一種高溫下陶瓷結(jié)合的低碳鎂鋁碳磚及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫下陶瓷結(jié)合的低碳鎂鋁碳磚及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類生活水平的不斷提高，對傳統(tǒng)不銹鋼的品質(zhì)提出了更高的要求。眾所周 知，碳元素是不銹鋼中最有害的雜質(zhì)元素之一，在鋼水精煉過程中要求其含量盡可能低，如 高純鐵素體等不銹鋼要求其中的碳元素含量一般在80ppm以下，有時甚至要求在50ppm以 下。
[0003] 傳統(tǒng)不銹鋼冶煉過程中所用的電爐母液包、精煉鋼包等包底、熔池部位廣泛使用C 含量大于10%的含碳耐火材料，如鎂鋁碳磚、鎂鈣碳磚、鎂碳磚等。由于該部位所用耐火材 料具有較高的碳含量，在鋼水精煉過程中，耐火材料中的碳會向鋼水中發(fā)生溶解，從而會對 鋼水產(chǎn)生增碳的問題，參見文獻(xiàn)[李楠.鋼與耐火材料的作用及耐火材料的選擇[J].耐火材 料，2006，40:19-22]。因此，為了滿足高檔不銹鋼的冶煉生產(chǎn)，冶煉過程中的各種母液包、精 煉鋼包等重要容器逐漸開始采用低碳含量耐火材料。
[0004] 當(dāng)含碳耐火材料中的碳含量降低后，材料的抗熱震穩(wěn)定性能會大幅度降低，嚴(yán)重 影響了材料的使用壽命。因此，為了改善因碳含量降低后帶來的熱震性問題，國內(nèi)外研究者 廣泛采用微納米結(jié)構(gòu)碳源來取代傳統(tǒng)鱗片石墨，來制備低碳碳復(fù)合耐火材料，具體列舉如 下：
[0005] 如公開號為CN 101475382A的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了一種低碳鎂碳磚的制作方 法，該方法主要采用粒度為l〇-l〇〇nm的微納米級鱗片石墨來制備低碳鎂碳磚，改善材料的 熱震性能和抗渣侵蝕性能。但該方法采用納米級鱗片石墨生產(chǎn)成本高，制作困難，同時存在 著反應(yīng)活性大、容易出現(xiàn)氧化等問題。
[0006] 如公開號CN101367669A的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了一種含B4C-C復(fù)合粉體和納米 Tic粉體的低碳鎂碳磚及其制備方法，該方法通過在鎂碳磚中引入一定量的納米炭黑、b4c 和Tic復(fù)合粉體來制備低碳鎂碳磚。但該方法存在納米炭黑分散困難、反應(yīng)活性大、容易出 現(xiàn)氧化和發(fā)生結(jié)構(gòu)蝕變等問題。
[0007]如公開號CN103304248A的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了 一種低碳鎂碳耐火材料及其 制備方法，該方法通過在傳統(tǒng)鎂碳磚中添加碳納米管，來制備出低碳鎂碳磚。但該方法存在 碳納米管成本高、分散困難、且碳納米管反應(yīng)活性大、容易出現(xiàn)氧化等問題。
[0008] 如公開號CN102295464A的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了 一種碳復(fù)合耐火材料及其制 備方法，該方法采用在碳復(fù)合耐火材料中引入石墨烯方法制備低碳碳復(fù)合耐火材料，來改 善材料的熱震穩(wěn)定性能和抗氧化性能。但該方法仍然存在石墨烯成本高、分散困難、且反應(yīng) 活性大、容易出現(xiàn)氧化和發(fā)生結(jié)構(gòu)蝕變等問題。
[0009]綜上所述，為了解決目前不銹鋼冶煉過程中，精煉鋼包熔池部位用鎂鋁碳磚、鎂碳 磚因碳含量太高所帶來的對鋼水增碳問題，現(xiàn)有技術(shù)采用微納米結(jié)構(gòu)碳源，如微納米級鱗 片石墨、納米炭黑、碳納米管和石墨烯等，制備出常溫和中高溫下都為納米碳結(jié)合的低碳耐 火材料，但在生產(chǎn)和使用過程中存在著成本較高、分散困難、且材料在高溫使用過程中納米 碳源反應(yīng)活性大、容易出現(xiàn)氧化和發(fā)生結(jié)構(gòu)蝕變等問題。因此，為了提高不銹鋼冶煉過程中 精煉鋼包的使用壽命，有必要對現(xiàn)有技術(shù)中采用的內(nèi)襯材料進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了一種高溫下陶瓷結(jié)合的低碳鎂鋁碳磚及其制備方法，該低碳鎂鋁碳 磚在中高溫使用過程中，材料內(nèi)部原位形成大量的針狀、纖維狀的莫來石和橄欖石、以及晶 須狀的Al 4c3和SiC等陶瓷相，使材料內(nèi)部的結(jié)合方式由傳統(tǒng)納米碳結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾山Y(jié)合，同 時，鋯英石在高溫下分解產(chǎn)生的單斜氧化鋯，在材料內(nèi)部發(fā)生相變會產(chǎn)生微裂紋增韌，纖維 狀、晶須狀陶瓷結(jié)合相以及相變增韌，賦予本發(fā)明所制備的低碳鎂鋁碳磚相對于傳統(tǒng)碳結(jié) 合的材料具有更加優(yōu)異的中高溫強(qiáng)度、抗熱震性能和抗氧化性能。
[0011] -種高溫下陶瓷結(jié)合的低碳鎂鋁碳磚的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:將 低碳鎂鋁碳磚中的原料混合均勻后，壓制成生坯，然后將生坯置于150~220°C下烘烤6~ 12h制成;所述低碳鎂鋁碳磚的原料的重量份組成為： 電熔鎂砂顆粒 40~55份； 電熔鎂砂細(xì)粉 10~25份； 高鋁礬土顆粒 10~25份； 剛玉細(xì)粉 5~15份； 錯央石顆粒 2~4份；
[0012] 鋯英石細(xì)粉 4~8份； 鱗片石墨 2~4份； 金屬A1纖維 1~2份； 單質(zhì)Si纖維 1~2份； 結(jié)合劑 2~4份。
[0013] 本發(fā)明在低碳鎂鋁碳磚中引入鋯英石顆粒和鋯英石細(xì)粉，在高溫下使用過程中， 鋯英石分解成單斜Zr〇2和非晶質(zhì)Si〇 2相，Si〇2在材料內(nèi)部與剛玉細(xì)粉和鎂砂細(xì)粉反應(yīng)生成 針狀、纖維狀的莫來石和鎂橄欖石陶瓷結(jié)合相，賦予材料非常優(yōu)異的中高溫強(qiáng)度和抗熱震 性能。
[0014] 同時，單斜氧化鋯在材料內(nèi)部發(fā)生相變，產(chǎn)生微裂紋增韌，能夠進(jìn)一步提高低碳鎂 鋁碳磚的熱震性能。
[0015] 本發(fā)明在低碳鎂鋁碳磚中引入金屬A1纖維和單質(zhì)Si纖維，在高溫下使用過程中， 二者與材料中的鱗片石墨反應(yīng)生成晶須狀的Al 4C3、SiC等陶瓷結(jié)合相，使所得的低碳鎂鋁碳 磚具有非常優(yōu)異的中高溫強(qiáng)度和抗熱震性能。
[0016] 本發(fā)明提供的高溫陶瓷結(jié)合的低碳鎂鋁碳磚在埋炭氣氛下經(jīng)1000°CX3h處理后 的耐壓強(qiáng)度為30~40MPa，抗折強(qiáng)度為4~7MPa;在埋炭氣氛下經(jīng)1600°C X3h處理后的耐壓 強(qiáng)度為40~50MPa，抗折強(qiáng)度為7~lOMPa。在還原氣氛中于1400°CX0.5h下的高溫抗折強(qiáng)度 為18~24MPa。
[0017]抗熱震實驗表明：在1100°C水冷條件下熱震1次后的強(qiáng)度保持率為80~90%，熱震 2次后的強(qiáng)度保持率為70~80%，熱震3次后的強(qiáng)度保持率為60~70%，熱震4次后的強(qiáng)度保 持率為55~60 %。
[0018]抗氧化實驗表明：10001€\311空氣條件下氧化失重率為3.5%~4.5%，氧化層厚 度為2.0~3.0mm; 1400°CX3h空氣條件下氧化失重率為5.5~6.5%，氧化層厚度為4.0~ 5.0mm〇
[0019] 作為優(yōu)選，所述低碳鎂鋁碳磚的原料的重量份組成為： 電熔鎂砂顆粒 48份;. 電熔鎂砂細(xì)粉 1CK25份； 高鋁礬土顆粒 10~25份； 剛玉細(xì)粉 5~15份； 鋯英石顆粒 2~4份；
[0020] 鋯英石細(xì)粉 4~8份； 鱗片石墨 2~4份； 金屬A1纖維 1~2份； 單質(zhì)Si纖維 1~2份·， 結(jié)合劑 2~4份。
[0021]作為優(yōu)選，所述電熔鎂砂顆粒和電熔鎂砂細(xì)粉的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為:MgO > 97.0wt% ,CaO< 1.8wt% ,Si02<0.9wt% ；
[0022] 所述電熔鎂砂顆粒的粒度級配為：
[0023] 5 ~3mm 10 ~15 份；
[0024] 2.999 ~1mm 10 ~15 份；
[0025] 0.999 ~0.089mm 20 ~25 份；
[0026] 所述電熔鎂砂細(xì)粉的粒度級配為：
[0027] 0.088 ~0.045mm 5 ~10 份；
[0028] <0.045mm 5 ~15 份。
[0029]作為優(yōu)選，所述高鋁礬土顆粒的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為:Al2〇3 2 82.Owt%， Si02 < 12. Owt % , Ti02 < 6. Owt % ,K20+Na20 < 0.6wt % ；
[0030] 所述高鋁礬土顆粒的粒度級配為：
[0031] 2.999 ~1mm 5 ~10 份；
[0032] 0.999 ~0.089mm 5 ~15 份。
[0033]作為優(yōu)選，所述剛玉細(xì)粉為電熔棕剛玉細(xì)粉或板狀剛玉細(xì)粉中的一種，其中電熔 棕剛玉細(xì)粉的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為Mhos 2 93.0wt%，Ti02 < 3.0wt% ;板狀剛玉細(xì) 粉的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為Al2〇3 2 99.Owt% ;所述剛玉細(xì)粉的粒度〈0.088mm。
[0034] 作為優(yōu)選，所述鋯英石顆粒和鋯英石細(xì)粉的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為:Zr02 2 60.Owt%，Si〇2 < 40.0% ;所述錯英石顆粒的粒度為0.999~0.089mm;
[0035] 所述鋯英石細(xì)粉的粒度級配為：
[0036] 0.088 ~0.045mm 2 ~4份；
[0037] <0.045mm 2 ~4份。
[0038]作為優(yōu)選，所述鱗片石墨的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為C2 94.0%，粒度為〈 0·088mm〇
[0039] 作為優(yōu)選，所述金屬A1纖維的化學(xué)組成及質(zhì)量百分