专利名称：一种含ZrO<sub>2</sub>镁碳砖及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种含Zr02镁碳砖及其制备方法。
背景技术：
在当今社会，人们对环境要求越来越高，家电、汽车等高科技产业的发展要求洁净钢、超 低碳钢品质越高的情况下，使普通镁碳耐火材料由于含碳量高而在使用时面临三大难点一 是耐火材料导热率高，导致钢水温度下降过快、热能损失过大和炉体容易受热变形，制约二 次精炼工艺发展；二是产生大量CO和C02气体，加剧温室效应；三是炉衬对钢水的污染特 别是增碳现象严重。为解决这些问题，就必然要求镁碳砖中的碳含量降下来，由此提出了低 碳镁碳砖的概念，它一般是指总含碳量不超过10%的由镁砂与石墨通过有机结合剂结合而成 的一类材料。
对于低碳镁碳耐火材料来说，其优良的性能主要在于碳含量，降低碳含量，势必造成材 料的某些性能的下降 一方面，材料的热导率下降，弹性模量增大，从而使材料的抗热震性 变差；另一方面，碳含量降低后，使熔渣与材料的润湿性增强，材料的抗渗透性变差。
为解决镁碳材料碳含量降低所带来的问题，国内外科技人员做了大量的研究工作，研究 结果表明在镁碳砖中添加单斜氧化锆或锆英石所制得的MgO-Zr02-C材料，高温抗折强度 随着单斜氧化锆、锆英石加入量的增加而降低(程本军等，MgO-Zr02-C材料的性能和显微 结构，耐火材料，2004,38(5): 312~315);以电熔镁砂、电熔白刚玉、烧结尖晶石和石墨等原 料所制得的MgO-MA-C材料，抗氧化性随着尖晶石细粉的加入逐渐变强，但当加入量超过 10%，增大尖晶石的粒度时,材料的抗氧化性又逐渐变差(郭红丽等，尖晶石对不烧MgO-MA-C 及Al203-MA-C质耐火材料抗氧化性的影响，耐火材料，2004,38(6): 393~395);添加高铝矾 土所制得的镁铝碳材料，随着Al203含量的增加，材料的体积密度、高温抗折强度呈下降趋 势(刘民生等，影响镁铝碳制品高温性能的因素，耐火材料，2002,36(3): 148-150);"镁钙 碳中间包干性工作衬料"(CN200510059787.X)采用电熔镁砂、镁钙砂、石墨等为原料制得 的中间包工作衬料，虽具有较好的抗剥落性和抗侵蚀性，但存在着镁钙砂易于水花，产品不 能长时间在空气中放置的缺陷。
用以上方法制备镁碳材料，只能部分地改善材料的性能，而不能全方面的提高材料的其 它性能，材料的应用范围狭窄，工业化生产程度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、
工业化程度高的含Zr02镁碳砖及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是先将10 30wty。的电熔镁锆合成料、60~85 wt。/。的镁砂、3 8wt。/。的鳞片石墨、1~5 wt。/。的抗氧化剂混合，再外加2~5 wt。/。的酚醛树脂进 行混练，然后进行困料、成型、干燥。
其中电熔f美锆合成料的化学成分是，MgO为85~95wt%、 Zr02为3~10wt%、SiO2为卜3wt0/。、 CaO为0.3 1.5wt%、八1203为0.] lwt%、 Fe203为0.05~lwt%、 IL为0.35 0.50wt%;镁砂的颗 粒级配是，3~0.088mm为总体混合料的40~50 wt%、 0.088-0 mm为总体混合料的20~35 wt°/o; 电熔镁锆合成料的颗粒级配是，1 0.088mm为总体混合料的5~15 wt%， 0.088~0mm为总体混 合料的5 15wt。/。；抗氧化剂为A1粉、Mg粉、Si粉、B4C粉、CaB6粉中的一种或一种以上； 成型为等静压成型，成型压力为150-300 MPa。
由于采用上述技术方案，本发明利用电熔镁锆合成料体积密度大、显微结构均匀、强度 高、热膨胀系数小、抗化学侵蚀和抗热震性良好的特性，以及Zr02的相变诱发微裂纹增韧作 用，故所制备的含Zr02镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围 广、工业化程度高的特点。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述
实施例1 一种含Zr02镁碳砖及其制备方法先将10 20wt。/。的电熔镁锆合成料、75~85 wt。/。的镁砂、3 5wt。/。的鳞片石墨、1~3.5 wt。/。的A1粉和B4C粉混合，再外加2-3wt。/。的酚醛 树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。
其中电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为87~%wt%、 Zr02为7~10wt%、 Si02为 l~2wt%、 CaO为0.3~lwt%、六1203为0.1~0.4wt°/。、 Fe203为0.05~0.1wt°/o、 IL为0.45 0.50 wt%， 镁砂的颗粒级配是，3~0.088mm为总体混合料的45~50 wt%、 0.088~0 mm为总体混合料的 30-35 wt%;电熔镁锆合成料是，1 0.088mm为总体混合料的5~10wt%、 0.088 0mm为总体 混合料的5~10wt%;鳞片石墨为总体混合料的3~5wt%;成型为等静压成型，成型压力为 200 250 MPa。
本实施例所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.03g/cm3，烧成后主要物理性能为体积密 度3.02g/cm3、显气孔率9.7%、耐压强度47.4MPa、线变化率0.72~1.21%、氧化层厚度7.1mm、 热膨胀率1.27%(1300°C)。
实施例2 —种含Zr02镁碳砖及其制备方法先将20 25wtn/。的电熔镁锆合成料、65~70 wt。/。的镁砂、5 7wt。/。的鳞片石墨、2 4wt。/。的Al粉、B4C粉和CaB6粉混合，夕卜加3-4wt^的 酚醛树脂作结合剂，再进行混练、成型、干燥。
其中电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为89~92wt°/。、 Zr02为6~9wt%、 Si02为 l~1.5wt%、 CaO为0.7~1.2\\1%、八1203为0.2~0.6wt%、 Fe203为0.05~0.09wto/o、IL为0.40 0.45wt%， 镁砂的颗粒级配是，3~0.088mm为总体混合料的40 43 wt%、 0.088-0 mm为总体混合料的 25~27 wt%;电熔镁锆合成料是，1 0.088mm为总体混合料的10~12 wt%、 0.088 0mm为总 体混合料的10~13wt%;鳞片石墨为总体混合料的5 7wtQ/。；成型压力为150-250 MPa。
本实施例2所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.04g/cm3，烧成后主要物理性能为体积 密度3.05g/cm3、显气孔率9%、耐压强度55MPa、线变化率0.62 0..91%、氧化层厚度5.8mm， 热膨胀率1.23%(1300°C)。
实施例3 —种含Zr02镁碳砖及其制备方法先将25 30wt。/。的电熔镁锆合成料、60~65 wta/。的镁砂、6 8wt。/。的鳞片石墨、3~5 wt。/。的Al粉、Mg粉、B4C粉和CaB6粉混合，外加 4 5wtc/。的酚醛树脂作结合剂，再进行混练、成型、干燥。
其中电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为91~95wt%、 Zr02为3~7wt%、 Si02为 l~1.2wt%、 CaO为0.5~lwt。/o、八1203为0.3~lwt%、 Fe203为0.1~0.5wt%、 IL为0.35 0.40 wt%, 镁砂的颗粒级配是，3~0.088mm为总体混合料的33~35 wt%、 0.088~0 mm为总体混合料的 27~30 wt°/。；电熔镁锆合成料是，1 0.088mm为总体混合料的20~23 wt°/。、 0.088~0mm为总 体混合料的5 7wt。/。；鳞片石墨为总体混合料的6~8wt%;成型压力为200-250 MPa。
本实施例1所制备的坯砖烘干后的体积密度为3.06g/cm3，烧成后主要物理性能为体积 密度3.06g/cm3、显气孔率7.7%、耐压强度64MPa、线变化率0.3~0.34%、氧化层厚度4.7mm、 热膨胀率1.18%(1300°C)。
本具体实施方式
利用电熔镁锆合成料体积密度大、显微结构均匀、强度高、热膨胀系数 小、抗化学侵蚀和抗热震性良好的特性，以及Zr02的相变诱发微裂纹增韧作用，故所制备的 含Zr02镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度 高的特点。
权利要求
1、一种含ZrO2镁碳砖的制备方法，其特征在于先将10～30wt％的电熔镁锆合成料、60～85wt％的镁砂、3～8wt％的鳞片石墨、1～5wt％的抗氧化剂混合，再外加2～5wt％的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。
2、 根据权利要求1所述的含Zr02镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的电熔镁锆合成 料的化学成分是，MgO为85~95wt%、 Zr02为3~10wt%、 Si02为l 3wt。/。、 CaO为0.3~1.5wt%、 八1203为0.1~lwt%、 Fe2(D3为0.05~lwt%、 IL为0.35 0,50 wt%。
3、 根据权利要求1所述的含Zr02镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的电熔镁锆合成 料的颗粒级配是，l~0.088mm为总体混合料的5~15 wt%， 0.088~0mm为总体混合料的 5~15wt%;镁砂的颗粒级配是，3 0.088mm为总体混合料的40-50 wt%、 0.088 0mm为总体 混合料的20~35 wt%。
4、 根据权利要求l所述的含Zr02镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的抗氧化剂为Al 粉、Mg粉、Si粉、B4C粉、CaB6粉中的一种或一种以上。
5、 根据权利要求1所述的含Zr02镁碳砖的制备方法，其特征在于所述的成型为等静压 成型，成型压力为150-300 MPa。
6、 根据权利要求1 5项中任一项所述的含Zr02镁碳砖的制备方法所制备的含Zr02镁 5^石专。
全文摘要
本发明具体涉及一种含ZrO<sub>2</sub>镁碳砖及其制备方法。所采用的技术方案是先将10～30wt％的电熔镁锆合成料、60～85wt％的镁砂、3～8wt％的鳞片石墨、1～5wt％的抗氧化剂混合，再外加2～5wt％的酚醛树脂进行混练，然后进行困料、成型、干燥。其中电熔镁锆合成料的化学成分是，MgO为85～95wt％、ZrO<sub>2</sub>为3～10wt％、SiO<sub>2</sub>为1～3wt％、CaO为0.3～1.5wt％、A1<sub>2</sub>O<sub>3</sub>为0.1～1wt％、Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>为0.05～1wt％、IL为0.35～0.50wt％；电熔镁锆合成料的颗粒级配是，1～0.088mm为总体混合料的5～15wt％、0.088～0mm为总体混合料的5～15wt％。本发明所制备的含ZrO<sub>2</sub>镁碳砖具有体积密度高、抗氧化性好、高温抗折性能优良、应用范围广、工业化程度高的特点。
文档编号C04B35/66GK101172868SQ200710053578
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月18日 优先权日2007年10月18日
发明者何见林, 汪厚植, 顾华志 申请人:武汉科技大学