CN102617171B - 一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。其技术方案是：先以55～65wt%的烧结刚玉颗粒、25～35wt%的氧化铝细粉、2～10wt%的金属铝粉和2～10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2～6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180～220℃条件下烘烤12～24小时；然后以2～5℃/min的升温速率升温至1500～1700℃，保温3～5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。

Description

一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法
技术领域
本发明属于铝镁质透气砖技术领域。具体涉及一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。
背景技术
刚玉-尖晶石耐火材料不仅具有较良好的耐高温性能和抗渣性，且抗K2O和Na2O的硫酸盐侵蚀性强，同时在还原气氛下体积稳定性优良和抗游离CO2、SO2和SO3的侵蚀性好。刚玉与尖晶石具有相近的热膨胀系数，使得材料不会因受热膨胀不同而使材料开裂，广泛应用于钢包内衬。
目前工业上使用的钢包透气砖芯转主要以刚玉-尖晶石质为主，部分加入少量Cr2O3或铬刚玉以提高材料抗渣侵蚀性、渗透性和热震稳定性，采用铝酸钙水泥结合，浇注成型，烘烤后高温烧成制得。但Cr3+的引入会导致材料烧后，Cr3+被氧化成有毒的Cr6+，污染环境。
透气砖在使用过程中长期与钢液接触，工作面与非工作温度相差很大；同时透气砖在工作和间歇之间使工作面产生巨大温差，导致材料的热剥落。因此，热震损毁是透气砖损毁的最主要方式，严重限制着透气砖的使用寿命。
为了提高透气砖的热震稳定性，延长透气砖寿命，国内外技术人员做了大量研究。Hoffmanna.S等(Hoffmanna.S, Norbergb.S.T, Yoshimura.M, Strutctural models for intergrowth structures in the phase system A12O3-TiO2)研究表明，钛酸铝在各个晶轴方向的热膨胀系数不同，冷却过程中易产生晶界裂纹，起到增韧作用，加入到刚玉-尖晶石材料中可改善材料热震稳定性，但钛酸铝不稳定，在900~1350℃下易发生分解而失去作用。贾全利等(贾全利，叶方保，钟香崇．ZrO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响．耐火材料．2009, 43(1) 27~30．)在刚玉-尖晶石材料中引入ZrO2，利用ZrO2相变增韧提高了材料的热震稳定性，但降低了材料的高温强度，同时因ZrO2相变产了一定体积变化。薛文东（薛文东．精炼钢包用供气元件的材质、孔型设计及应用的研究[D]．北京：北京科技大学博士学位论文．2003．）研究了刚玉-氮化硅透气砖，改善了材料性能，但金属硅的引入使得高温下生成SiO2，对材料的抗渣产生不利影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣性侵蚀性强的MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。
为完成上述任务，本发明采用的技术方案是：先以55~65wt%的烧结刚玉颗粒、25~35wt%的氧化铝细粉、2~10wt%的金属铝粉和2~10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180~220℃条件下烘烤12~24小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1500~1700℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
在上述技术方案中：烧结刚玉颗粒的Al2O3含量≥99wt%，烧结刚玉颗粒级配比是：5mm>d≥3mm为16~34wt%，3mm>d≥1mm为33~67wt%，1mm>d为16~34wt%；氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt%，氧化铝细粉的粒径小于0.088mm；电熔镁砂细粉的MgO含量≥96wt%，电熔镁砂细粉的粒径小于0.088mm；金属铝粉的粒径小于0.088mm。
由于采用上述技术方案，本发明将金属铝粉作为添加剂加入到铝镁质耐火材料中，一方面由于其塑性大，通过塑性成型改善了烘后材料韧性及强度；另一方面金属铝粉的表面活性很大，700℃左右熔融，在较低温度下生成液相，形成非氧化物增强相纤维状碳化铝，从而提高了制品的致密度及强度。且碳化铝经高温氮化处理后生成MgAlON，增大了界面张力，使得材料与钢液和渣的润湿角增大，难与材料润湿，使得透气砖在使用后不需要进行烧氧反吹；良好的机械韧性及较低的热膨胀系数显著改善了透气砖的抗热震性，同时具有较大的高温强度，延长了透气砖的使用寿命。此外，本发明还避免了Cr2O3的使用，降低了生产成本，亦避免了Cr6+对水质环境的污染，既有经济效益又有环境效益。
本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖经检测：200℃×18h烘后的体积密度为2.97~3.07g/cm3，常温抗折强度为9.8~11.4MPa，常温耐压强度为68~78MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.91~3.04g/cm3，常温抗折强度为29.2~33.2MPa，常温耐压强度为235~279MPa，热震断裂次数为15~21次，1400℃×0.5h高温抗折强度为17.5~22.3MPa。
因此，本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。
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，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料理化技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：烧结刚玉颗粒的Al2O3含量≥99wt%，烧结刚玉颗粒级配比均为：5mm>d≥3mm为16~34wt%，3mm>d≥1mm为33~67wt%，1mm>d为16~34wt%；氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt%，氧化铝细粉的粒径小于0.088mm；电熔镁砂细粉的MgO含量≥96wt%，电熔镁砂细粉的粒径小于0.088mm；金属铝粉的粒径小于0.088mm。
实施例1
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以62~65wt%的烧结刚玉颗粒、25~28wt%的氧化铝细粉、5~10wt%的金属铝粉和2~6wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2~4wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180~200℃条件下烘烤12~18小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1500~1600℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
本实施例1中所制备的透气砖经检测：200℃×18h烘后的体积密度为3.04~3.07g/cm3，常温抗折强度为10.3~10.6MPa，常温耐压强度为76~78MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.99~3.04g/cm3，常温抗折强度为30.5~31.1MPa，常温耐压强度为275~279Mpa，1100℃保温（水冷）循环16~18次断裂，1400℃×0.5h后高温抗折强度为20.7~22.3MPa。
实施例2  
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以60~62wt%的烧结刚玉颗粒、28~30wt%的氧化铝细粉、4~8wt%的金属铝粉和3~7wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料3~5wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180~200℃条件下烘烤18~24小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1500~1600℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
本实施例2中所制备的透气砖经检测：200℃×18h烘后的体积密度为3.02~3.05g/cm3，常温抗折强度为10.7~11.4MPa，常温耐压强度为71~77MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.97~3.01g/cm3，常温抗折强度为31.6~33.2MPa，常温耐压强度为271~277Mpa，1100℃保温（水冷）循环15~18次断裂，1400℃×0.5h后高温抗折强度为19.2~21.6MPa。
实施例3
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以58~60wt%的烧结刚玉颗粒、30~32wt%的氧化铝细粉、3~7wt%的金属铝粉和4~8wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料4~6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在200~220℃条件下烘烤12~18小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1600~1700℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
本实施例3中所制备的透气砖经检测：200℃×18h烘后的体积密度为3.00~3.02g/cm3，常温抗折强度为10.2~10.7MPa，常温耐压强度为68~73MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.96~3.00g/cm3，常温抗折强度为29.4~31.0MPa，常温耐压强度为255~267Mpa，1100℃保温（水冷）循环19~21次断裂，1400℃×0.5h后高温抗折强度为19.1~20.4MPa。
实施例4  
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以55~58wt%的烧结刚玉颗粒、32~35wt%的氧化铝细粉、2~6wt%的金属铝粉和5~10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料3~4wt的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在200~220℃条件下烘烤18~24小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1600~1700℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
本实施例4中所制备的透气砖经检测：200℃×18h的烘后的体积密度为2.97~3.00g/cm3，常温抗折强度为9.8~10.3MPa，常温耐压强度为67~72MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.91~2.96g/cm3，常温抗折强度为29.2~31.6MPa，常温耐压强度为235~247Mpa，1100℃保温（水冷）循环15~17次断裂，1400℃×0.5h后高温抗折强度为17.5~19.2MPa。
本具体实施方式将金属铝粉作为添加剂加入到铝镁质耐火材料中，一方面由于其塑性大，塑性成型可以改善烘后材料韧性及强度；另一方面金属铝粉的表面活性很大，700℃左右熔融，在较低温度下生成液相，形成非氧化物增强相纤维状碳化铝，从而提高了制品的致密度及强度。而且，高温氮化处理后生成MgAlON，增大了界面张力，使得材料与钢液和渣的润湿角增大，难与材料润湿，使得透气砖在使用后不需要进行烧氧反吹；良好的机械韧性及较低的热膨胀系数显著改善了透气砖的抗热震性，同时具有较大的高温强度，延长了透气砖的使用寿命。此外，本具体实施方式还避免了Cr2O3的使用，降低了生产成本，亦避免了Cr6+对水质环境的污染，既有经济效益又有环境效益。
本具体实施方式所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖经检测：200℃×18h烘后的体积密度为2.97~3.07g/cm3，抗折强度为9.8~11.4 MPa，耐压强度为68~78MPa；1600℃×5h烧后的体积密度为2.91~3.04g/cm3，抗折强度为29.2~33.2MPa，耐压强度为235~279MPa，热震断裂次数为15~21次，高温抗折强度为17.5~22.3MPa。
因此，本具体实施方式具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。

Claims (5)

1.一种MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于先以55~65wt%的烧结刚玉颗粒、25~35wt%的氧化铝细粉、2~10wt%的金属铝粉和2~10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180~220℃条件下烘烤12~24小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1500~1700℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖；
所述烧结刚玉颗粒的Al2O3含量≥99wt%；烧结刚玉颗粒级配比是：5mm>d≥3mm为16~34wt%，3mm>d≥1mm为33~67wt%，1mm>d为16~34wt%。
2.根据权利要求1所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt%，氧化铝细粉的粒径小于0.088mm。
3.根据权利要求1所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的MgO含量≥96wt%，电熔镁砂细粉的粒径小于0.088mm。
4.根据权利要求1所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的粒径小于0.088mm。
5.根据权利要求1~4项中任一项所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖。
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