CN117164340A - 一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、低碳镁碳砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种AlON与Al2O3‑ZrO2复合增韧相、低碳镁碳砖及其制备方法，AlON与Al2O3‑ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：45‑70份轻烧镁粉、10‑50份锆英粉、5‑10份金属铝粉、0.5‑2份氧化钇、5‑10份工业葡萄糖。在低碳镁碳砖的制备原料中加入AlON与Al2O3‑ZrO2复合增韧相，可通过“拉拔”增韧、裂纹偏转等增韧原理提高低碳镁碳砖的抗渣性、抗热震性，并且，该低碳镁碳砖直接加入预合成的AlON与Al2O3‑ZrO2复合增韧相，可避免原位反应生成增韧相产生的体积变化，从而防止低碳镁碳制品开裂。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、低碳镁碳砖及其制备方法。
背景技术
目前，炼钢转炉、电炉、精炼炉、钢包的内衬主要使用的耐火材料是镁碳砖。镁碳砖具有优异的高温力学性能，良好的抗渣侵蚀性和抗热震性。由于高碳镁碳砖在冶炼钢时会造成钢水污染，高端不锈钢冶炼用耐火材料需要严格控制碳含量，其质量百分比一般要求5%以下。但是随着碳含量的降低，低碳镁碳砖在高温服役过程中的抗渣性以及热震稳定性会大幅降低，造成包衬异常侵蚀、剥落，从而导致钢包提前下线拆修。而钢包使用寿命大幅下降一方面会导致吨钢耐火材料消耗增多，二氧化碳排放量增加，污染环境；另一方面钢包频繁下线会导致钢包的烘烤成本（气体介质消耗）、升温成本（电耗）增加，增加了炼钢成本。
公开号为CN113321517A的中国专利文献公开了一种环保的低碳镁碳砖及其制备方法，其配料含有镁基材、碳基材、填和基材和辅助基材，该环保的低碳镁碳砖及其制备方法，以环保煤沥青取代石墨，环保煤沥青的加入，使得镁碳砖中能够产生纤维状AlN和纳米镁铝尖晶石，改性石墨能够有效提高镁碳砖的抗渣性能。但是，该专利的镁碳砖，高温下原料反应原位生成纤维状AlN和纳米镁铝尖晶石会引起镁碳砖体积的变化，严重时会导致低碳镁碳砖制品开裂。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、低碳镁碳砖及其制备方法，在低碳镁碳砖的制备原料中加入AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，可通过“拉拔”增韧、裂纹偏转等增韧原理提高低碳镁碳砖的抗渣性、抗热震性，并且，该低碳镁碳砖直接加入预合成的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，可避免原位反应生成增韧相产生的体积变化，从而防止低碳镁碳制品开裂。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，其制备原料包括以下质量份数的组分：
45-70份轻烧镁粉、10-50份锆英粉、5-10份金属铝粉、0.5-2份氧化钇、5-10份工业葡萄糖。
优选地，轻烧镁粉的粒度为200目；轻烧镁粉中MgO的含量≥95wt％，灼减≤3.0wt％；
锆英粉的粒度为0.1-50μm；锆英粉中ZrO2的含量≥60.0wt％；
金属铝粉的粒度为325目；金属铝粉中Al的含量≥98.0wt％；
氧化钇的粒度为0.1-3μm；氧化钇中Y2O3的含量≥98.0wt％。
本发明的第二方面提供一种上述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法，包括以下步骤：
S1.将所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料与无水乙醇混合，球磨3-9h，得到浆料；
S2.将所述浆料加压成型，然后埋碳加热1-9h，再进行破碎，得到所述AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。
优选地，步骤S1中，球磨时采用氧化锆球磨罐，研磨球为氧化锆材质，球料比为15:1；
步骤S2中，加压成型时的压力为150MPa；埋碳加热时的温度为1400℃。
本发明的第三方面提供一种低碳镁碳砖，其制备原料包括以下质量份数的组分：
70-85份电熔镁砂、10-30份上述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、0.5-1.5份金属硅粉、1-2份石墨、0.5-2份超细石墨、2-3份结合剂。
优选地，电熔镁砂的粒度为0.05-5mm；电熔镁砂的密度≥3.45g/cm3，MgO的含量≥96wt％，灼减≤0.3wt％；
金属硅粉的粒度为325目；金属硅粉中Si的含量≥98.0wt％；
石墨的粒度为80-100目；石墨的固定碳含量≥94.0wt％，水分含量≤0.05wt％；
超细石墨的粒度为800-1000目；超细石墨固定碳含量≥97.0wt％，水分含量≤0.05wt％。
优选地，电熔镁砂包括粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂；
粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂的质量比为7:7-9:5-6。
优选地，所述结合剂为粘度12000~15000Pa·s的热固性酚醛树脂，其中固含量≥80wt%，残碳≥45wt%，水分≤5wt%。
本发明的第四方面提供一种上述的低碳镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
将所述低碳镁碳砖的制备原料混合，得到混合料；将所述混合料压制成型，得到砖坯；将所述砖坯热处理，得到所述低碳镁碳砖。
优选地，具体包括以下步骤：
A1.按照选定质量份数，将电熔镁砂和所述结合剂湿混3-5分钟，然后加入超细石墨混合5-8分钟，再加入金属硅粉和AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相混合20-30分钟，得到混合料；
A2.用压砖机将所述混合料压制成型，得到砖坯；
A3.将所述砖坯于200℃下热处理12h，得到所述低碳镁碳砖。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，埋碳加热条件下，其制备原料中，金属铝粉与氧气、氮气分别发生反应生成Al2O与 AlN，AlN 与Al2O在高温环境中进一步形成纤维状的AlON；同时，锆英石分解形成氧化锆，氧化锆与金属铝粉反应，形成片状的Al2O3-ZrO2，从而形成AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相加入低碳镁碳砖中，由于AlON以及Al2O3-ZrO2本身具备良好的抗渣性能，所以能够提高低碳镁碳砖的抗渣性。并且，在低碳镁碳砖高温服役过程中，一方面纤维状的AlON穿插于镁碳砖的骨料与细粉之间，在基质中通过“拉拔”增韧效应、“桥接”增韧效应等原理，实现其增韧的效果，可提高低碳镁碳砖的抗热震性。另一方面，片状的Al2O3-ZrO2能够使热震裂纹发生偏转，增加裂纹的扩展路径，从而避免基质中热应力的聚集，实现其增韧的效果，亦可提高低碳镁碳砖的抗热震性。
由于锆英石分解生成的氧化锆一部分与金属铝粉反应，形成增韧相，而剩余的一部分氧化锆以化合物的形式存在，复合增韧相加入低碳镁碳砖原料中，剩余的这部分氧化锆在制品高温使用过程中会发生相变，产生体积变化，从而导致制品开裂，本发明的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，制备原料中进一步加入氧化钇，在合成复合增韧相的过程中，氧化钇能够与氧化锆形成固溶体（或者化合物），从而不会在高温使用过程中产生相变，防止制品开裂。
本发明实施例的低碳镁碳砖，制备原料中加入AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，提高了低碳镁碳砖的抗渣性以及抗热震性，从而大幅提高高端不锈钢冶炼用钢包的使用寿命，减少二氧化碳排放的同时也降低了炼钢成本。并且，由于原料制备生成AlON、Al2O3-ZrO2的过程中会发生体积变化，严重时可导致低碳镁碳砖制品的开裂，本发明的低碳镁碳砖，在制备原料中直接加入预合成的纤维状的AlON以及片状的Al2O3-ZrO2复合增韧相，相比于制备原料在高温使用过程中原位生成AlON、Al2O3-ZrO2增韧相，可避免原位反应生成增韧相产生的体积变化，从而防止低碳镁碳制品开裂。
附图说明
图1是本发明实施例1、实施例4中的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的扫描电镜图片；其中，图1中a为实施例1制备得到的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的扫描电镜图片，图1中b为实施例4制备得到的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
高端不锈钢冶炼需要采用低碳镁碳砖，但是随着碳含量的降低，低碳镁碳砖在高温服役过程中的抗渣性以及热震稳定性会大幅降低，造成包衬异常侵蚀、剥落，从而导致钢包提前下线拆修。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，其制备原料包括以下质量份数的组分：
45-70份轻烧镁粉、10-50份锆英粉、5-10份金属铝粉、0.5-2份氧化钇、5-10份工业葡萄糖。
本发明实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，埋碳加热条件下，其制备原料中，金属铝粉与氧气、氮气分别发生反应生成Al2O与 AlN，AlN 与Al2O在高温环境中进一步形成纤维状的AlON；同时，锆英石分解形成氧化锆，氧化锆与金属铝粉反应，形成片状的Al2O3-ZrO2，从而形成AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相加入低碳镁碳砖中，由于AlON以及Al2O3-ZrO2本身具备良好的抗渣性能，所以能够提高低碳镁碳砖的抗渣性。并且，在低碳镁碳砖高温服役过程中，一方面纤维状的AlON穿插于镁碳砖的骨料与细粉之间，在基质中通过“拉拔”增韧效应、“桥接”增韧效应等原理，实现其增韧的效果，可提高低碳镁碳砖的抗热震性。另一方面，片状的Al2O3-ZrO2能够使热震裂纹发生偏转，增加裂纹的扩展路径，从而避免基质中热应力的聚集，实现其增韧的效果，亦可提高低碳镁碳砖的抗热震性。
由于锆英石分解生成的氧化锆一部分与金属铝粉反应，形成增韧相，而剩余的一部分氧化锆以化合物的形式存在；复合增韧相加入低碳镁碳砖原料中，剩余的这部分氧化锆在制品高温使用过程中会发生相变，产生体积变化，从而导致制品开裂。本发明实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，制备原料中进一步加入氧化钇，在合成复合增韧相的过程中，氧化钇能够与氧化锆形成固溶体（或者化合物），从而不会在高温使用过程中产生相变，防止制品开裂。
优选地，AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，其制备原料包括以下质量份数的组分：
45-67份轻烧镁粉、20-40份锆英粉、6-9份金属铝粉、1-1.5份氧化钇、6份工业葡萄糖。
原料中各组分采用上述质量份数时，得到的复合增韧相更多，可对镁碳砖起到更好的增韧作用。并且，氧化钇含量过多时，使Al2O3-ZrO2的生成量减少，降低复合增韧相的增韧效果，氧化钇含量过少时，与氧化锆生成固溶体后有氧化锆剩余，剩余氧化锆仍会在高温使用过程中产生相变，无法有效防止产品开裂。采用上述质量份数时，加入的氧化钇含量适当，可保证增韧相的增韧效果，同时不会存在过多的氧化锆剩余，可更好的防止镁碳砖产品开裂。
在一些实施方式中，优选地，轻烧镁粉的粒度为200目；轻烧镁粉中MgO的含量≥95wt％，灼减≤3.0wt％。
在一些实施方式中，优选地，锆英粉的粒度为0.1-50μm；锆英粉中ZrO2的含量≥60.0wt％。
在一些实施方式中，优选地，金属铝粉的粒度为325目；金属铝粉中Al的含量≥98.0wt％。
在一些实施方式中，优选地，氧化钇的粒度为0.1-3μm；氧化钇中Y2O3的含量≥98.0wt％。
本发明实施例的第二方面提供一种上述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法，包括以下步骤：
S1.将所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料与无水乙醇混合，球磨3-9h，得到浆料；
S2.将所述浆料加压成型，然后埋碳加热1-9h，再进行破碎，得到所述AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。
本发明实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法，通过使用简单的合成方法，在埋碳加热的条件下，可在相对低的温度（＜1600℃）下制备AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。
在一些实施方式中，优选地，步骤S1中，球磨时采用氧化锆球磨罐，研磨球为氧化锆材质。通过球磨的方法混合原料时，会产生损耗，采用氧化锆材质的研磨球不会引入低熔点的杂质。
在一些实施方式中，优选地，步骤S1中，球磨时球料比为13-17:1。球料比指磨内某一仓研磨体得重量和物料重量之比。进一步优选地，球料比为15:1。
在一些实施方式中，优选地，步骤S2中，加压成型时的压力为140-160 MPa，进一步优选地，加压成型时的压力为150MPa。
在一些实施方式中，优选地，步骤S2中，埋碳加热时的温度为1300-1500℃，进一步优选地，埋碳加热时的温度为1400℃。
本发明实施例的第三方面提供一种低碳镁碳砖，其制备原料包括以下质量份数的组分：
70-85份电熔镁砂、10-30份上述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、0.5-1.5份金属硅粉、1-2份石墨、0.5-2份超细石墨、2-3份结合剂。
本发明实施例的低碳镁碳砖，制备原料中加入AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，由于AlON以及Al2O3-ZrO2本身具备良好的抗渣性能，所以能够提高低碳镁碳砖的抗渣性。并且在低碳镁碳砖高温服役过程中，一方面纤维状的AlON穿插于镁碳砖的骨料与细粉之间，在基质中通过“拉拔”增韧效应、“桥接”增韧效应等原理，实现其增韧的效果，可提高低碳镁碳砖的抗热震性；另一方面片状的Al2O3-ZrO2能够使热震裂纹发生偏转，增加裂纹的扩展路径，从而避免基质中热应力的聚集，实现其增韧的效果，可提高低碳镁碳砖的抗热震性。因此，通过添加AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，提高了低碳镁碳砖的抗渣性以及抗热震性，从而大幅提高高端不锈钢冶炼用钢包的使用寿命，减少二氧化碳排放的同时也降低了炼钢成本。并且，由于原料制备生成AlON、Al2O3-ZrO2的过程中会发生体积变化，严重时可导致低碳镁碳砖制品的开裂，本发明的低碳镁碳砖，在制备原料中直接加入预合成的纤维状的AlON以及片状的Al2O3-ZrO2复合增韧相，相比于制备原料在高温使用过程中原位生成AlON、Al2O3-ZrO2增韧相，可避免原位反应生成增韧相产生的体积变化，从而防止低碳镁碳制品开裂。
优选地，低碳镁碳砖的制备原料包括以下质量份数的组分：
75-80份电熔镁砂、15-20份上述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、1-1.5份金属硅粉、1.3-1.7份石墨、1-1.4份超细石墨、2-2.6份结合剂。
低碳镁碳砖的制备原料采用上述质量份数时，抗渣性、抗热震性最好。
在一些实施方式中，优选地，电熔镁砂的粒度为0.05-5mm；电熔镁砂的密度≥3.45g/cm3，MgO的含量≥96wt％，灼减≤0.3wt％。
进一步优选地，电熔镁砂包括粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂；粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂的质量比为7:7-9:5-6；最优选地，粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂的质量比为7:8:4.5。
在一些实施方式中，优选地，金属硅粉的粒度为325目；金属硅粉中Si的含量≥98.0wt％。
在一些实施方式中，优选地，石墨的粒度为80-100目；石墨的固定碳含量≥94.0wt％，水分含量≤0.05wt％。
在一些实施方式中，优选地，超细石墨的粒度为800-1000目；超细石墨固定碳含量≥97.0wt％，水分含量≤0.05wt％。
在一些实施方式中，优选地，所述结合剂为粘度12000~15000Pa·s的热固性酚醛树脂，其中固含量≥80wt%，残碳≥45wt%，水分≤5wt%。
本发明实施例的第四方面提供一种上述的低碳镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
将所述低碳镁碳砖的制备原料混合，得到混合料；将所述混合料压制成型，得到砖坯；将所述砖坯热处理，得到所述低碳镁碳砖。
在一些实施方式中，优选地，低碳镁碳砖的制备方法具体包括以下步骤：
A1.按照选定质量份数，将电熔镁砂和所述结合剂湿混3-5分钟，然后加入超细石墨混合5-8分钟，再加入金属硅粉和AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相混合20-30分钟，得到混合料；
A2.用压砖机将所述混合料压制成型，得到砖坯；
A3.将所述砖坯于200℃下热处理12h，得到所述低碳镁碳砖。
以下各实施例中，轻烧镁粉中MgO的含量≥95wt％，灼减≤3.0wt％；锆英粉中ZrO2的含量≥60.0wt％；金属铝粉中Al的含量≥98.0wt％；氧化钇中Y2O3的含量≥98.0wt％；电熔镁砂的密度≥3.45g/cm3，MgO的含量≥96wt％，灼减≤0.3wt％；金属硅粉中Si的含量≥98.0wt％；石墨的固定碳含量≥94.0wt％，水分含量≤0.05wt％；超细石墨固定碳含量≥97.0wt％，水分含量≤0.05wt％；结合剂为粘度12000~15000Pa·s的热固性酚醛树脂，固含量≥80wt%，残碳≥45wt%，水分≤5wt%。
实施例1
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉67份、粒度为0.1-50μm的锆英粉20份、粒度为325目的金属铝粉6份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1份、工业葡萄糖6份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法，包括以下步骤：
S1.按照上述质量份数将轻烧镁粉、锆英粉、金属铝粉、氧化钇、工业葡萄糖与无水乙醇混合，球磨6h，得到浆料，球磨时采用氧化锆球磨罐，研磨球为氧化锆材质，球料比为15:1；
S2.将浆料于150 MPa下加压成型，然后于1400℃埋碳加热5h，再进行破碎并过800目筛，得到AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本实施例的低碳镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
A1.按照选定质量份数，将电熔镁砂和结合剂湿混5分钟，然后加入超细石墨混合8分钟，再加入金属硅粉和AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相混合25分钟，得到混合料；
A2.用压砖机将混合料压制成型，得到砖坯；
A3.用隧道窑对砖坯进行热处理，窑温达到200℃以后保温12h，再出窑拣选即可得到成品低碳镁碳砖。
实施例2
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉55份、粒度为0.1-50μm的锆英粉29.7份、粒度为325目的金属铝粉8份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.3份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例3
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉50.6份、粒度为0.1-50μm的锆英粉33.5份、粒度为325目的金属铝粉8.5份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.4份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例4
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉45份、粒度为0.1-50μm的锆英粉38.5份、粒度为325目的金属铝粉9份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.5份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例5
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉45份、粒度为0.1-50μm的锆英粉38.5份、粒度为325目的金属铝粉9份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.5份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂27.4份、粒度为3-1mm的电熔镁砂31份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂17份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相20份、粒度为325目的金属硅粉1.5份、100目的石墨1.7份、1000目的超细石墨1.4份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例6
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉45份、粒度为0.1-50μm的锆英粉38.5份、粒度为325目的金属铝粉9份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.5份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂29份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂19份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相15.8份、粒度为325目的金属硅粉1.5份、100目的石墨1.3份、1000目的超细石墨1.4份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例7
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉45份、粒度为0.1-50μm的锆英粉38.5份、粒度为325目的金属铝粉9份、粒度为0.1-3μm的氧化钇1.5份、工业葡萄糖6份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相18.5份、粒度为325目的金属硅粉1份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例8
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉45份、粒度为0.1-50μm的锆英粉44.5份、粒度为325目的金属铝粉5份、粒度为0.1-3μm的氧化钇0.5份、工业葡萄糖5份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂25份、粒度为3-1mm的电熔镁砂30份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂15份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相28份、粒度为325目的金属硅粉0.5份、100目的石墨1份、1000目的超细石墨0.5份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例9
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉70份、粒度为0.1-50μm的锆英粉10份、粒度为325目的金属铝粉10份、粒度为0.1-3μm的氧化钇2份、工业葡萄糖8份。
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂30份、粒度为3-1mm的电熔镁砂35份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂20份、AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相10份、粒度为325目的金属硅粉1份、100目的石墨2份、1000目的超细石墨2份、结合剂2.3份。
本实施例的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法、低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
对比例1
本对比例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、粒度为800目的电熔镁砂18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本对比例的低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
对比例2
本实施例的低碳镁碳砖，制备原料包括以下质量份数的组分：
粒度为200目的轻烧镁粉8.1份、粒度为0.1-50μm的锆英粉6.9份、粒度为325目的金属铝粉1.6份、粒度为0.1-3μm的氧化钇0.3份、工业葡萄糖1.1份、粒度为5-3mm的电熔镁砂28份、粒度为3-1mm的电熔镁砂32份、粒度为1-0.05mm的电熔镁砂18份、粒度为325目的金属硅粉1.3份、100目的石墨1.5份、1000目的超细石墨1.2份、结合剂2.3份。
本对比例的低碳镁碳砖的制备方法，与实施例1相同。
实施例1及实施例4中的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的扫描电镜图片（SEM）分别如图1中a、图1中b所示，其中纤维状形貌的物质为AlON，片状形貌的物质为Al2O3-ZrO2。
各实施例及对比例得到的低碳镁碳砖的抗渣性和抗热震性（抗热震性可体现产品是否容易开裂，产品开裂则强度低，强度保持率低，抗热震性差）如表1所示，其中抗渣性的表征方法为对应的样品分别于1580℃在旋转感应炉中转动3h（钢渣碱度约1.3），测量未渣蚀面积占比；其中热震稳定性表征方法为对应的样品使用风冷的方法在1100℃热震3次后，计算其残余抗折强度保持率。
由下表1的实验数据可以看出，本申请各实施例的低碳镁碳砖与对比例1的镁碳砖相比，对比例1的镁碳砖中无增韧相，而本申请各实施例通过加入AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，均获得了显著提高的抗渣性和抗热震性。对比例2的制备原料在高温下低碳镁碳砖中原位生成AlON与Al2O3-ZrO2增韧相，最终得到的低碳镁碳砖中原位形成的AlON与Al2O3-ZrO2增韧相及镁碳砖的其他原料组成与实施例4相同。由于对比例2原位生成增韧相时经历了原料分解、相变的过程，该过程中产生了较显著的体积变化，体积变化带来的负面效果大于增韧效果，高温下产生了可见裂纹，因此其抗热震性和抗渣性比实施例4和未加入增韧相的对比例1都显著降低。本发明各实施例的低碳镁碳砖，通过加入预合成的纤维状的AlON以及片状的Al2O3-ZrO2复合增韧相，避免了原位反应生成增韧相产生的体积变化，防止了低碳镁碳制品开裂。各实施例中，实施例1-7所采用的各组分的质量份数为优选的取值，实施例1-7的低碳镁碳砖的抗渣性和抗热震性优于实施例8、9。
表1 实施例1-9、对比例1、2低碳镁碳砖的碳含量、抗渣性和抗热震性数据
| 项目 | 碳含量（%） | 抗渣性（未侵蚀面积占比/%） | 抗热震性（抗折强度保持率/%） |
| 实施例1 | 4.3 | 75.3 | 81.3 |
| 实施例2 | 4.3 | 79.8 | 87.6 |
| 实施例3 | 4.3 | 83.9 | 94.3 |
| 实施例4 | 4.3 | 85.6 | 94.5 |
| 实施例5 | 4.8 | 85.9 | 93.9 |
| 实施例6 | 4.2 | 84.2 | 93.1 |
| 实施例7 | 4.1 | 85.8 | 94.8 |
| 实施例8 | 3.3 | 69.2 | 73.1 |
| 实施例9 | 5.4 | 70.1 | 74.6 |
| 对比例1 | 3.7 | 65.7 | 72.2 |
| 对比例2 | 4.3 | 48.2 | 18.7 |
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发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，其特征在于，其制备原料包括以下质量份数的组分：
45-70份轻烧镁粉、10-50份锆英粉、5-10份金属铝粉、0.5-2份氧化钇、5-10份工业葡萄糖。
2.根据权利要求1所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相，其特征在于：
轻烧镁粉的粒度为200目；轻烧镁粉中MgO的含量≥95wt％，灼减≤3.0wt％；
锆英粉的粒度为0.1-50μm；锆英粉中ZrO2的含量≥60.0wt％；
金属铝粉的粒度为325目；金属铝粉中Al的含量≥98.0wt％；
氧化钇的粒度为0.1-3μm；氧化钇中Y2O3的含量≥98.0wt％。
3.一种如权利要求1或2所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相的制备原料与无水乙醇混合，球磨3-9h，得到浆料；
S2.将所述浆料加压成型，然后埋碳加热1-9h，再进行破碎，得到所述AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
步骤S1中，球磨时采用氧化锆球磨罐，研磨球为氧化锆材质，球料比为15:1；
步骤S2中，加压成型时的压力为150MPa；埋碳加热时的温度为1400℃。
5.一种低碳镁碳砖，其特征在于，其制备原料包括以下质量份数的组分：
70-85份电熔镁砂、10-30份如权利要求1或2所述的AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相、0.5-1.5份金属硅粉、1-2份石墨、0.5-2份超细石墨、2-3份结合剂。
6.根据权利要求5所述的低碳镁碳砖，其特征在于：
电熔镁砂的粒度为0.05-5mm；电熔镁砂的密度≥3.45g/cm3，MgO的含量≥96wt％，灼减≤0.3wt％；
金属硅粉的粒度为325目；金属硅粉中Si的含量≥98.0wt％；
石墨的粒度为80-100目；石墨的固定碳含量≥94.0wt％，水分含量≤0.05wt％；
超细石墨的粒度为800-1000目；超细石墨固定碳含量≥97.0wt％，水分含量≤0.05wt％。
7.根据权利要求6所述的低碳镁碳砖，其特征在于：
电熔镁砂包括粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂；
粒度为5-3mm的电熔镁砂、粒度为3-1mm的电熔镁砂和粒度为1-0.05mm的电熔镁砂的质量比为7:7-9:5-6。
8.根据权利要求5所述的低碳镁碳砖，其特征在于：
所述结合剂为粘度12000~15000Pa·s的热固性酚醛树脂，其中固含量≥80wt%，残碳≥45wt%，水分≤5wt%。
9.一种如权利要求5-8中任一项所述的低碳镁碳砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述低碳镁碳砖的制备原料混合，得到混合料；将所述混合料压制成型，得到砖坯；将所述砖坯热处理，得到所述低碳镁碳砖。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A1.按照选定质量份数，将电熔镁砂和所述结合剂湿混3-5分钟，然后加入超细石墨混合5-8分钟，再加入金属硅粉和AlON与Al2O3-ZrO2复合增韧相混合20-30分钟，得到混合料；
A2.用压砖机将所述混合料压制成型，得到砖坯；
A3.将所述砖坯于200℃下热处理12h，得到所述低碳镁碳砖。
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