[發明專利]用硼鎂礦做添加劑生產鎂碳磚的方法

有效

• 申請號: 201110049501.5
• 申請日: 2011-03-01
• 公開（公告）號: CN102653471A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 曲殿利;郭玉香;戴晨晨
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及生產鎂碳磚的方法，特別是一種用硼鎂礦做添加劑生產鎂碳磚的方法。

背景技術

鎂碳磚具有優異的抗渣侵蝕性，較理想的熱震穩定性，熱傳導性和組織致密性，被廣泛應用于煉鋼轉爐、電爐和鋼包精煉爐以及鋼包渣線上。然而碳有易氧化的弱點，很容易引起制品強度降低，抗侵蝕能力下降，使鎂碳磚失去優勢。在鎂碳磚中加入添加劑能夠有效地防止碳氧化，并有利于提高耐火材料的高溫使用性能。添加劑的作用分為兩個方面：一方面是從熱力學角度出發，即在工作溫度下，添加劑或者添加劑和碳反應的生成物與氧的親和力比碳與氧的親和力大，優先于被氧化，從而起到保護碳的作用；另一方面是從動力學的角度來考慮，添加劑與O₂、CO或C反應生成的化合物能改變材料的顯微結構，如增加致密度，堵塞氣孔，阻礙O₂及反應產物的擴散等。

目前，常見的鎂碳磚添加劑主要有兩類：金屬或合金細粉；非金屬細粉。

添加的金屬細粉主要有Al、Si、Mg、Ca等，其中Al、Si最為常見。在熱處理過程中，Al和Si在材料中會發生反應，其中，Al把CO(g)還原成C(s)，并生成Al₂O₃，起到抑制氧化的作用，反應式如下：

2Al_(l)+3CO_(g)→Al₂O_3(s)+3C_(s)

而且此過程伴隨著一定的體積膨脹，造成材料組織結構的致密化，因此會抑制碳的氧化；

Si在材料中首先發生反應：

Si_(s)+C_(s)+O_2(g)＝S_iO_(g)+CO_(g)

而后，反應產生的CO又可使SiO(g)進一步氧化成SiO₂：

S_iO_(g)+CO_(g)＝S_iO_2(g)+C_(s)

因此，添加劑Al和Si的防氧化機理：一方面是Al、Si在熱處理過程中發生的物相變化降低了材料的顯氣孔率，使材料結構致密化，從而降低了氧化性氣體(如O₂)與材料的有效接觸而積；另一方面，Al、Si反應釋放出的Al₂O、SiO氣體遇O₂或CO氣體會反應生成固態的Al₂O₃和SiO₂，沉積在氣孔內的固體表面上，阻塞氣孔，抑制了氣體的擴散，從而起到防氧化作用。

然而，值得注意的是，金屬Al在1000℃以上會與C反應生成Al₄C₃，而Al₄C₃會與來自環境中的水蒸氣發生反應：

Al₄C₃+12H₂O＝3CH₄+4Al(OH)₃

伴隨較大的體積膨脹，從而對材料產生潛在的破壞作用。

添加的合金細粉主要有Al-Si、Al-Mg、Al-Mg-Ca、Si-Mg-Ca等二元或三元合金，常用的主要有Al-Si、Al-Mg合金。

添加的非金屬細粉主要有含硼添加劑和含硅添加劑。含硅添加劑有SiC，Si₃N₄(只考慮β型)等。含硼添加劑主要有碳化硼(B₄C)、六硼化鈣(CaB₆)、二硼化鈦(TiB₂)、二硼化鋯(ZrB₂)等。

中國專利公開號為CN1237562，“含碳耐火材料的抗氧化劑”公開了一種含碳耐火材料的抗氧化劑，由重量百分數0.15～10％的鋅粉或鋅粉和鋁、鎂、硅、硅鈣粉、碳化硅、碳化硼、鎂鋁合金粉、氮化硅粉中的至少一種組成，其中鋅粉≥0.15％，粒度小于0.5mm。該抗氧化劑能有效抑制氧化脫碳層的形成，可以提高鎂碳磚等耐火材料的抗氧化性。

上述鎂碳磚添加劑，有的抗氧化效果不太理想；有的雖提高了鎂碳磚抗氧化性，但其他高溫性能受到了影響；含硼添加劑防氧化效果優良，但由于其昂貴的價格和復雜的制造工藝限制了它們的應用與推廣。

發明內容