专利名称：一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法
技术领域：
本发明属于铝镁质透气砖技术领域。具体涉及一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法
背景技术：
刚玉-尖晶石耐火材料不仅具有较良好的耐高温性能和抗渣性，且抗K2O和Na2O的硫酸盐侵蚀性强，同时在还原气氛下体积稳定性优良和抗游离co2、SO2和SO3的侵蚀性好。刚玉与尖晶石具有相近的热膨胀系数，使得材料不会因受热膨胀不同而使材料开裂，广泛应用于钢包内衬。目前工业上使用的钢包透气砖芯转主要以刚玉-尖晶石质为主，部分加入少量Cr2O3或铬刚玉以提高材料抗渣侵蚀性、渗透性和热震稳定性，采用铝酸钙水泥结合，浇注成型，烘烤后高温烧成制得。但Cr3+的引入会导致材料烧后，Cr3+被氧化成有毒的Cr6+，污染环境。透气砖在使用过程中长期与钢液接触，工作面与非工作温度相差很大；同时透气砖在工作和间歇之间使工作面产生巨大温差，导致材料的热剥落。因此，热震损毁是透气砖损毁的最主要方式，严重限制着透气砖的使用寿命。为了提高透气砖的热震稳定性，延长透气砖寿命，国内外技术人员做了大量研究。Hoffmanna. S 等(Hoffmanna. S, Norbergb. S. T, Yoshimura. M, Strutctural models forintergrowth structures in the phase system Al2O3-TiO2)研究表明，钦酸招在各个晶轴方向的热膨胀系数不同，冷却过程中易产生晶界裂纹，起到增韧作用，加入到刚玉-尖晶石材料中可改善材料热震稳定性，但钛酸铝不稳定，在90(Tl35(rC下易发生分解而失去作用。贾全利等(贾全利，叶方保，钟香崇.ZrO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响.耐火材料.2009，43(1) 27 30.)在刚玉-尖晶石材料中引入ZrO2，利用ZrO2相变增韧提高了材料的热震稳定性，但降低了材料的高温强度，同时因ZrO2相变产了一定体积变化。薛文东(薛文东.精炼钢包用供气元件的材质、孔型设计及应用的研究[D].北京北京科技大学博士学位论文.2003.)研究了刚玉-氮化硅透气砖，改善了材料性能，但金属硅的引入使得高温下生成SiO2，对材料的抗渣产生不利影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣性侵蚀性强的MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。为完成上述任务，本发明采用的技术方案是先以55飞5wt%的烧结刚玉颗粒、25 35wt%的氧化铝细粉、2 10wt%的金属铝粉和2 10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2飞wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在18(T220°C条件下烘烤12 24小时；然后以2 5°C /min的升温速率升温至150(Tl70(TC，保温3 5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
在上述技术方案中烧结刚玉颗粒的Al2O3含量彡99wt%，烧结刚玉颗粒级配比是5mm>d ^ 3mm 为 16 34wt%, 3mm>d ^ Imm 为 33 67wt%, lmm>d 为 16 34wt% ;氧化招细粉的 Al2O3含量> 98wt%,氧化铝细粉的粒径小于0. 088mm ；电熔镁砂细粉的MgO含量> 96wt%,电熔镁砂细粉的粒径小于0. 088mm ;金属招粉的粒径小于0. 088mm。由于采用上述技术方案，本发明将金属铝粉作为添加剂加入到铝镁质耐火材料中，一方面由于其塑性大，通过塑性成型改善了烘后材料韧性及强度；另一方面金属铝粉的表面活性很大，70(TC左右熔融，在较低温度下生成液相，形成非氧化物增强相纤维状碳化招，从而提高了制品的致密度及强度。且碳化铝经高温氮化处理后生成MgAlON，增大了界面张力，使得材料与钢液和渣的润湿角增大，难与材料润湿，使得透气砖在使用后不需要进行烧氧反吹；良好的机械韧性及较低的热膨胀系数显著改善了透气砖的抗热震性，同时具有较大的高温强度，延长了透气砖的使用寿命。此外，本发明还避免了 Cr2O3的使用，降低了生产成本，亦避免了 Cr6+对水质环境的污染，既有经济效益又有环境效益。本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖经检测200°C X 18h烘后的体积密度为2. 97 3. 07g/cm3，常温抗折强度为9. 8 11. 4MPa，常温耐压强度为68 78MPa ； 1600°C X5h烧后的体积密度为2. 3. 04g/cm3,常温抗折强度为29. 2^33. 2MPa，常温耐压强度为235 279MPa，热震断裂次数为15 21次，1400°C X0. 5h高温抗折强度为17. 5 22. 3MPa。因此，本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。
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，并非对其保护范围的限制 为避免重复，先将本具体实施方式
所涉及的原料理化技术参数统一描述如下，实施例
中不再赘述烧结刚玉颗粒的Al2O3含量彡99wt%,烧结刚玉颗粒级配比均为5mm>d彡3mm为 16 34wt%, 3mm>d ^ Imm 为 33 67wt%, lmm>d 为 16 34wt% ;氧化招细粉的 Al2O3 含量^ 98wt%,氧化铝细粉的粒径小于0. 088mm ；电熔镁砂细粉的MgO含量> 96wt%,电熔镁砂细粉的粒径小于0. 088mm ;金属招粉的粒径小于0. 088mm。实施例I
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以62飞5wt%的烧结刚玉颗粒、25 28wt%的氧化铝细粉、5 10wt%的金属铝粉和2 6wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2 4wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在18(T20(TC条件下烘烤12 18小时；然后以2 5°C /min的升温速率升温至150(Tl60(TC，保温3飞小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本实施例I中所制备的透气砖经检测200 V X 18h烘后的体积密度为3. 04 3. 07g/cm3,常温抗折强度为10. 3 10. 6MPa，常温耐压强度为76 78MPa ； 1600°C X5h烧后的体积密度为2. 99 3. 04g/cm3，常温抗折强度为30. 5 31. IMPa，常温耐压强度为275 279Mpa，1100°C保温(水冷)循环16 18次断裂，1400°C X 0. 5h后高温抗折强度为20. 7 22. 3MPa。
实施例2
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以6(T62wt%的烧结刚玉颗粒、28^30wt%的氧化铝细粉、4 8Wt%的金属铝粉和3 7wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料:T5wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在18(T20(TC条件下烘烤If 24小时；然后以2^50C /min的升温速率升温至150(Tl60(TC，保温:T5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本实施例2中所制备的透气砖经检测200 V X 18h烘后的体积密度为
3.02 3. 05g/cm3，常温抗折强度为10. 7 11. 4MPa，常温耐压强度为71 77MPa ； 1600 °C X5h烧后的体积密度为2. 97^3. 01g/cm3,常温抗折强度为31. 6^33. 2MPa，常温耐压强度为271 277Mpa，1100°C保温(水冷)循环15 18次断裂，1400°C X 0. 5h后高温抗折强度为19. 2 21. 6MPa。
实施例3
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以58飞0wt%的烧结刚玉颗粒、30^32wt%的氧化铝细粉、3 7wt%的金属铝粉和4 8wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料4 6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在20(T22(TC条件下烘烤12 18小时；然后以2^50C /min的升温速率升温至160(Tl70(TC，保温:T5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本实施例3中所制备的透气砖经检测200 V X 18h烘后的体积密度为
3.00 3. 02g/cm3,常温抗折强度为10. 2 10. 7MPa，常温耐压强度为68 73MPa ； 1600°C X5h烧后的体积密度为2. 96^3. 00g/cm3,常温抗折强度为29. 4^31. OMPa,常温耐压强度为255 267Mpa，1100°C保温(水冷)循环19 21次断裂，1400°C X 0. 5h后高温抗折强度为19. I 20. 4MPa。实施例4
一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。先以55飞8wt%的烧结刚玉颗粒、32 35wt%的氧化铝细粉、2 6wt%的金属铝粉和5 10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料3 4wt的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在20(T220°C条件下烘烤18 24小时；然后以2^50C /min的升温速率升温至160(Tl70(TC，保温:T5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本实施例4中所制备的透气砖经检测200 °C X18h的烘后的体积密度为
2.97 3. 00g/cm3，常温抗折强度为9. 8 10. 3MPa，常温耐压强度为67 72MPa ； 1600°C X5h烧后的体积密度为2. 9 f 2. 96g/cm3,常温抗折强度为29. 2^31. 6MPa，常温耐压强度为235 247Mpa，1100°C保温(水冷)循环15 17次断裂，1400°C X 0. 5h后高温抗折强度为17. 5 19. 2MPa。
本具体实施方式
将金属铝粉作为添加剂加入到铝镁质耐火材料中，一方面由于其塑性大，塑性成型可以改善烘后材料韧性及强度；另一方面金属铝粉的表面活性很大，700°C左右熔融，在较低温度下生成液相，形成非氧化物增强相纤维状碳化铝，从而提高了制品的致密度及强度。而且，高温氮化处理后生成MgAlON，增大了界面张力，使得材料与钢液和渣的润湿角增大，难与材料润湿，使得透气砖在使用后不需要进行烧氧反吹；良好的机械韧性及较低的热膨胀系数显著改善了透气砖的抗热震性，同时具有较大的高温强度，延长了透气砖的使用寿命。此外，本具体实施方式
还避免了 Cr2O3的使用，降低了生产成本，亦避免了Cr6+对水质环境的 污染，既有经济效益又有环境效益。本具体实施方式
所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖经检测200°C X 18h烘后的体积密度为2.97 3.07g/cm3，抗折强度为9. 8 11. 4 MPa,耐压强度为68 78MPa ；1600°C X5h烧后的体积密度为2. 9f3. 04g/cm3，抗折强度为29. 2^33. 2MPa，耐压强度为235 279MPa，热震断裂次数为15 21次，高温抗折强度为17. 5 22. 3MPa。因此，本具体实施方式
具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。
权利要求
1.一种MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于先以55飞5wt%的烧结刚玉颗粒、25 35wt%的氧化铝细粉、2 10wt%的金属铝粉和2 10wt%的电熔镁砂细粉为原料，夕卜加所述原料2飞wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在18(T220°C条件下烘烤12 24小时；然后以2 5°C /min的升温速率升温至150(Tl70(TC，保温3 5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。
2.根据权利要求I所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述烧结刚玉颗粒的Al2O3含量彡99wt% ;烧结刚玉颗粒级配比是5mm>d彡3mm为16 34wt%,3mm>d ^ Imm 为 33 67wt%, 1mm>d 为 16 34wt%。
3.根据权利要求I所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述氧化铝细粉的Al2O3含量彡98wt%，氧化铝细粉的粒径小于0. 088mm。
4.根据权利要求I所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的MgO含量> 96wt%，电熔镁砂细粉的粒径小于0. 088mm。
5.根据权利要求I所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的粒径小于0. 088mm。
6.根据权利要求f5项中任一项所述的MgAlON结合铝镁质透气砖的制备方法所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖。
全文摘要
本发明具体涉及一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法。其技术方案是先以55~65wt%的烧结刚玉颗粒、25~35wt%的氧化铝细粉、2~10wt%的金属铝粉和2~10wt%的电熔镁砂细粉为原料，外加所述原料2~6wt%的酚醛树脂，混碾搅拌，机压成型，在180~220℃条件下烘烤12~24小时；然后以2~5℃/min的升温速率升温至1500~1700℃，保温3~5小时，制得MgAlON结合铝镁质透气砖。本发明所制备的MgAlON结合铝镁质透气砖具有致密度高、高温强度较大、抗热震性好、不被钢水润湿和抗渣侵蚀性强的特点。
文档编号C04B35/58GK102617171SQ20121010002
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者张美杰, 施德坤, 罗志安, 阳灿, 顾华志, 黄奥 申请人:武汉科技大学