一种铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖及其制备方法与流程

本发明涉及铝碳化硅碳砖。具体地说是一种铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖及其制备方法。

背景技术：

1、目前，铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖所用原料主要为高档电熔刚玉，如棕刚玉、电熔白刚玉或者高纯刚玉(如板刚玉)，以及其他热震稳定性好的高纯耐冲刷原料，如高纯度的碳化硅。这就导致现有的铁水包高档深脱硫(脱硫百分比例大于50％)用铝碳化硅碳砖的原料配方成本过高。为降低原料成本，节约高品质高温材料资源，需要寻找较低成本的原料来代替板高档电熔刚玉或碳化硅。

2、专利文献cn111253166a公开了一种含再生料的al2o3-sic-c砖及其制备方法，该方法利用再生颗粒料与刚玉、高铝矾土、碳化硅和石墨等制备al2o3-sic-c砖，其中再生颗粒料中：al2o3≥80.0％，sic≤3.0％，c≤3.0％，sio2≤10.0％，k2o+na2o≤0.5％。最终制备得到的al2o3-sic-c砖抗炉渣侵蚀和抗铁水冲刷性能良好，高温抗折强度高，抗热震稳定性优越。

3、专利文献cn105110790 a公开了一种氧化锆耐火材料及其制备方法，所述氧化锆耐火材料由以下重量百分比原料组成：75-80％的氧化锆原料、2.6-3％的纳米氧化铝、5-6.4％的石墨烯、1-2％的添加剂、1-3％的氧化钛、1-3％的碳化硅、1.5-3％的碳化硼、2-5％的纳米氧化镁以及1-4％的纳米氧化钕；上述原料混合均匀经等离子电弧高温烧成、保温后冷却制得氧化锆耐火材料。该专利产品陶瓷材料领域制品，即高温陶瓷结合耐火材料制品，并不适用于铁水包深脱硫用砖。

4、但上述利用再生颗粒料制备的铁水包砖并不能满足铁水包深脱硫用砖的应用需求，因此需要寻找新的成本低、抗热震性能优良的铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖及其制备方法。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖及其制备方法，以解决现有高档深脱硫(脱硫百分比例大于50％)的铝碳化硅碳砖的原料价格昂贵、热震稳定性较差等技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，由铝碳硅原料、鳞片石墨、复合抗氧化剂和结合剂组成；或者由铝碳硅原料、鳞片石墨、复合抗氧化剂、结合剂和稀土氧化物组成；鳞片石墨与本发明的其他组分一起用于制备铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，可以有效减少铝碳化硅碳砖的氧化程度，提高砖体的热震性能，且力学性能也更好。

4、铝碳硅原料为单一再生刚玉碳化硅复合材料；或者铝碳硅原料为再生刚玉碳化硅复合材料和耐冲刷原料的混合物，耐冲刷原料为高铝矾土、刚玉和碳化硅中的一种或两种及两种以上的混合；稀土氧化物为氧化钪和/或氧化钕。相比其他稀土氧化物，加入氧化钪能够显著降低反应活化能，促进材料晶粒细化，提高其力学性能，以及提高其热震稳定性；氧化钕可与基体形成固溶体，不仅能够有效降低材料的烧结温度，而且能够促进组织晶粒发育，改善其力学性能。

5、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，由如下重量份的各组分组成：高铝矾土10～25重量份，刚玉0～28重量份，碳化硅0～6重量份，再生刚玉碳化硅复合材料28～76重量份，鳞片石墨7～15重量份，复合抗氧化剂2～3重量份，结合剂2～4重量份，稀土氧化物0.5～1.5重量份；稀土氧化物为氧化钪，刚玉为板刚玉、棕刚玉或白刚玉中的一种或两种及两种以上的混合物。

6、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，由如下重量份的各组分组成：高铝矾土10～25重量份，刚玉0～28重量份，碳化硅0～6重量份，再生刚玉碳化硅复合材料28～76重量份，鳞片石墨7～15重量份，复合抗氧化剂2～3重量份，结合剂2～4重量份，稀土氧化物0.5～2重量份；稀土氧化物为氧化钕，刚玉为板刚玉、棕刚玉或白刚玉中的一种或两种及两种以上的混合物。

7、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，由如下重量份的各组分组成：高铝矾土10～25重量份，刚玉0～28重量份，碳化硅0～6重量份，再生刚玉碳化硅复合材料28～76重量份，鳞片石墨7～15重量份，复合抗氧化剂2～3重量份，结合剂2～4重量份，稀土氧化物0.2～3.5重量份；刚玉为板刚玉、棕刚玉或白刚玉中的一种或两种及两种以上的混合物；稀土氧化物为氧化钪与氧化钕的混合物，氧化钪与氧化钕的质量之比为1：(1～4)，若氧化钪与氧化钕的质量比超出该范围过多时，会形成较多低熔物，不仅会影响材料的烧结，而且会降低其力学性能。

8、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，高铝矾土的粒度大于或等于3mm且小于或等于5mm；刚玉的粒度大于或等于1mm且小于3mm；碳化硅的粒度小于或等于1mm；鳞片石墨的粒度小于或等于0.125mm；稀土氧化物的粒度小于或等于0.075mm；复合抗氧化剂的粒度小于或等于0.15mm。

9、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，再生刚玉碳化硅复合材料的颗粒级配如下：粒度大于或等于3mm且小于或等于5mm的再生刚玉碳化硅复合材料3～26重量份，粒度大于或等于1mm且小于3mm的再生刚玉碳化硅复合材料5～27重量份，粒度大于0.15mm且小于或等于1mm的再生刚玉碳化硅复合材料10～20重量份，粒度小于或等于0.15mm的再生刚玉碳化硅复合材料8～16重量份；使用该颗粒级配的再生刚玉碳化硅复合材料代替部分刚玉来制备铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖能够获得较理想的替代效果；不仅不会影响原配方产品的品级，而且还能在加入特定量稀土氧化物的情况下显著提高其抗氧化性能和热震稳定性。

10、碳化硅的颗粒级配如下：粒度大于0.15mm且小于或等于1mm的碳化硅1～3重量份，粒度小于或等于0.15mm的碳化硅1～6重量份。

11、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，高铝矾土中氧化铝的含量大于或等于86wt％；刚玉中氧化铝的含量大于或等于99wt％，且体积密度大于或等于3.5g/cm3；碳化硅中碳化硅的含量大于或等于95wt％；鳞片石墨中碳的含量大于或等于95wt％；结合剂为热固性酚醛树脂(若使用磷酸盐类结合剂作为本发明铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖的结合剂，则其结合强度以及使用性能均会下降)，复合抗氧化剂为金属硅粉和金属铝粉按照(0.5～3)：1的质量之比混合而成；硅粉和铝粉按照该比例混合有利于提高材料的高温抗折强度，且在中温、高温时该复合抗氧化剂均能起抗氧化作用，从而有效提高材料的高温性能；如果硅粉和铝粉超出该范围，比如，若复合抗氧化剂中硅粉比例过低，则中温砖体氧化过快，热震抗剥落性能下降，过高则砖体形成较多低熔相，影响其力学性能，且其成本也会增加；

12、再生刚玉碳化硅复合材料中：氧化铝的含量大于或等于41wt％，碳化硅的含量大于或等于50wt％，二氧化硅的含量小于或等于5wt％，氧化镁的含量小于或等于0.9wt％，氧化钙的含量小于或等于0.5wt％,氧化钠和氧化钾的总含量小于或等于0.6wt％。本发明所用再生刚玉碳化硅复合材料为市场购买，其商品名称为再生刚玉碳化硅复合板，型号规格为gysc1，购回后破碎成所需要的粒度。

13、一种铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖的制备方法，包括如下步骤：

14、步骤a、将粒径大于100目的铝碳硅原料进行混合，得到混合干料a；

15、步骤b、将粒径小于或等于100目的铝碳硅原料、复合抗氧化剂和稀土氧化物进行混合，得到混合干料b；步骤a和步骤b将粒径大于100目的颗粒料和粒径小于或等于100目的粉料分开混料，可以使得颗粒料充分混合后易包裹到结合剂液体酚醛树脂中，粉料更加均匀地分布到混合物料中。

16、步骤c、向混合干料a中加入结合剂混合均匀后，继续依次加入鳞片石墨和混合干料b进行混合，得到混合物料；将鳞片石墨在加入结合剂后再加入可使鳞片石墨充分与颗粒料、结合剂液体酚醛树脂混合更加均匀，减少鳞片石墨成团；若鳞片石墨混合不均匀，会成团氧化形成空洞，降低最终得到的铝碳化硅碳砖的砖体抗氧化性能和力学性能；

17、步骤d、将混合物料倒入模具中进行压制成型，得到坯体；

18、步骤e、将坯体进行干燥烘烤，干燥结束后，即制备得到上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖。

19、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖的制备方法，步骤c中，混合搅拌的时间为15～20min；步骤d中，压制成型时的成型压力为200～550mpa，成型温度为15～40℃，在该成型条件下，混合物料更易成型，且得到的坯体致密性适中，若成型压力过大或过小，或者成型温度过低或过高，会导致混合物料结块或混合物料成型坯体松散；步骤e中，干燥烘烤的温度为180℃，干燥时间为18～24h。本发明这种制备方法在烘干后铝碳化硅碳砖的砖体即可实现树脂硬化，硬化后砖体中本身泥料碳网结合、颗粒间结合强度就可以达到较高程度，不需要高温烧结，即可得到力学性能较理想的深脱硫铁水包砖。

20、上述铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖的制备方法，步骤a中：混合干料a由如下重量份的各组分组成：粒度大于或等于3mm且小于或等于5mm的高铝矾土20重量份、粒度大于或等于1mm且小于3mm的刚玉15重量份、粒度大于或等于3mm且小于或等于5mm的再生刚玉碳化硅复合材料3重量份、粒度大于或等于1mm且小于3mm的再生刚玉碳化硅复合材料13重量份、粒度大于0.15mm且小于或等于1mm的再生刚玉碳化硅复合材料20重量份和粒度大于0.15mm且小于或等于1mm的碳化硅2重量份；

21、步骤b中：混合干料b由如下重量份的各组分组成：粒度小于或等于0.15mm的再生刚玉碳化硅复合材料8.4重量份、粒度小于或等于0.15mm的碳化硅2重量份、粒度小于或等于0.125mm的鳞片石墨12重量份、粒度小于或等于0.15mm的复合抗氧化剂3重量份、粒度小于或等于0.075mm的氧化钪0.8重量份和粒度小于或等于0.075mm的氧化钕0.8重量份；复合抗氧化剂为金属硅粉和金属铝粉按照2：1的质量之比混合而成；

22、步骤c中：结合剂为液体热固性酚醛树脂3.2重量份；鳞片石墨12重量份，且粒径小于或等于0.125mm；混合时间为20min；

23、步骤d中：压制成型时的成型压力为280mpa，成型温度为30℃；步骤e中：干燥时间为24h。

24、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

25、1、本发明中使用的再生刚玉碳化硅复合材料原料价格较低，是一种新型低成本原料，由电熔刚玉和高纯度碳化硅组成，是上游副产品或者用后的高温纯净电熔耐火材料，属于再回收利用，可以替代棕刚玉、板刚玉、碳化硅等用于制备铁水包碳砖。本发明利用再生刚玉碳化硅复合材料制备铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖，可以有效降低综合成本，且原料等级没有下降太多，同时提高了铝碳化硅碳砖的抗氧化性能和热震稳定性能以及回收原料的利用率。本发明可利用再生刚玉碳化硅复合材料大部分或全替代碳化硅原料，大部分或完全替代板刚玉等刚玉骨料，节约了大量的高等级刚玉、高纯度碳化硅等宝贵资源。

26、2、本发明的铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖以高铝矾土、再生刚玉碳化硅复合材料颗粒、部分刚玉为主要原料，再添加鳞片石墨、复合抗氧化剂、氧化钪、氧化钕和结合剂，调节各组分的用量以及原料尤其是再生刚玉碳化硅复合材料颗粒的颗粒级配，通过混练搅拌，使得到的铝碳化硅碳砖的显气孔率较低，其体积密度有所提升，耐压、抗折强度较高，可满足铁水包深脱硫((脱硫百分比例大于50％))用砖的应用需求。

27、3、采用本发明方法制备的铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖其抗氧化性能和热震稳定性能和原来高档次配方相比基本是一个水平线产品，甚至有超出原来配方的抗热震性能的表现。本发明铁水包深脱硫用铝碳化硅碳砖制备方法，可以有效降低配方成本，制备得到的深脱硫铝碳化硅碳砖的抗氧化性能和热震稳定性能比原来的铝碳化硅碳砖均有较大程度地提高。