一种防氧化钢包渣线镁碳砖的制作方法

1.本实用新型涉及渣线镁碳砖技术领域。具体地说是一种防氧化钢包渣线镁碳砖。


背景技术：

2.钢包渣线镁碳砖是以烧结镁砂、电熔镁砂和鳞片石墨为主要原料，用酚醛树脂或沥青作碳质结合剂，并加入添加剂，经混碾、高压成型和固化处理而成的不烧碳复合耐火材料。鳞片石墨具有导热系数高、热膨胀系数低、韧性好，以及对高温熔渣不润湿等优点，在镁碳砖中提供了良好的热震稳定性、优异的抗熔渣渗透及侵蚀等性能，但石墨同时存在易氧化的缺点，而石墨氧化则导致镁碳砖的强度下降，显著影响镁碳砖的使用寿命。
3.镁碳砖在钢包渣线部位使用过程中的氧化主要包括两个方面：一是镁碳砖在服役时与熔渣中的易还原氧化物、钢水中的溶解氧以及空气中的氧气发生氧化反应；这种氧化通过单独或复合添加金属铝、单质硅、碳化硼等抗氧化剂，可显著提高镁碳砖在高温服役过程中的抗氧化能力，该方法已经成为目前较为成熟的技术。二是装入钢水前对钢包衬进行烘烤和预热到1000℃左右过程中，靠近钢包包口的渣线镁碳砖易与空气中的氧气反应，形成20～30mm的氧化脱碳层，低强度脱碳层极易被钢水冲刷掉，从而降低渣线砖的使用寿命。
4.为提高渣线镁碳砖在钢包烘烤过程中的抗氧化能力，已出现了关于表面涂层隔离技术的较多专利，该技术是通过在镁碳砖工作端面喷涂防氧化涂层，期望涂层在钢包烘烤过程中成釉，并附着在镁碳砖表面，从而阻止镁碳砖的氧化。但镁碳砖表面存在一层富石墨层，富石墨层对熔融氧化物釉不润湿，使得防氧化涂层成釉后很难附着在镁碳砖表面；再者，该技术的防氧化涂料完全采用粉体材料，在中温下成釉后，遇到高温易流淌，在高速燃烧气流冲刷下，很容易从镁碳砖表面被吹走。由于以上两个方面因素，使得表面防氧化涂层技术对降低镁碳砖在烘烤过程中的脱碳层厚度效果不明显，因此防氧化涂层技术在镁碳砖上的工业化应用较少。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可显著提高在钢包烘烤过程中具有较强防氧化能力、提高其使用寿命的防氧化钢包渣线镁碳砖，以解决现有渣线镁碳砖的防氧化涂层难以附着在镁碳砖表面以及在烘烤过程中易形成较厚的脱碳层等而导致镁碳砖寿命降低等问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种防氧化钢包渣线镁碳砖，包括工作端和非工作端，所述工作端为镁碳材料层，所述工作端的端部复合有厚度为l1的致密防氧化层；所述渣线镁碳砖为楔形砖，所述非工作端的宽度a大于所述工作端的宽度b。本实用新型通过在镁碳材料层端部复合致密防氧化层可以有效提高渣线镁碳砖在烘烤过程中的抗氧化性能，降低氧化脱碳层的厚度，提高渣线镁碳砖和钢包的使用寿命，从而降低钢包耐火材料的消耗和成本。
8.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述工作端的镁碳材料层的厚度为l2，所述渣
线镁碳砖的有效工作厚度为l，且l＝l1 l2；所述渣线镁碳砖的有效工作厚度l与所述致密防氧化层的厚度l1之比为10:1～50:1。该尺寸厚度的致密防氧化涂层与镁碳材料层结合的较为紧密，结合强度较高，不易受到镁碳砖表面富石墨层的负面影响。
9.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述致密防氧化层与所述工作端镁碳材料层的复合界面为锯齿形或波浪形；所述波浪形界面为正弦波浪形界面；复合界面为锯齿形或波浪形时，可使镁碳材料层和致密防氧化层在成型过程中咬合更紧密，提高两者的结合强度，防止在服役过程中脱落；
10.所述锯齿形界面的齿顶到齿根的距离齿高为h，所述锯齿的两个齿边之间的夹角β为30
‑
60
°
；所述波浪形界面波峰至波谷的高度也为h，且h＝(1/5～1/2)l1。齿高或峰高代表了镁碳材料层和致密防氧化层彼此嵌入的程度，在该尺寸的齿高或峰高下，两种材料层的结合强度达到最好。
11.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述锯齿形界面的锯齿或所述波浪形界面的波峰在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述锯齿的齿间距或相邻两个所述波峰的峰顶间距均为d；所述波浪形界面的波峰或波谷在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述波峰的峰顶间距为d；该尺寸范围的d值下，可使镁碳材料层和致密防氧化层两种材料层结合的最紧密，咬合效果最好。
12.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述致密防氧化层的厚度l1为5～20mm。当致密防氧化层的厚度l1为5～20mm时，既能保证镁碳材料层和致密防氧化层两种材料结合效果最好，又能保证镁碳砖在服役过程中具有较好的抗氧化能力，显著降低烘烤过程中形成的氧化脱碳层的厚度。
13.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述渣线镁碳砖的高度为c，所述渣线镁碳砖的有效工作厚度为l，且l:c＝2～2.5。
14.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述工作端的镁碳材料层的厚度为l2，所述渣线镁碳砖的有效工作厚度为l，且l＝l1 l2；所述渣线镁碳砖的有效工作厚度l与所述致密防氧化层的厚度l1之比为10:1～50:1；
15.所述致密防氧化层与所述工作端镁碳材料层的复合界面为锯齿形或波浪形；所述锯齿形界面的齿高或所述波浪形界面的波峰峰高h＝(1/5～1/2)l1；所述波浪形界面为正弦波浪形界面；
16.所述锯齿形界面的齿顶到齿根的距离齿高为h，所述锯齿的两个齿边之间的夹角β为30
‑
60
°
；所述波浪形界面波峰至波谷的高度也为h，且h＝(1/5～1/2)l1；
17.所述锯齿形界面的锯齿在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述锯齿的齿间距为d；所述波浪形界面的波峰或波谷在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述波峰的峰顶间距为d；
18.所述渣线镁碳砖的高度为c，且l:c＝2～2.5。
19.该尺寸比例下的渣线镁碳砖的致密防氧化层与镁碳材料层咬合效果最好，在服役过程中不易脱落，且在烘烤过程中具有较强的抗氧化性能，能显著降低氧化脱层的厚度，有效提高渣线镁碳砖和钢包的使用寿命。
20.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述非工作端的宽度a为165mm，所述工作端的宽度b为135mm；所述工作端的镁碳材料层的厚度l2为235mm，所述致密防氧化层的厚度l1为
15mm；所述渣线镁碳砖的有效工作厚度l为250mm；
21.所述致密防氧化层与所述工作端镁碳材料层的复合界面为锯齿形；所述锯齿形界面的齿顶到齿根的距离齿高为h为3mm，所述锯齿的两个齿边之间的夹角β为60
°
；
22.所述锯齿形界面的锯齿在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述锯齿的齿间距d为20mm；
23.所述渣线镁碳砖的高度c为100mm。
24.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述非工作端的宽度a为160mm，所述工作端的宽度b为140mm；所述工作端的镁碳材料层的厚度l2为188mm，所述致密防氧化层的厚度l1为12mm；所述渣线镁碳砖的有效工作厚度l为200mm；
25.所述致密防氧化层与所述工作端镁碳材料层的复合界面为正弦波浪形界面；所述波浪形界面的波峰至波谷的高度h为5mm；
26.所述波浪形界面的波峰在所述复合界面上等间距分布，且相邻两个所述波峰的峰顶间距d为32mm；
27.所述渣线镁碳砖的高度c为100mm。
28.上述一种防氧化钢包渣线镁碳砖，所述致密防氧化层为添加了骨料颗粒的致密防氧化层。致密防氧化层中的骨料密堆和交错，可显著提高致密防氧化层的抗高温气流冲刷能力，而粉体材料的占比减少，可以有效降低防氧化材料在成釉后的液相体积占比，有利于阻止防氧化层出现釉层流淌，避免镁碳砖直接暴露在高温空气中，从而阻止镁碳砖的氧化。
29.本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：
30.(1)本实用新型中，致密防氧化层与镁碳材料层界面在镁碳砖成型过程中受控形成，两种材料咬合紧密，显著提高了防氧化材料与镁碳材料的结合强度，解决了镁碳砖表面喷涂防氧化涂层技术中表面富石墨层的负面影响。另外，本实用新型具有较强的抗氧化能力，可有显著降低镁碳砖在烘烤过程中的脱碳层厚度，提高渣线砖和钢包的使用寿命，降低了钢包材料的消耗和成本。
31.(2)本实用新型的致密防氧化层具有较大的厚度，为防氧化层材料设计中添加骨料颗粒提供了可行性，防氧化层材料中骨料的密堆和交错，可显著提高致密防氧化层抗高温气流冲刷能力。同时，防氧化材料中粉体材料的占比减少，也降低了防氧化材料在成釉后液相体积的占比，有利于阻止防氧化层出现釉层流淌，避免镁碳砖直接暴露在高温空气中，从而阻止镁碳砖的氧化。
32.(3)本实用新型通过将渣线镁碳砖的工作端和非工作端、致密防氧化层等各部分的尺寸控制在特定比例，同时调整致密防氧化层与镁碳材料层复合界面的咬合方式等，使得渣线镁碳砖在服役过程中致密防氧化层不易脱落，且保证渣线镁碳砖具有较强的抗氧化能力，提高镁碳砖的使用寿命，降低钢包材料成本。
附图说明
33.图1本实用新型实施例1防氧化钢包渣线镁碳砖的结构示意图；
34.图2本实用新型防氧化钢包渣线镁碳砖俯视图；
35.图3本实用新型实施例2防氧化钢包渣线镁碳砖的结构示意图。
36.图中附图标记表示为：1
‑
工作端；2
‑
非工作端；3
‑
致密防氧化层。
具体实施方式
37.实施例1
38.如图1和图2所示，一种防氧化钢包渣线镁碳砖，包括工作端1和非工作端2，工作端1镁碳材料层的端部复合有厚度为l1的致密防氧化层3；渣线镁碳砖为楔形砖，非工作端2的宽度a大于工作端1的宽度b；
39.非工作端2的宽度a为165mm，工作端1的宽度b为135mm；工作端1的镁碳材料层的厚度l2为235mm，致密防氧化层3的厚度l1为15mm；渣线镁碳砖的有效工作厚度l为250mm；
40.致密防氧化层3与工作端1镁碳材料层的复合界面为锯齿形；锯齿形界面的齿顶到齿根的距离齿高h为3mm，锯齿的两个齿边之间夹角β为60
°
；
41.锯齿形界面的锯齿在复合界面上等间距分布，且相邻两个锯齿的齿间距d为20mm；
42.渣线镁碳砖的高度c为100mm；
43.致密防氧化层3为添加了骨料颗粒的致密防氧化层。
44.本实施例通过在工作端1镁碳材料层的端部复合厚度为15mm的致密防氧化层3，且在镁碳砖成型过程中控制两者复合界面为锯齿呈等间距分布的锯齿形，并控制锯齿形界面的齿顶到齿根的距离齿高h为3mm、锯齿的两个齿边之间的夹角β为60
°
、相邻两个锯齿的齿间距d为20mm，可使渣线镁碳砖的致密防氧化层紧密结合在镁碳材料上，且在服役过程中不易脱落，使镁碳砖具有较强抗氧化能力。另外，由于本实施例致密防氧化层的厚度为15mm，可以实现骨料颗粒的添加，因此，本实施例中的致密防氧化层为添加了骨料颗粒的防氧化层材料，与传统的防氧化层完全为粉体材料不同，这种致密防氧化层中的骨料密堆和交错，可显著提高致密防氧化层的抗高温气流冲刷能力，而粉体材料的占比减少，可以有效降低防氧化材料在成釉后的液相体积占比，有利于阻止防氧化层出现釉层流淌，避免镁碳砖直接暴露在高温空气中，从而阻止镁碳砖的氧化。
45.将本实施例的渣线镁碳砖用于钢包中，经试验，可将镁碳砖在烘烤过程中的脱碳层厚度降至6mm，因此可以延长渣线镁碳砖和钢包的使用寿命，降低钢包材料的消耗和成本。
46.实施例2
47.如图2和图3所示，一种防氧化钢包渣线镁碳砖，包括工作端1和非工作端2，工作端1镁碳材料层的端部复合有厚度为l1的致密防氧化层3；渣线镁碳砖为楔形砖，非工作端2的宽度a大于工作端1的宽度b；
48.非工作端2的宽度a为160mm，工作端1的宽度b为140mm；工作端1的镁碳材料层的厚度l2为188mm，致密防氧化层3的厚度l1为12mm；渣线镁碳砖的有效工作厚度l为200mm；
49.致密防氧化层3与工作端1镁碳材料层的复合界面为正弦波浪形界面；波浪形界面的波峰至波谷的高度h为5mm；
50.波浪形界面的波峰在复合界面上等间距分布，且相邻两个波峰的峰顶间距d为32mm；
51.渣线镁碳砖的高度c为100mm；
52.致密防氧化层3为添加了骨料颗粒的致密防氧化层。
53.本实施例与实施例1的渣线镁碳砖除外形尺寸不同之外，致密防氧化层的厚度及其与镁碳材料形成的复合界面形状也不同：在镁碳砖成型过程中控制两者复合界面为波峰
呈等间距分布的波浪形，且波浪形界面的波峰峰高h为5mm、相邻两个波峰的峰顶间距d为32mm。
54.将本实施例将本实施例的渣线镁碳砖用于钢包中，经试验，可将镁碳砖在烘烤过程中的脱碳层厚度降至8mm，说明采用本实施例的渣线镁碳砖可以延长钢包的使用寿命，降低钢包材料的消耗和成本。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。