專利名稱：鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，具體地說是一種冶金用耐火材料，屬于冶金用耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨等碳素的熔點(diǎn)超過3500°C，氧化鎂的熔點(diǎn)高達(dá)2800°C。兩種材料都是優(yōu)異的耐火材料，而且在高溫下不相熔。復(fù)合鎂砂和碳素得到的鎂碳磚兼有氧化鎂和碳素的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性、抗熔渣滲透性和導(dǎo)熱性，被廣泛用于煉鋼轉(zhuǎn)爐的爐襯、出鋼口，高功率電爐爐襯，以及爐外精煉爐內(nèi)襯、盛鋼桶渣線等部位，是目前最重要的冶金用耐火材料 之一 O鎂碳磚用于高溫工作環(huán)境，其中的碳素在高溫下容易被逐漸氧化成CO或CO2,碳素的氧化是鎂碳磚最主要的損毀因素。為抑制鎂碳磚中碳的氧化，一般都在其中添加抗氧化齊U。常用的抗氧化劑有鋁粉、硅粉、碳化硅和碳化硼粉等。上述抗氧化劑的氧化產(chǎn)物的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于氧化鎂和碳素的熔點(diǎn)，所以添加上述抗氧化劑都不可避免的降低了鎂碳磚的高溫性倉泛。部分使用環(huán)境下,鎂碳磚中的MgO被碳還原而形成的鎂蒸汽能在鎂碳磚的熱面被氧化而沉積成致密的MgO層，該致密層不僅可以防止氣體和熔渣向鎂碳磚內(nèi)部滲透，而且還因封閉CO和Mg氣體的出路而抑制了 MgO與碳之間的反應(yīng)。正是上述作用，使以鎂碳磚作為內(nèi)襯的轉(zhuǎn)爐的爐齡達(dá)到I萬爐以上。理論上金屬鎂是鎂碳磚最適合的抗氧化劑。鎂碳磚中的添加的金屬鎂受熱后蒸發(fā)，產(chǎn)生更多的鎂蒸汽，在鎂碳磚熱面形成MgO致密層的條件更充分。但是金屬鎂活性很高，在常溫下以及在鎂碳磚的生產(chǎn)過程中都容易和氧氣、二氧化碳、水反應(yīng)。金屬鎂反應(yīng)后就不再具備抗氧化劑的作用。金屬鎂的高活性、易燃易爆性也使其難以成為鎂碳磚的抗氧化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，使其抗氧化性、抗熱震性和抗沖擊性得到同步提高。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于配方比例按重量份計(jì)如下鎂砂6(Γ96份，碳素f 25份，鎂鋯合金O. Γ10份，含碳耐火材料用結(jié)合劑
I.5 5份。所述含碳耐火材料用結(jié)合劑為酚醛樹脂液或浙青，或者熱塑性酚醛樹脂結(jié)合劑和固化劑六次甲基四胺的混合物。所述鎂砂是高熔點(diǎn)的耐火材料，是發(fā)明產(chǎn)品的主要成分和骨架。鎂砂以顆粒和細(xì)粉的形式存在。鎂砂的最大粒度不超過25mm,還有一部分是粒徑< O. 2mm的粉體。所述碳素為石墨、炭黑、針狀焦中的一種或數(shù)種。石墨、炭黑以及針狀焦具有很聞的熔點(diǎn)。碳結(jié)構(gòu)都不容易被金屬熔液、熔渣浸潤(rùn)，可以阻止高溫下金屬熔液、熔渣向發(fā)明產(chǎn)品內(nèi)部滲透。碳素也具有熱膨脹率低的特點(diǎn)。發(fā)明產(chǎn)品的熱膨脹率隨碳素比例的提高而降低。所以發(fā)明產(chǎn)品在高溫使用中體積穩(wěn)定性好，內(nèi)部熱應(yīng)力低，抗熱震性強(qiáng)。所述鎂鋯合金呈粉狀或纖維狀。粉狀粒度小于等于O. 25mm。纖維狀的直徑小于等于O. 25mm，長(zhǎng)度為O. 15mnTl5mm ;鎂鋯合金中鋯含量為3°/Γ35%，其余為鎂和不可避免的雜質(zhì)。純的金屬鎂熔點(diǎn)為648. 9°C，沸點(diǎn)為1090°C，燃點(diǎn)為30(T650°C，由于其高活性難以用于發(fā)明產(chǎn)品。鋯的熔點(diǎn)1852±2°C，沸點(diǎn)4377°C，具有驚人的抗腐蝕性能。鋯可以細(xì)化鎂合金的晶粒，提高鎂的抗腐蝕性。鋯也是阻燃鎂合金中的主要添加元素。鎂鋯合金的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬鎂，可以減少金屬在發(fā)明產(chǎn)品的制造過程中和H20、O2等反應(yīng)帶來的消耗。鎂鋯合金的低活性也使發(fā)明產(chǎn)品在制造過程中不容易發(fā)生爆燃事故，安全性更高。鎂鋯合金優(yōu)先于碳素和氧化性物質(zhì)反應(yīng)起到保護(hù)碳素不被氧化的效果。發(fā)明產(chǎn)品內(nèi)部的鎂鋯合金受熱后金屬鎂蒸發(fā)到發(fā)明產(chǎn)品的熱面，和熱面的鎂鋯合金一起和o2、co2、FeO等氧化性物質(zhì)反應(yīng)，生成氧化鎂致密層。氧化鎂致密層的生成有利于提高發(fā)明產(chǎn)品在熱面的致密度，可以提高對(duì)高溫熔渣的抗侵蝕性和抗?jié)B透性。鎂鋯合金中的Zr被氧化后生成 Zr02。氧化鋯是一種高級(jí)耐火材料。氧化鋯有三種晶體形態(tài)單斜、四方、立方晶相。常溫下氧化鋯只以單斜相出現(xiàn)，升溫過程中到1100°C左右轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，這種相變是可逆的。氧化鋯在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的體積收縮，冷卻的時(shí)候又會(huì)轉(zhuǎn)化為單斜相并伴隨較大的體積膨脹。氧化鋯具有的可逆相變導(dǎo)致其在一定的溫度范圍內(nèi)體積隨溫度提高而收縮，隨溫度降低而膨脹。這種和其它物質(zhì)的熱膨脹相反的行為，容易造成含有氧化鋯的制品的在1000°C左右升溫或降溫時(shí)產(chǎn)生裂紋。氧化鋯在由四方相向單斜相轉(zhuǎn)變時(shí)(即馬氏體相變)，伴隨體積和形狀變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中，阻止裂紋擴(kuò)展，從而提高材料韌性，包括應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、裂紋彎曲增韌和微裂紋增韌。氧化鋯的相變也有助于耐火制品整體的熱膨脹率的降低。由于ZrO2的存在發(fā)明產(chǎn)品的抗熱震性、抗斷裂剝落的能力極大的提聞。鎂鋯合金的氧化產(chǎn)物是高熔點(diǎn)的氧化鎂和氧化鋯，不會(huì)明顯降低發(fā)明產(chǎn)品的高溫性能。所述鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料的制備方法，按重量份計(jì)步驟如下
步驟之一常溫混煉成型、低溫烘烤
(1)混料將鎂砂分為鎂砂細(xì)粉和鎂砂顆粒，將鎂砂細(xì)粉和鎂鋯合金一起裝入混合機(jī)中混勻得到預(yù)混合細(xì)粉；將鎂砂顆粒加入混合機(jī)中，加入含碳耐火材料用結(jié)合劑混合；繼續(xù)加入碳素、預(yù)混合細(xì)粉繼續(xù)混合，混勻后得到泥料；
(2)成型將步驟(I)所得泥料稱量，加入模具中用壓力機(jī)加壓成型，得到磚坯；成型后的磚坯放入窯道中加熱烘烤保溫；
(3)包裝步驟(2)所得磚坯冷卻后包裝，即得產(chǎn)品鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料。含碳耐火材料用結(jié)合劑為酚醛樹脂液步驟(3)中成型后的磚坯放入窯道中加熱至 12(T250°C，并烘烤 10 25h ；
步驟之二 加熱混煉，熱態(tài)成型
(O預(yù)備鎂砂分為顆粒和細(xì)粉，將鎂砂細(xì)粉和鎂鋯合金一起裝入預(yù)混合機(jī)中混勻，得到預(yù)混合細(xì)粉；將浙青結(jié)合劑加熱到120°C 250°C，脫水到水分< 1%，并保溫；將顆粒原料加熱。
(2)泥料的制備將被加熱的鎂砂顆粒加入混合機(jī)中，加入步驟(I)中保溫狀態(tài)的浙青溶液、碳素、預(yù)混合細(xì)粉繼續(xù)混合，混合均勻后即得到泥料；
(3)成型將步驟(2)所得泥料稱量，趁熱加入模具中用壓力機(jī)加壓成型，得到磚坯；
(4)烘烤部分產(chǎn)品需要將所得磚坯放入窯道中加熱至30(T45(TC，保溫3 20h；
(5)包裝將步驟(3)、(4)所得磚坯冷卻后包裝，即得產(chǎn)品鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明提供的鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，兼顧了抗氧化性、耐高溫性、抗熔渣滲透性、抗熱震性和易生產(chǎn)性。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例中的含量均為重量百分?jǐn)?shù)。 實(shí)施例I
鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料配比-198石墨10份，針狀焦15份、鎂砂60份，鎂鋯合金10份，熱塑性酚醛樹脂溶液4. 5份，六次甲基四胺O. 5份。其中鎂鋯合金粉中鋯含量為10%，形狀為纖維狀，直徑O. 25mm,長(zhǎng)度15mm。。鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料的制備方法步驟如下
(1)混料將8 0mm粒度的鎂砂中粒度小于O.Imm的細(xì)粉和鎂錯(cuò)合金一起裝入預(yù)混合機(jī)中混勻得到預(yù)混合細(xì)粉；混合機(jī)中加入鎂砂顆粒和六次甲基四胺混合2min，再加入熱塑性酚醛樹脂溶液混合5min，加入針狀焦和石墨繼續(xù)混合15min ;最后加入預(yù)混合細(xì)粉，混合10分鐘后得到泥料；
(2)成型將步驟(I)所得泥料稱量后，加入壓機(jī)的磚模中，加壓成型得到磚坯；得到的磚坯放入窯道中烘烤，最高溫度200°C烘烤10小時(shí)；
(3)包裝步驟(2)所得磚坯冷卻后包裝，即得產(chǎn)品鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料。該產(chǎn)品試樣按GB/T13244檢測(cè)1000°C X3h的抗氧化性，脫碳層平均厚度為
2.5mm。該產(chǎn)品試樣按YB/T376. I檢測(cè)1100°C -水冷的抗熱震性。試樣可以經(jīng)受10次的試驗(yàn)不出現(xiàn)裂紋。該產(chǎn)品用于電爐EBT出鋼口，壽命可達(dá)200次。實(shí)施例2
鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料配比-194石墨3份，N220炭黑I份、鎂砂92. 5份，鎂鋯合金粉2份，熱固性酚醛樹脂溶液I. 5份。其中鎂鋯合金粉中鋯含量為3%，粒度為小于O. 25mm。鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料的制備方法步驟如下
(I)混料將鎂砂中粒度小O. 2mm的細(xì)粉和鎂鋯合金粉一起裝入預(yù)混合機(jī)中混合10分鐘，得到預(yù)混合細(xì)粉；將鎂砂顆粒加入混合機(jī)中，加入酚醛樹脂液混合，加入-194石墨繼續(xù)混合3分鐘，加入N220炭黑混合10分鐘，加入預(yù)混合細(xì)粉混合10分鐘后得到泥料。(2)成型將步驟(I)所得泥料稱量后加入壓機(jī)磚模，加壓成型得到磚坯。(3)烘烤將步驟(2)所得磚坯放入窯道中烘烤，120度保溫20小時(shí)后冷卻、包裝，即得發(fā)明產(chǎn)品。該產(chǎn)品試樣按GB/T13244檢測(cè)1000°C X3h的抗氧化性，脫碳層平均厚度為
2.5mm。該產(chǎn)品試樣按YB/T376. I檢測(cè)1100°C -水冷的抗熱震性。試樣可以經(jīng)受5次的試驗(yàn)不出現(xiàn)裂紋。該產(chǎn)品適用于煉鋼精煉爐、電爐、轉(zhuǎn)爐渣線部位。實(shí)施例3鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料配比N220炭黑I份，鎂砂96份，鎂鋯合金粉O. I份，中溫浙青2. 9份。其中鎂鋯合金中鋯的比例為35%，粒度為彡O. 045mm。鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料的制備方法步驟如下
(1)混料把鎂砂中粒度<O. Imm的鎂砂細(xì)粉和鎂鋯合金加入預(yù)混合機(jī)中，預(yù)先混合均勻，得到預(yù)混料；將中溫浙青加熱液化到130°C，保溫到無水汽冒出，水分含量< 1%。將粒度為6-0. Imm的鎂砂加熱到200°C，然后送入混合機(jī)中混合，混合Imin后倒入浙青熔液混合2min,加入炭黑攪拌2min,再加入預(yù)混料細(xì)粉混合15分鐘,混合結(jié)束后把泥料放入保溫桶中；
(2)成型將步驟(I)所得泥料稱量后加入1000噸摩擦壓力機(jī)磚模中加壓成型，得到磚坯；將所得的磚坯放入窯道中加熱到320°C ±10°C，保溫5小時(shí)；
(3)包裝步驟(2)所得磚坯出窯包裝，即得產(chǎn)品鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料。該產(chǎn)品試樣按GB/T13244檢測(cè)1000°C X3h的抗氧化性，脫碳層平均厚度為
3.5mm。該產(chǎn)品試樣按YB/T376. I檢測(cè)1100°C -水冷的抗熱震性。試樣可以經(jīng)受4次的試驗(yàn)不出現(xiàn)裂紋。該產(chǎn)品用于RH爐下部槽處，可以替代有毒的鎂鉻磚?！?br> 權(quán)利要求
1.一種鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于配方比例按重量份計(jì)如下鎂砂6(Γ96份，碳素Γ25份，鎂鋯合金O. Γ10份，含碳耐火材料用結(jié)合劑I. 5飛份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述鎂鋯合金呈粉狀或纖維狀，粉狀粒度小于等于O. 25mm,纖維狀尺寸為直徑小于等于O. 25mm,長(zhǎng)度為O. 15mnTl5mm ；鎂鋯合金中鋯含量為3°/Γ35%，其余為鎂和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述碳素為石墨、炭黑、針狀焦中的一種或數(shù)種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述含碳耐火材料用結(jié)合劑為酚醛樹脂液或浙青，或者熱塑性酚醛樹脂結(jié)合劑和固化劑六次甲基四胺的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，其特征在于所述鎂砂分為鎂砂細(xì)粉和鎂砂顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，具體地說是一種冶金用耐火材料，屬于冶金用耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。將鎂砂和鎂鋯合金、碳素、結(jié)合劑混勻后得到泥料；泥料加壓成型烘烤包裝后，即得產(chǎn)品鎂碳鋯耐火材料。采用本發(fā)明提供的鎂碳鋯質(zhì)復(fù)合材料，兼顧了抗氧化性、耐高溫性、抗熔渣滲透性、抗熱震性和易生產(chǎn)性。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102910918SQ20121040012
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月20日
發(fā)明者俞曉東, 張雪松 申請(qǐng)人:江蘇蘇嘉集團(tuán)新材料有限公司