卻后將坩堝沿高度方向切開，測量坩堝中心截面的侵(滲透)面積S，計算其侵蝕指數(shù)S/S0×100％(S0為原坩堝中心孔的截面積)，以評價試樣的抗侵蝕性。
各項性能檢測數(shù)據(jù)如表1所示：
表1
由表1可知，同樣條件下新型結(jié)合的鎂碳磚的各項性能均高于酚醛樹脂結(jié)合的鎂碳磚，新型結(jié)合的鎂碳磚具有較好的抗熱震性和常溫抗折強(qiáng)度、常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度，因此是替代酚醛樹脂結(jié)合鎂碳磚的新型耐火材料。
本發(fā)明涉及一種新型結(jié)合的鎂碳磚及其制備方法，包括組分按重量百分?jǐn)?shù)計為：電熔鎂砂顆粒60～85％，電熔鎂砂細(xì)粉10～35％，碳素1～20％，抗氧化劑1～5％，結(jié)合劑(硅溶膠)1～6％。制備過程中首先將電熔鎂砂顆粒置于旋移循環(huán)式混煉機(jī)中進(jìn)行干混2～15min，然后加入結(jié)合劑(硅溶膠)繼續(xù)混合2～15min，然后加入碳素混合2～15min，最后加入電熔鎂砂細(xì)粉和抗氧化劑混合8～15min形成泥料，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為950～1000r/min，然后經(jīng)過壓制成型和烘烤后得到新型結(jié)合的鎂碳磚。本發(fā)明制備方法簡單，制備方法易于操作，生產(chǎn)的新型鎂碳磚減少了污染物的排放，降低了生產(chǎn)工人的健康傷害，其在生產(chǎn)過程中所使用的結(jié)合劑硅溶膠不會揮發(fā)出有害物質(zhì)，同時保持了酚醛樹脂結(jié)合的鎂碳磚原有性能，具有優(yōu)異的抗侵蝕性及抗熱震性能。