鎂碳鋯質復合材料制造技術

本發明專利技術涉及一種鎂碳鋯質復合材料，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領域。將鎂砂和鎂鋯合金、碳素、結合劑混勻后得到泥料；泥料加壓成型烘烤包裝后，即得產品鎂碳鋯耐火材料。采用本發明專利技術提供的鎂碳鋯質復合材料，兼顧了抗氧化性、耐高溫性、抗熔渣滲透性、抗熱震性和易生產性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鎂碳鋯質復合材料，具體地說是一種冶金用耐火材料，屬于冶金用耐火材料

技術介紹
石墨等碳素的熔點超過3500°C，氧化鎂的熔點高達2800°C。兩種材料都是優異的耐火材料，而且在高溫下不相熔。復合鎂砂和碳素得到的鎂碳磚兼有氧化鎂和碳素的優點，具有優良的抗渣侵蝕性、抗熔渣滲透性和導熱性，被廣泛用于煉鋼轉爐的爐襯、出鋼口，高功率電爐爐襯，以及爐外精煉爐內襯、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物的熔點遠低于氧化鎂和碳素的熔點，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。正是上述作用，使以鎂碳磚作為內襯的轉爐的爐齡達到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，產生更多的鎂蒸汽，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過程中都容易和氧氣、二氧化碳、水反應。金屬鎂反應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。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種鎂碳鋯質復合材料，使其抗氧化性、抗熱震性和抗沖擊性得到同步提高。按照本專利技術提供的技術方案，一種鎂碳鋯質復合材料，其特征在于配方比例按重量份計如下鎂砂6(Γ96份，碳素f 25份，鎂鋯合金O. Γ10份，含碳耐火材料用結合劑I.5 5份。所述含碳耐火材料用結合劑為酚醛樹脂液或浙青，或者熱塑性酚醛樹脂結合劑和固化劑六次甲基四胺的混合物。所述鎂砂是高熔點的耐火材料，是專利技術產品的主要成分和骨架。鎂砂以顆粒和細粉的形式存在。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種。石墨、炭黑以及針狀焦具有很聞的熔點。碳結構都不容易被金屬熔液、熔渣浸潤，可以阻止高溫下金屬熔液、熔渣向專利技術產品內部滲透。碳素也具有熱膨脹率低的特點。專利技術產品的熱膨脹率隨碳素比例的提高而降低。所以專利技術產品在高溫使用中體積穩定性好，內部熱應力低，抗熱震性強。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。純的金屬鎂熔點為648. 9°C，沸點為1090°C，燃點為30(T650°C，由于其高活性難以用于專利技術產品。鋯的熔點1852±2°C，沸點4377°C，具有驚人的抗腐蝕性能。鋯可以細化鎂合金的晶粒，提高鎂的抗腐蝕性。鋯也是阻燃鎂合金中的主要添加元素。鎂鋯合金的活性遠遠低于金屬鎂，可以減少金屬在專利技術產品的制造過程中和H20、O2等反應帶來的消耗。鎂鋯合金的低活性也使專利技術產品在制造過程中不容易發生爆燃事故，安全性更高。鎂鋯合金優先于碳素和氧化性物質反應起到保護碳素不被氧化的效果。專利技術產品內部的鎂鋯合金受熱后金屬鎂蒸發到專利技術產品的熱面，和熱面的鎂鋯合金一起和o2、co2、FeO等氧化性物質反應，生成氧化鎂致密層。氧化鎂致密層的生成有利于提高專利技術產品在熱面的致密度，可以提高對高溫熔渣的抗侵蝕性和抗滲透性。鎂鋯合金中的Zr被氧化后生成 Zr02。氧化鋯是一種高級耐火材料。氧化鋯有三種晶體形態單斜、四方、立方晶相。常溫下氧化鋯只以單斜相出現，升溫過程中到1100°C左右轉變為四方相，這種相變是可逆的。氧化鋯在單斜相向四方相轉變的時候會產生較大的體積收縮，冷卻的時候又會轉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致其在一定的溫度范圍內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左右升溫或降溫時產生裂紋。氧化鋯在由四方相向單斜相轉變時(即馬氏體相變)，伴隨體積和形狀變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端的應力集中，阻止裂紋擴展，從而提高材料韌性，包括應力誘導相變增韌、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的存在專利技術產品的抗熱震性、抗斷裂剝落的能力極大的提聞。鎂鋯合金的氧化產物是高熔點的氧化鎂和氧化鋯，不會明顯降低專利技術產品的高溫性能。所述鎂碳鋯質復合材料的制備方法，按重量份計步驟如下 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粉和鎂砂顆粒，將鎂砂細粉和鎂鋯合金一起裝入混合機中混勻得到預混合細粉；將鎂砂顆粒加入混合機中，加入含碳耐火材料用結合劑混合；繼續加入碳素、預混合細粉繼續混合，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，即得產品鎂碳鋯質復合材料。含碳耐火材料用結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，熱態成型 (O預備鎂砂分為顆粒和細粉，將鎂砂細粉和鎂鋯合金一起裝入預混合機中混勻，得到預混合細粉；將浙青結合劑加熱到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中，加入步驟(I)中保溫狀態的浙青溶液、碳素、預混合細粉繼續混合，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加壓成型，得到磚坯； (4)烘烤部分產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，即得產品鎂碳鋯質復合材料。本專利技術具有如下優點采用本專利技術提供的鎂碳鋯質復合材料，兼顧了抗氧化性、耐高溫性、抗熔渣滲透性、抗熱震性和易生產性。具體實施例方式下述實施例中的含量均為重量百分數。 實施例I 鎂碳鋯質復合材料配比-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,長度15mm。。鎂碳鋯質復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的細粉和鎂錯合金一起裝入預混合機中混勻得到預混合細粉；混合機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混合15min ;最后加入預混合細粉，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； (3)包裝步驟(2)所得磚坯冷卻后包裝，即本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎂碳鋯質復合材料，其特征在于配方比例按重量份計如下：鎂砂60~96份，碳素1~25份，鎂鋯合金0.1~10份，含碳耐火材料用結合劑1.5~5份。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：俞曉東，張雪松，
申請(專利權)人：江蘇蘇嘉集團新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：