[发明专利]用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产镁碳砖的方法，特别是一种用硼镁矿做添加剂生产镁碳砖的方法。

背景技术

镁碳砖具有优异的抗渣侵蚀性，较理想的热震稳定性，热传导性和组织致密性，被广泛应用于炼钢转炉、电炉和钢包精炼炉以及钢包渣线上。然而碳有易氧化的弱点，很容易引起制品强度降低，抗侵蚀能力下降，使镁碳砖失去优势。在镁碳砖中加入添加剂能够有效地防止碳氧化，并有利于提高耐火材料的高温使用性能。添加剂的作用分为两个方面：一方面是从热力学角度出发，即在工作温度下，添加剂或者添加剂和碳反应的生成物与氧的亲和力比碳与氧的亲和力大，优先于被氧化，从而起到保护碳的作用；另一方面是从动力学的角度来考虑，添加剂与O₂、CO或C反应生成的化合物能改变材料的显微结构，如增加致密度，堵塞气孔，阻碍O₂及反应产物的扩散等。

目前，常见的镁碳砖添加剂主要有两类：金属或合金细粉；非金属细粉。

添加的金属细粉主要有Al、Si、Mg、Ca等，其中Al、Si最为常见。在热处理过程中，Al和Si在材料中会发生反应，其中，Al把CO(g)还原成C(s)，并生成Al₂O₃，起到抑制氧化的作用，反应式如下：

2Al_(l)+3CO_(g)→Al₂O_3(s)+3C_(s)

而且此过程伴随着一定的体积膨胀，造成材料组织结构的致密化，因此会抑制碳的氧化；

Si在材料中首先发生反应：

Si_(s)+C_(s)+O_2(g)＝S_iO_(g)+CO_(g)

而后，反应产生的CO又可使SiO(g)进一步氧化成SiO₂：

S_iO_(g)+CO_(g)＝S_iO_2(g)+C_(s)

因此，添加剂Al和Si的防氧化机理：一方面是Al、Si在热处理过程中发生的物相变化降低了材料的显气孔率，使材料结构致密化，从而降低了氧化性气体(如O₂)与材料的有效接触而积；另一方面，Al、Si反应释放出的Al₂O、SiO气体遇O₂或CO气体会反应生成固态的Al₂O₃和SiO₂，沉积在气孔内的固体表面上，阻塞气孔，抑制了气体的扩散，从而起到防氧化作用。

然而，值得注意的是，金属Al在1000℃以上会与C反应生成Al₄C₃，而Al₄C₃会与来自环境中的水蒸气发生反应：

Al₄C₃+12H₂O＝3CH₄+4Al(OH)₃

伴随较大的体积膨胀，从而对材料产生潜在的破坏作用。

添加的合金细粉主要有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。

添加的非金属细粉主要有含硼添加剂和含硅添加剂。含硅添加剂有SiC，Si₃N₄(只考虑β型)等。含硼添加剂主要有碳化硼(B₄C)、六硼化钙(CaB₆)、二硼化钛(TiB₂)、二硼化锆(ZrB₂)等。

中国专利公开号为CN1237562，“含碳耐火材料的抗氧化剂”公开了一种含碳耐火材料的抗氧化剂，由重量百分数0.15～10％的锌粉或锌粉和铝、镁、硅、硅钙粉、碳化硅、碳化硼、镁铝合金粉、氮化硅粉中的至少一种组成，其中锌粉≥0.15％，粒度小于0.5mm。该抗氧化剂能有效抑制氧化脱碳层的形成，可以提高镁碳砖等耐火材料的抗氧化性。

上述镁碳砖添加剂，有的抗氧化效果不太理想；有的虽提高了镁碳砖抗氧化性，但其他高温性能受到了影响；含硼添加剂防氧化效果优良，但由于其昂贵的价格和复杂的制造工艺限制了它们的应用与推广。

发明内容