專利名稱：一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁鎂質(zhì)透氣磚技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法
背景技術(shù)：
剛玉-尖晶石耐火材料不僅具有較良好的耐高溫性能和抗渣性，且抗K2O和Na2O的硫酸鹽侵蝕性強(qiáng)，同時(shí)在還原氣氛下體積穩(wěn)定性優(yōu)良和抗游離co2、SO2和SO3的侵蝕性好。剛玉與尖晶石具有相近的熱膨脹系數(shù)，使得材料不會(huì)因受熱膨脹不同而使材料開(kāi)裂，廣泛應(yīng)用于鋼包內(nèi)襯。目前工業(yè)上使用的鋼包透氣磚芯轉(zhuǎn)主要以剛玉-尖晶石質(zhì)為主，部分加入少量Cr2O3或鉻剛玉以提高材料抗渣侵蝕性、滲透性和熱震穩(wěn)定性，采用鋁酸鈣水泥結(jié)合，澆注成型，烘烤后高溫?zé)芍频谩５獵r3+的引入會(huì)導(dǎo)致材料燒后，Cr3+被氧化成有毒的Cr6+，污染環(huán)境。透氣磚在使用過(guò)程中長(zhǎng)期與鋼液接觸，工作面與非工作溫度相差很大；同時(shí)透氣磚在工作和間歇之間使工作面產(chǎn)生巨大溫差，導(dǎo)致材料的熱剝落。因此，熱震損毀是透氣磚損毀的最主要方式，嚴(yán)重限制著透氣磚的使用壽命。為了提高透氣磚的熱震穩(wěn)定性，延長(zhǎng)透氣磚壽命，國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員做了大量研究。Hoffmanna. S 等(Hoffmanna. S, Norbergb. S. T, Yoshimura. M, Strutctural models forintergrowth structures in the phase system Al2O3-TiO2)研究表明，欽酸招在各個(gè)晶軸方向的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻過(guò)程中易產(chǎn)生晶界裂紋，起到增韌作用，加入到剛玉-尖晶石材料中可改善材料熱震穩(wěn)定性，但鈦酸鋁不穩(wěn)定，在90(Tl35(rC下易發(fā)生分解而失去作用。賈全利等(賈全利，葉方保，鐘香崇.ZrO2加入量對(duì)剛玉-尖晶石澆注料性能的影響.耐火材料.2009，43(1) 27 30.)在剛玉-尖晶石材料中引入ZrO2，利用ZrO2相變?cè)鲰g提高了材料的熱震穩(wěn)定性，但降低了材料的高溫強(qiáng)度，同時(shí)因ZrO2相變產(chǎn)了一定體積變化。薛文東(薛文東.精煉鋼包用供氣元件的材質(zhì)、孔型設(shè)計(jì)及應(yīng)用的研究[D].北京北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文.2003.)研究了剛玉-氮化硅透氣磚，改善了材料性能，但金屬硅的引入使得高溫下生成SiO2，對(duì)材料的抗渣產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，任務(wù)是提供一種致密度高、高溫強(qiáng)度較大、抗熱震性好、不被鋼水潤(rùn)濕和抗渣性侵蝕性強(qiáng)的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。為完成上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先以55飛5wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、25 35wt%的氧化鋁細(xì)粉、2 10wt%的金屬鋁粉和2 10wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料2飛wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在18(T220°C條件下烘烤12 24小時(shí)；然后以2 5°C /min的升溫速率升溫至150(Tl70(TC，保溫3 5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。
在上述技術(shù)方案中燒結(jié)剛玉顆粒的Al2O3含量彡99wt%，燒結(jié)剛玉顆粒級(jí)配比是5mm>d ^ 3mm 為 16 34wt%, 3mm>d ^ Imm 為 33 67wt%, lmm>d 為 16 34wt% ;氧化招細(xì)粉的 Al2O3含量> 98wt%,氧化鋁細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm ；電熔鎂砂細(xì)粉的MgO含量> 96wt%,電熔鎂砂細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm ;金屬招粉的粒徑小于0. 088mm。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明將金屬鋁粉作為添加劑加入到鋁鎂質(zhì)耐火材料中，一方面由于其塑性大，通過(guò)塑性成型改善了烘后材料韌性及強(qiáng)度；另一方面金屬鋁粉的表面活性很大，70(TC左右熔融，在較低溫度下生成液相，形成非氧化物增強(qiáng)相纖維狀碳化招，從而提高了制品的致密度及強(qiáng)度。且碳化鋁經(jīng)高溫氮化處理后生成MgAlON，增大了界面張力，使得材料與鋼液和渣的潤(rùn)濕角增大，難與材料潤(rùn)濕，使得透氣磚在使用后不需要進(jìn)行燒氧反吹；良好的機(jī)械韌性及較低的熱膨脹系數(shù)顯著改善了透氣磚的抗熱震性，同時(shí)具有較大的高溫強(qiáng)度，延長(zhǎng)了透氣磚的使用壽命。此外，本發(fā)明還避免了 Cr2O3的使用，降低了生產(chǎn)成本，亦避免了 Cr6+對(duì)水質(zhì)環(huán)境的污染，既有經(jīng)濟(jì)效益又有環(huán)境效益。本發(fā)明所制備的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚經(jīng)檢測(cè)200°C X 18h烘后的體積密度為2. 97 3. 07g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為9. 8 11. 4MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為68 78MPa ； 1600°C X5h燒后的體積密度為2. 3. 04g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為29. 2^33. 2MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為235 279MPa，熱震斷裂次數(shù)為15 21次，1400°C X0. 5h高溫抗折強(qiáng)度為17. 5 22. 3MPa。因此，本發(fā)明所制備的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚具有致密度高、高溫強(qiáng)度較大、抗熱震性好、不被鋼水潤(rùn)濕和抗渣侵蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制 為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及的原料理化技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例
中不再贅述燒結(jié)剛玉顆粒的Al2O3含量彡99wt%,燒結(jié)剛玉顆粒級(jí)配比均為5mm>d彡3mm為 16 34wt%, 3mm>d ^ Imm 為 33 67wt%, lmm>d 為 16 34wt% ;氧化招細(xì)粉的 Al2O3 含量^ 98wt%,氧化鋁細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm ；電熔鎂砂細(xì)粉的MgO含量> 96wt%,電熔鎂砂細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm ;金屬招粉的粒徑小于0. 088mm。實(shí)施例I
一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。先以62飛5wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、25 28wt%的氧化鋁細(xì)粉、5 10wt%的金屬鋁粉和2 6wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料2 4wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在18(T20(TC條件下烘烤12 18小時(shí)；然后以2 5°C /min的升溫速率升溫至150(Tl60(TC，保溫3飛小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。本實(shí)施例I中所制備的透氣磚經(jīng)檢測(cè)200 V X 18h烘后的體積密度為3. 04 3. 07g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為10. 3 10. 6MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為76 78MPa ； 1600°C X5h燒后的體積密度為2. 99 3. 04g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為30. 5 31. IMPa，常溫耐壓強(qiáng)度為275 279Mpa，1100°C保溫(水冷)循環(huán)16 18次斷裂，1400°C X 0. 5h后高溫抗折強(qiáng)度為20. 7 22. 3MPa。
實(shí)施例2
一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。先以6(T62wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、28^30wt%的氧化鋁細(xì)粉、4 8Wt%的金屬鋁粉和3 7wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料:T5wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在18(T20(TC條件下烘烤If 24小時(shí)；然后以2^50C /min的升溫速率升溫至150(Tl60(TC，保溫:T5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。本實(shí)施例2中所制備的透氣磚經(jīng)檢測(cè)200 V X 18h烘后的體積密度為
3.02 3. 05g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為10. 7 11. 4MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為71 77MPa ； 1600 °C X5h燒后的體積密度為2. 97^3. 01g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為31. 6^33. 2MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為271 277Mpa，1100°C保溫(水冷)循環(huán)15 18次斷裂，1400°C X 0. 5h后高溫抗折強(qiáng)度為19. 2 21. 6MPa。
實(shí)施例3
一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。先以58飛0wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、30^32wt%的氧化鋁細(xì)粉、3 7wt%的金屬鋁粉和4 8wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料4 6wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在20(T22(TC條件下烘烤12 18小時(shí)；然后以2^50C /min的升溫速率升溫至160(Tl70(TC，保溫:T5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。本實(shí)施例3中所制備的透氣磚經(jīng)檢測(cè)200 V X 18h烘后的體積密度為
3.00 3. 02g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為10. 2 10. 7MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為68 73MPa ； 1600°C X5h燒后的體積密度為2. 96^3. 00g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為29. 4^31. OMPa,常溫耐壓強(qiáng)度為255 267Mpa，1100°C保溫(水冷)循環(huán)19 21次斷裂，1400°C X 0. 5h后高溫抗折強(qiáng)度為19. I 20. 4MPa。實(shí)施例4
一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。先以55飛8wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、32 35wt%的氧化鋁細(xì)粉、2 6wt%的金屬鋁粉和5 10wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料3 4wt的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在20(T220°C條件下烘烤18 24小時(shí)；然后以2^50C /min的升溫速率升溫至160(Tl70(TC，保溫:T5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。本實(shí)施例4中所制備的透氣磚經(jīng)檢測(cè)200 °C X18h的烘后的體積密度為
2.97 3. 00g/cm3，常溫抗折強(qiáng)度為9. 8 10. 3MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為67 72MPa ； 1600°C X5h燒后的體積密度為2. 9 f 2. 96g/cm3,常溫抗折強(qiáng)度為29. 2^31. 6MPa，常溫耐壓強(qiáng)度為235 247Mpa，1100°C保溫(水冷)循環(huán)15 17次斷裂，1400°C X 0. 5h后高溫抗折強(qiáng)度為17. 5 19. 2MPa。
本具體實(shí)施方式
將金屬鋁粉作為添加劑加入到鋁鎂質(zhì)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韌性及強(qiáng)度；另一方面金屬鋁粉的表面活性很大，700°C左右熔融，在較低溫度下生成液相，形成非氧化物增強(qiáng)相纖維狀碳化鋁，從而提高了制品的致密度及強(qiáng)度。而且，高溫氮化處理后生成MgAlON，增大了界面張力，使得材料與鋼液和渣的潤(rùn)濕角增大，難與材料潤(rùn)濕，使得透氣磚在使用后不需要進(jìn)行燒氧反吹；良好的機(jī)械韌性及較低的熱膨脹系數(shù)顯著改善了透氣磚的抗熱震性，同時(shí)具有較大的高溫強(qiáng)度，延長(zhǎng)了透氣磚的使用壽命。此外，本具體實(shí)施方式
還避免了 Cr2O3的使用，降低了生產(chǎn)成本，亦避免了Cr6+對(duì)水質(zhì)環(huán)境的 污染，既有經(jīng)濟(jì)效益又有環(huán)境效益。本具體實(shí)施方式
所制備的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚經(jīng)檢測(cè)200°C X 18h烘后的體積密度為2.97 3.07g/cm3，抗折強(qiáng)度為9. 8 11. 4 MPa,耐壓強(qiáng)度為68 78MPa ；1600°C X5h燒后的體積密度為2. 9f3. 04g/cm3，抗折強(qiáng)度為29. 2^33. 2MPa，耐壓強(qiáng)度為235 279MPa，熱震斷裂次數(shù)為15 21次，高溫抗折強(qiáng)度為17. 5 22. 3MPa。因此，本具體實(shí)施方式
具有致密度高、高溫強(qiáng)度較大、抗熱震性好、不被鋼水潤(rùn)濕和抗渣侵蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法，其特征在于先以55飛5wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、25 35wt%的氧化鋁細(xì)粉、2 10wt%的金屬鋁粉和2 10wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，夕卜加所述原料2飛wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在18(T220°C條件下烘烤12 24小時(shí)；然后以2 5°C /min的升溫速率升溫至150(Tl70(TC，保溫3 5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)剛玉顆粒的Al2O3含量彡99wt% ;燒結(jié)剛玉顆粒級(jí)配比是5mm>d彡3mm為16 34wt%,3mm>d ^ Imm 為 33 67wt%, 1mm>d 為 16 34wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法，其特征在于所述氧化鋁細(xì)粉的Al2O3含量彡98wt%，氧化鋁細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法，其特征在于所述電熔鎂砂細(xì)粉的MgO含量> 96wt%，電熔鎂砂細(xì)粉的粒徑小于0. 088mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法，其特征在于所述金屬鋁粉的粒徑小于0. 088mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求f5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚的制備方法所制備的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚及其制備方法。其技術(shù)方案是先以55~65wt%的燒結(jié)剛玉顆粒、25~35wt%的氧化鋁細(xì)粉、2~10wt%的金屬鋁粉和2~10wt%的電熔鎂砂細(xì)粉為原料，外加所述原料2~6wt%的酚醛樹(shù)脂，混碾攪拌，機(jī)壓成型，在180~220℃條件下烘烤12~24小時(shí)；然后以2~5℃/min的升溫速率升溫至1500~1700℃，保溫3~5小時(shí)，制得MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚。本發(fā)明所制備的MgAlON結(jié)合鋁鎂質(zhì)透氣磚具有致密度高、高溫強(qiáng)度較大、抗熱震性好、不被鋼水潤(rùn)濕和抗渣侵蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/58GK102617171SQ20121010002
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者張美杰, 施德坤, 羅志安, 陽(yáng)燦, 顧華志, 黃奧 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)