一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法 (Low-carbon microporous magnesia carbon brick and preparation method thereof ) 是由 吴沁晔 徐娜娜 魏志鹏 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。其技术方案是：先以96.0～98.0wt％的镁碳砖回收料、0.9～1.7wt％的纳米炭黑、0.7～1.1wt％的乳酸镁和0.4～1.2wt％的钛酸铝为原料,外加所述原料2.2～3.4wt％的结合剂,混合均匀；再于15～20MPa条件下机压成型,在160～180℃条件下保温5～9小时,制得低碳微孔镁碳砖。其中：所述镁碳砖回收料的主要化学成分是：MgO含量≥85.0wt％,CaO含量≤1.1wt％,SiO-(2)含量≤1.5wt％,Fe-(2)O-(3)含量≤0.7wt％,IL≤3.9wt％；所述结合剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和环氧丙烷中的一种。因此,本发明具有工艺简单、绿色环保、节省资源和成本低廉的特点；所制备的低碳微孔镁碳砖的机械强度高、导热系数低、抗热震性能好和使用寿命长。(The invention relates to a low-carbon microporous magnesia carbon brick and a preparation method thereof. The technical scheme is as follows: firstly, 96.0-98.0 wt% of magnesia carbon brick reclaimed materials, 0.9-1.7 wt% of nano carbon black, 0.7-1.1 wt% of magnesium lactate and 0.4-1.2 wt% of aluminum titanate are used as raw materials, and a bonding agent in an amount of 2.2-3.4 wt% of the raw materials is added to be uniformly mixed; and performing mechanical pressing forming under the condition of 15-20 MPa, and performing heat preservation for 5-9 hours at the temperature of 160-180 ℃ to obtain the low-carbon microporous magnesia carbon brick. Wherein: the magnesia carbon brick recycled material comprises the following main chemical components: MgO content is more than or equal to 85.0 wt%, CaO content is less than or equal to 1.1 wt%, SiO 2 Content is less than or equal to 1.5 wt%, Fe 2 O 3 The content is less than or equal to 0.7wt percent, and the IL is less than or equal to 3.9wt percent; the bonding agent is one of polymethyl methacrylate, polycarbonate and propylene oxide. Therefore, the invention has the characteristics of simple process, environmental protection, resource saving and low cost; the prepared low-carbon microporous magnesia carbon brick has high mechanical strength, low heat conductivity coefficient and heat resistanceGood shock performance and long service life.)
技术领域
本发明属于低碳镁碳砖的技术领域。具体涉及一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。
背景技术
镁碳砖是20世纪70年代开发的耐火材料，具有优异的抗热震性能、抗渣侵蚀性能和抗渣渗透性能，广泛应用于钢水的精炼连铸流程。随着市场对特殊钢种的需求和炉外精炼工艺的发展，现有的镁碳砖由于存在钢水大量增碳、氧化失效等问题已不能满足一些特殊冶炼工艺的需求。21世纪初开始，如何科学地降低镁碳砖中碳含量成为国内外的科技人员的关注热点。
众所周知，随着碳含量的降低，镁碳砖制品的抗渣渗透性能、热震稳定性能和抗剥落性能均将受到影响。因此，近几年针对低碳镁碳砖的性能优化成为热门研究主题。
如“一种添加聚碳硅烷的镁碳砖”(CN106674528B)专利技术，公开了一种以板状刚玉、电熔白刚玉、α-Al2O3微粉、黏土、页岩、煤矸石、煤灰和鳞片石墨为原料，以环保沥青、液态热塑性酚醛树脂、固态树脂粉、固态聚碳硅烷和正己烷为固化剂，经机压成型制得镁碳砖的专利技术；该技术的原料中引入大量微观结构较为疏松的物质，对所制得的镁碳砖制品的强度影响较大，且鳞片石墨的高导热系数不利于钢包渣线处的节能保温。
如“一种钢包用低碳镁碳砖及其制备方法”(CN107285744A)专利技术，公开了一种以电熔镁砂、镁锆砂和鳞片石墨为原料，以酚醛树脂和改性沥青为结合剂，经机压成型制得镁碳砖的专利技术，该技术通过引入ZrO2相变增韧对镁碳砖进行抗热震性能优化，但固相密度增大导致其导热系数增加，不利于渣线处的热量蓄积。
如“一种利用镁碳砖残砖制取的镁碳砖及其制备方法”(CN105622070B)专利技术，公开了一种利用电熔镁砂、镁碳砖残砖、鳞片石墨和酚醛树脂为原料制备镁碳砖的方法，该技术中的镁碳砖残砖回收利用率较低，且所制备的镁碳砖中碳含量较高，隔热保温性能较差。
如“一种具有非氧化物增强增韧结构的低碳镁碳砖及其制备方法”(CN104478455B)专利技术，公开了一种以电熔镁砂、氮化硅和金属铝粉为原料，以酚醛树脂为结合剂，经机压成型制备镁碳砖的专利技术，该技术通过引入非氧化物氮化硅对镁碳砖进行抗热震性能优化，但氮化硅在氧化性气氛下极易被氧化失效，缩短所制备的镁碳砖制品的使用寿命，并存在安全隐患。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、绿色环保、节省资源和成本低廉的低碳微孔镁碳砖的制备方法；所制备的低碳微孔镁碳砖的机械强度高、导热系数低、抗热震性能好、稳定性优良和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以96.0～98.0wt％的镁碳砖回收料、0.9～1.7wt％的纳米炭黑、0.7～1.1wt％的乳酸镁和0.4～1.2wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料2.2～3.4wt％的结合剂，混合均匀；再于15～20MPa条件下机压成型，在160～180℃条件下保温5～9小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述镁碳砖回收料是将废弃的镁碳砖经剔除蚀变层、破碎和筛分后得到的不同粒径级的回收料：粒径小于8mm且大于等于5mm的颗粒占30～35.0wt％，粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占19.0～22wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占16.0～20wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占8.0～10wt％、粒径小于0.088mm的细粉占18～22.0wt％；所述镁碳砖回收料的主要化学成分是：MgO含量≥85.0wt％，CaO含量≤1.1wt％，SiO2含量≤1.5wt％，Fe2O3含量≤0.7wt％，IL≤3.9wt％。
所述纳米炭黑的粒径小于172nm；纳米炭黑的C含量≥97.9wt％。
所述乳酸镁的粒径小于0.02mm；乳酸镁的2(C3H5O3)Mg·3(H2O)含量≥98.0wt％。
所述钛酸铝的粒径小于0.05mm；钛酸铝的主要化学成分是：Al2O3含量≥49.1wt％，TiO2含量≥47.5wt％。
所述结合剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和环氧丙烷中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明以镁碳砖回收料为主要原料、以纳米炭黑为碳源和以乳酸镁以及钛酸铝为陶瓷基增强剂，外加结合剂，机压成型，160～180℃条件下保温，制得性能优异的碳微孔镁碳砖，工艺简单和节约能源。在实现低碳微孔镁碳砖中的碳含量超低化的同时，还能优化低碳微孔镁碳砖的性能及延长使用寿命。本发明制备的低碳微孔镁碳砖的镁碳砖回收料利用率≥96％，节省资源、绿色环保和成本低廉。
2、本发明采用的乳酸镁在高温使用环境下分解产生CO2，在基质结构中的CO2气氛能避免所添加的纳米炭黑氧化失效；乳酸镁分解产生的方镁石具有微孔结构，在优化隔热性能同时，还能进一步提升低碳微孔镁碳砖的抗热震性能。
3、本发明采用的钛酸铝具备低热膨胀和高机械强度等优点，但1350℃时易分解。本发明所添加的方镁石在高温使用过程中脱羟基得到的MgO，能有效抑制钛酸铝分解，优化低碳微孔镁碳砖在高温使用过程中的稳定性。
本发明制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度为35.5～42.0MPa；显气孔率为3.3～4.4％；导热系数为3.22～3.55W/(m·K)，性能优于同类产品。
因此，本发明具有工艺简单、环保节能、节省资源和成本低廉的特点；所制备的低碳微孔镁碳砖的机械强度高、导热系数低、抗热震性能好、稳定性优良和使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以96.0～98.0wt％的镁碳砖回收料、0.9～1.7wt％的纳米炭黑、0.7～1.1wt％的乳酸镁和0.4～1.2wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料2.2～3.4wt％的结合剂，混合均匀；再于15～20MPa条件下机压成型，在160～180℃条件下保温5～9小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和环氧丙烷中的一种。
本具体实施方式中：
所述镁碳砖回收料是将废弃的镁碳砖经剔除蚀变层、破碎和筛分后得到的不同粒径级的回收料：粒径小于8mm且大于等于5mm的颗粒占30～35.0wt％，粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占19.0～22wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占16.0～20wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占8.0～10wt％、粒径小于0.088mm的细粉占18～22.0wt％；所述镁碳砖回收料的主要化学成分是：MgO含量≥85.0wt％，CaO含量≤1.1wt％，SiO2含量≤1.5wt％，Fe2O3含量≤0.7wt％，IL≤3.9wt％。
所述纳米炭黑的粒径小于172nm；纳米炭黑的C含量≥97.9wt％。
所述乳酸镁的粒径小于0.02mm；乳酸镁的2(C3H5O3)Mg·3(H2O)含量≥98.0wt％。
所述钛酸铝的粒径小于0.05mm；钛酸铝的主要化学成分是：Al2O3含量≥49.1wt％，TiO2含量≥47.5wt％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以96.0wt％的镁碳砖回收料、1.7wt％的纳米炭黑、1.1wt％的乳酸镁和1.2wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料2.2wt％的结合剂，混合均匀；再于15MPa条件下机压成型，在160℃条件下保温5小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为聚甲基丙烯酸甲酯。
本实施例所制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度42.2MPa；显气孔率3.3％；导热系数3.55W/(m·K)。
实施例2
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以96.5wt％的镁碳砖回收料、1.5wt％的纳米炭黑、1.0wt％的乳酸镁和1.0wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料2.5wt％的结合剂，混合均匀；再于17MPa条件下机压成型，在170℃条件下保温6小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为聚碳酸酯。
本实施例所制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度40.5MPa；显气孔率3.5％；导热系数3.46W/(m·K)。
实施例3
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以97.0wt％的镁碳砖回收料、1.3wt％的纳米炭黑、0.9wt％的乳酸镁和0.8wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料2.8wt％的结合剂，混合均匀；再于18MPa条件下机压成型，在180℃条件下保温7小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为环氧丙烷。
本实施例所制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度39.9MPa；显气孔率4.0％；导热系数3.39W/(m·K)。
实施例4
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以97.5wt％的镁碳砖回收料和1.1wt％的纳米炭黑，0.8wt％的乳酸镁，0.6wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料3.4wt％的结合剂，混合均匀；再于19MPa条件下机压成型，在170℃条件下保温8小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为聚甲基丙烯酸甲酯。
本实施例所制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度38.5MPa；显气孔率4.1％；导热系数3.27W/(m·K)。
实施例5
一种低碳微孔镁碳砖及其制备方法。先以98.0wt％的镁碳砖回收料和0.9wt％的纳米炭黑，0.7wt％的乳酸镁，0.4wt％的钛酸铝为原料，外加所述原料3.0wt％的结合剂，混合均匀；再于20MPa条件下机压成型，在180℃条件下保温9小时，制得低碳微孔镁碳砖。
所述结合剂为环氧丙烷。
本实施例所制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度35.5MPa；显气孔率4.4％；导热系数3.22W/(m·K)。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式以镁碳砖回收料为主要原料、以纳米炭黑为碳源和以乳酸镁以及钛酸铝为陶瓷基增强剂，外加结合剂，机压成型，160～180℃条件下保温，制得性能优异的碳微孔镁碳砖，工艺简单和节约能源。在实现低碳微孔镁碳砖中的碳含量超低化的同时，还能优化低碳微孔镁碳砖的性能及延长使用寿命。本具体实施方式制备的低碳微孔镁碳砖的镁碳砖回收料利用率≥96％，节省资源、绿色环保和成本低廉。
2、本具体实施方式采用的乳酸镁在高温使用环境下分解产生CO2，在基质结构中的CO2气氛能避免所添加的纳米炭黑氧化失效；乳酸镁分解产生的方镁石具有微孔结构，在优化隔热性能同时，还能进一步提升低碳微孔镁碳砖的抗热震性能。
3、本具体实施方式采用的钛酸铝具备低热膨胀和高机械强度等优点，但1350℃时易分解。本具体实施方式所添加的方镁石在高温使用过程中脱羟基得到的MgO，能有效抑制钛酸铝分解，优化低碳微孔镁碳砖在高温使用过程中的稳定性。
本具体实施方式制备的低碳微孔镁碳砖经检测：耐压强度为35.5～42.0MPa；显气孔率为3.3～4.4％；导热系数为3.22～3.55W/(m·K)，性能优于同类产品。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、环保节能、节省资源和成本低廉的特点；所制备的低碳微孔镁碳砖的机械强度高、导热系数低、抗热震性能好、稳定性优良和使用寿命长。