CN100560538C - 一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法。所采用的技术方案是：先将10～30wt%的电熔镁锆合成料、60～85wt%的镁砂、3～8wt%的鳞片石墨、1～5wt%的抗氧化剂混合，再外加2～5wt%的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。其中：电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为85～95wt%、ZrO2为3～10wt%、SiO2为1～3wt%、CaO为0.3～1.5wt%、Al2O3为0.1～1wt%、Fe2O3为0.05～1wt%、IL为0.35～0.50wt%；电熔镁锆合成料的颗粒级配是，1～0.088mm为总体混合料的5～15wt%、0.088～0mm为总体混合料的5～15wt%。本发明所制备的含ZrO2镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度高的特点。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法。
背景技术
在当今社会，人们对环境要求越来越高，家电、汽车等高科技产业的发展要求洁净钢、超低碳钢品质越高的情况下，使普通镁碳耐火材料由于含碳量高而在使用时面临三大难点：一是耐火材料导热率高，导致钢水温度下降过快、热能损失过大和炉体容易受热变形，制约二次精炼工艺发展；二是产生大量CO和CO2气体，加剧温室效应；三是炉衬对钢水的污染特别是增碳现象严重。为解决这些问题，就必然要求镁碳砖中的碳含量降下来，由此提出了低碳镁碳砖的概念，它一般是指总含碳量不超过10％的由镁砂与石墨通过有机结合剂结合而成的一类材料。
对于低碳镁碳耐火材料来说，其优良的性能主要在于碳含量，降低碳含量，势必造成材料的某些性能的下降：一方面，材料的热导率下降，弹性模量增大，从而使材料的抗热震性变差；另一方面，碳含量降低后，使熔渣与材料的润湿性增强，材料的抗渗透性变差。
为解决镁碳材料碳含量降低所带来的问题，国内外科技人员做了大量的研究工作，研究结果表明：在镁碳砖中添加单斜氧化锆或锆英石所制得的MgO-ZrO2-C材料，高温抗折强度随着单斜氧化锆、锆英石加入量的增加而降低(程本军等，MgO-ZrO2-C材料的性能和显微结构，耐火材料，2004，38(5)：312～315)；以电熔镁砂、电熔自刚玉、烧结尖晶石和石墨等原料所制得的MgO-MA-C材料，抗氧化性随着尖晶石细粉的加入逐渐变强，但当加入量超过10％，增大尖晶石的粒度时，材料的抗氧化性又逐渐变差(郭红丽等，尖晶石对不烧MgO-MA-C及Al2O3-MA-C质耐火材料抗氧化性的影响，耐火材料，2004，38(6)：393～395)；添加高铝矾土所制得的镁铝碳材料，随着Al2O3含量的增加，材料的体积密度、高温抗折强度呈下降趋势(刘民生等，影响镁铝碳制品高温性能的因素，耐火材料，2002，36(3)：148～150)；“镁钙碳中间包干性工作衬料”(CN200510059787.X)采用电熔镁砂、镁钙砂、石墨等为原料制得的中间包工作衬料，虽具有较好的抗剥落性和抗侵蚀性，但存在着镁钙砂易于水花，产品不能长时间在空气中放置的缺陷。
用以上方法制备镁碳材料，只能部分地改善材料的性能，而不能全方面的提高材料的其它性能，材料的应用范围狭窄，工业化生产程度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度高的含ZrO2镁碳砖及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将10～30wt％的电熔镁锆合成料、60～85wt％的镁砂、3～8wt％的鳞片石墨、1～5wt％的抗氧化剂混合，再外加2～5wt％的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。
其中：电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为85～95wt％、ZrO2为3～10wt％、SiO2为1～3wt％、CaO为0.3～1.5wt％、Al2O3为0.1～1wt％、Fe2O3为0.05～1wt％、IL为0.35～0.50wt％；镁砂的颗粒级配是，3～0.088mm为总体混合料的40～50wt％、0.088～0mm为总体混合料的20～35wt％；电熔镁锆合成料的颗粒级配是，1～0.088mm为总体混合料的5～15wt％，0.088～0mm为总体混合料的5～15wt％；抗氧化剂为Al粉、Mg粉、Si粉、B4C粉、CaB6粉中的一种或一种以上；成型为等静压成型，成型压力为150～300MPa。
由于采用上述技术方案，本发明利用电熔镁锆合成料体积密度大、显微结构均匀、强度高、热膨胀系数小、抗化学侵蚀和抗热震性良好的特性，以及ZrO2的相变诱发微裂纹增韧作用，故所制备的含ZrO2镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度高的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述：
实施例1一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法：先将10～20wt％的电熔镁锆合成料、75～85wt％的镁砂、3～5wt％的鳞片石墨、1～3.5wt％的Al粉和B4C粉混合，再外加2～3wt％的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。
其中：电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为87～90wt％、ZrO2为7～10wt％、SiO2为1～2wt％、CaO为0.3～1wt％、Al2O3为0.1～0.4wt％、Fe2O3为0.05～0.1wt％、IL为0.45～0.50wt％，镁砂的颗粒级配是，3～0.088mm为总体混合料的45～50wt％、0.088～0mm为总体混合料的30～35wt％；电熔镁锆合成料是，1～0.088mm为总体混合料的5～10wt％、0.088～0mm为总体混合料的5～10wt％；鳞片石墨为总体混合料的3～5wt％；成型为等静压成型，成型压力为200～250MPa。
本实施例所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.03g/cm3，烧成后主要物理性能为：体积密度3.02g/cm3、显气孔率9.7％、耐压强度47.4MPa、线变化率0.72～1.21％、氧化层厚度7.1mm、热膨胀率1.27％(1300℃)。
实施例2一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法：先将20～25wt％的电熔镁锆合成料、65～70wt％的镁砂、5～7wt％的鳞片石墨、2～4wt％的Al粉、B4C粉和CaB6粉混合，外加3～4wt％的酚醛树脂作结合剂，再进行混练、成型、干燥。
其中：电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为89～92wt％、ZrO2为6～9wt％、SiO2为1～1.5wt％、CaO为0.7～1.2wt％、Al2O3为0.2～0.6wt％、Fe2O3为0.05～0.09wt％、IL为0.40～0.45wt％，镁砂的颗粒级配是，3～0.088mm为总体混合料的40～43wt％、0.088～0mm为总体混合料的25～27wt％；电熔镁锆合成料是，1～0.088mm为总体混合料的10～12wt％、0.088～0mm为总体混合料的10～13wt％；鳞片石墨为总体混合料的5～7wt％；成型压力为150～250MPa。
本实施例2所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.04g/cm3，烧成后主要物理性能为：体积密度3.05g/cm3、显气孔率9％、耐压强度55MPa、线变化率0.62～0..91％、氧化层厚度5.8mm，热膨胀率1.23％(1300℃)。
实施例3一种含ZrO2镁碳砖及其制备方法：先将25～30wt％的电熔镁锆合成料、60～65wt％的镁砂、6～8wt％的鳞片石墨、3～5wt％的Al粉、Mg粉、B4C粉和CaB6粉混合，外加4～5wt％的酚醛树脂作结合剂，再进行混练、成型、干燥。
其中：电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为91～95wt％、ZrO2为3～7wt％、SiO2为1～1.2wt％、CaO为0.5～1wt％、Al2O3为0.3～1wt％、Fe2O3为0.1～0.5wt％、IL为0.35～0.40wt％，镁砂的颗粒级配是，3～0.088mm为总体混合料的33～35wt％、0.088～0mm为总体混合料的27～30wt％；电熔镁锆合成料是，1～0.088mm为总体混合料的20～23wt％、0.088～0mm为总体混合料的5～7wt％；鳞片石墨为总体混合料的6～8wt％；成型压力为200～250MPa。
本实施例1所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.06g/cm3，烧成后主要物理性能为：体积密度3.06g/cm3、显气孔率7.7％、耐压强度64MPa、线变化率0.3～0.34％、氧化层厚度4.7mm、热膨胀率1.18％(1300℃)。
本具体实施方式利用电熔镁锆合成料体积密度大、显微结构均匀、强度高、热膨胀系数小、抗化学侵蚀和抗热震性良好的特性，以及ZrO2的相变诱发微裂纹增韧作用，故所制备的含ZrO2镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度高的特点。
Claims (5)
1、一种含ZrO2镁碳砖的制备方法，其特征在于先将10～30wt％的电熔镁锆合成料、60～85wt％的镁砂、3～8wt％的鳞片石墨、1～5wt％的抗氧化剂混合，再外加2～5wt％的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥；
电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为85～95wt％、ZrO2为3～10wt％、SiO2为1～3wt％、CaO为0.3～1.5wt％、Al2O3为0.1～1wt％、Fe2O3为0.05～1wt％、IL为0.35～0.50wt％。
2、根据权利要求1所述的含ZrO2镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的电熔镁锆合成料的颗粒级配是，1～0.088mm为总体混合料的5～15wt％，0.088～0mm为总体混合料的5～15wt％；镁砂的颗粒级配是，3～0.088mm为总体混合料的40～50wt％、0.088～0mm为总体混合料的20～35wt％。
3、根据权利要求1所述的含ZrO2镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的抗氧化剂为Al粉、Mg粉、Si粉、B4C粉、CaB6粉中的一种或一种以上。
4、根据权利要求1所述的含ZrO2镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的成型为等静压成型，成型压力为150～300MPa。
5、根据权利要求1～4项中任一项所述的含ZrO2镁碳砖的制备方法所制备的含ZrO2镁碳砖。
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