CN102775171B - 树脂结合铝镁质耐火材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树脂结合铝镁质耐火材料，包括以下组份，组份比例按重量份数计：氧化铝质耐火原料33~95份、镁砂和/或镁铝尖晶石1.5~40份、铝锆合金0.05~9份、碳素0~25份、酚醛树脂结合剂2~4份。所述氧化铝质耐火原料为白刚玉、板状刚玉、致密刚玉、棕刚玉、矾土、氧化铝微粉中的一种或多种的混合物。所述碳素为石墨、碳黑中的一种或混合物。所述铝锆合金中的锆的质量百分比为3~35%，余量为铝。本发明有效利用了金属的抗氧化作用，又减少了金属抗氧剂导致的耐火制品的韧性下降、抗热震性下降的副作用。

Description

树脂结合铝镁质耐火材料

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，尤其是一种树脂结合铝镁质耐火材料。

背景技术

氧化铝的熔点是2050℃，以氧化铝为主要成分的刚玉制品是应用最为广泛的耐火材料。氧化镁的熔点是2800℃，以氧化镁为主要成分的镁砂也是优质的耐火原料。氧化铝和氧化镁为主要成分的镁铝尖晶石（MgO·Al₂O₃）是一种综合性能优异的人工合成耐火原料。近年来以刚玉、镁砂和镁铝尖晶石为主要原料的铝镁质耐火制品被用于精炼钢包包底和熔池部位。

铝镁质耐火制品一般包括有机结合和无机结合两大类。无机结合剂通常为水泥、水合氧化铝、硅微粉等，无机结合的铝镁质耐火制品容易出现剥落等异常损毁现象。有机结合剂通常是酚醛树脂结合剂，酚醛树脂结合铝镁质耐火制品在高温下使用后，结合剂被碳化，碳化后的碳结构可以防止钢水和钢渣向耐火制品内部渗透。碳的导热率较高、热膨胀系数很低，有利于制品抗热震性的提高。但是碳结构在高温下容易被氧化，需要加入抗氧化剂，降低氧化速度。铝粉是最常用的抗氧化剂。铝粉在熔点以上和树脂碳反应生成碳化铝。金属铝和碳化铝优先于碳和氧反应起到防止碳被氧化的目的。生成的纤维状的碳化铝极大的提高了耐火制品的高温强度，同时也增加了其脆性，所以树脂结合铝镁质耐火材料加入铝粉后存在抗热震性下降的问题，在高温使用中容易断裂剥落。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种树脂结合铝镁质耐火材料，该耐火材料具有较好的抗氧化性和抗热震性。

按照本发明提供的技术方案，所述树脂结合铝镁质耐火材料，包括以下组份，组份比例按重量份数计：氧化铝质耐火原料33~95份、镁砂和/或镁铝尖晶石1.5~40份、铝锆合金0. 05~9份、碳素0~25份、酚醛树脂结合剂2~4份。

在一个具体实施方式中，所述氧化铝质耐火原料为白刚玉、板状刚玉、致密刚玉、棕刚玉、矾土、氧化铝微粉中的一种或多种的混合物。

在一个具体实施方式中，所述碳素为石墨、碳黑中的一种或混合物。

在一个具体实施方式中，所述铝锆合金中的锆的质量百分比为3~35%，余量为铝。

本发明有效利用了金属的抗氧化作用，又减少了金属抗氧剂导致的耐火制品的韧性下降、抗热震性下降的副作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所使用的氧化铝质耐火原料、镁砂和镁铝尖晶石都是高级耐火材料，它们作为本发明所述耐火材料的主体可以抵抗高温熔液和熔渣的侵蚀。

结合剂是耐火材料的薄弱环节和关键，本发明使用酚醛树脂结合剂，高温碳化后生成的高熔点的碳结构和氧化物基质不互熔，还可以阻止熔渣向耐火制品内部渗透。本发明所使用的酚醛树脂结合剂没有具体限制，市售的镁碳砖用酚醛树脂结合剂均可使用，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。

本发明所使用的碳素为石墨、碳黑中的一种或混合物，熔点均超过3500℃，热膨胀率极低，且不容易被金属溶液和熔渣浸润，有利于提高耐火制品的耐火度、抗热震性、抗渣渗透性。

单独的金属铝在高温下和碳反应生成纤维状的碳化铝，碳化铝的生成会导致耐火材料高温抗折强度和高温弹性模量提高，韧性和抗热震性下降；本发明所使用的铝锆合金中的锆可以影响碳化铝的纤维状结构，降低耐火材料的高温强度和弹性模量，铝锆合金和碳化铝和氧的反应优先于碳，起到防止碳被氧化的效果。

本发明所述耐火材料在高温使用过程中铝锆合金中的锆吸收氧变成氧化锆，氧化锆是一种高级耐火材料，氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，升温到1100℃左右转变为四方相，这种相变是可逆的。氧化锆在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积收缩，冷却的时候又会转化为单斜相并伴随较大的体积膨胀。氧化锆具有的可逆相变导致其在一定的温度范围内体积随温度提高而收缩，随温度降低而膨胀。这种和其它物质的热膨胀相反的行为，容易造成含有氧化锆的制品的在1100℃左右升温或降温时产生裂纹。氧化锆在由四方相向单斜相转变时（即马氏体相变），伴随体积和形状变化，能吸收能量，减缓裂纹尖端的应力集中，阻止裂纹扩展，从而提高材料韧性，包括应力诱导相变增韧、裂纹弯曲增韧和微裂纹增韧。本发明中由于铝锆以合金形式存在，氧化锆相变首先破坏同一位置碳化铝的结构，碳化铝正是导致耐火制品韧性下降的主要因素。氧化锆的相变可以减少碳化铝带来的韧性下降，氧化锆的相变也使耐火制品内部产生显微裂纹，提高耐火材料的韧性和抗热震性，氧化锆的相变也有助于耐火材料整体的热膨胀率的降低。

实施例一：一种树脂结合铝镁质耐火材料，包括以下组份，组份比例按重量份数计：棕刚玉30份、矾土30份、镁铝尖晶石30份、电熔镁砂6份、铝锆合金0. 05份、酚醛树脂结合剂4份，其中，所述铝锆合金中的锆的质量百分比为3%，余量为铝和不可避免的杂质。

具体生产方式为：30份棕刚玉和30份镁铝尖晶石中粒度小于0.074mm的部分与铝锆合金粉预先混合得到预混料；混炼机中加入预混料、30份矾土和4份酚醛树脂结合剂混合2min，加入预混料再混合25min后出料得到混合泥料；把混合泥料放入压机模具中，加压成型；成型的砖块放在窑道中烘烤到200℃；出窑后得到所述的铝镁质耐火材料；该铝镁质耐火材料可用于精炼钢包包壁部位，高温使用中具有侵蚀速度低、无砖缝的特点。

将该铝镁质耐火材料按GB/T13244检测抗氧化性（1000℃×3h），脱碳层平均厚度为4.5mm，将该铝镁质耐火材料按YB/T376.1检测1100℃水冷的抗热震性，试样可以经受8次的试验不出现裂纹。该产品可用于精炼钢包包底部位，高温使用中具有侵蚀速度低、无砖缝的特点。

实施例二：一种树脂结合铝镁质耐火材料，包括以下组份，组份比例按重量份数计：白刚玉40份、棕刚玉20份、矾土35份、烧结镁砂1.5份、铝锆合金1.5份、酚醛树脂结合剂2份，其中，所述铝锆合金中的锆的质量百分比为35%，余量为铝。

具体生产方式为：40份白刚玉、1.5份烧结镁砂中粒度小于0.074mm部分和1.5份铝锆合金粉预先混合得预混料，混炼机中加入预混料、35份矾土、20份棕刚玉、40份白刚玉颗粒和2份酚醛树脂结合齐混合2min，加入预混料再混合25min后出料得混合泥料；把混合泥料放入压机模具中，加压成型；成型的砖块放在窑道中烘烤到200℃，出窑后得到耐火材料。该耐火材料可用于精炼钢包包底部位，高温使用中具有侵蚀速度低，无砖缝的特点。

将该耐火材料按GB/T13244检测抗氧化性（1000℃×3h），脱碳层平均厚度为3.5mm；该耐火材料按YB/T376.1检测1100℃水冷的抗热震性，该耐火材料可以经受12次的试验不出现裂纹；该耐火材料经过1600℃×3h烧成后，再检测热膨胀率，室温到1600℃的热膨胀率为1.1%。

实施例三：一种树脂结合铝镁质耐火材料，包括以下组份，组份比例按重量份数计：28份板状刚玉、氧化铝微粉5份、镁铝尖晶石30份、铝锆合金9份、-198石墨20份、N990碳黑5份、酚醛树脂结合剂3份；所述铝锆合金中的锆的质量百分比为15%，余量为铝，所述-198石墨的技术指标为：含碳量为98~99.00%，粒度为-100目。

实施生产方式为：28份板状刚玉、30份镁铝尖晶石中粒度小于0.074mm部分和5份氧化铝微粉以及9份铝锆合金粉预先混合得预混料，混炼机中加入预混料、2.5份酚醛树脂结合剂混合2min，加入-198石墨20份和N998碳黑5份混10min，加入预混料再混合25min后出料得混合泥料；把混合泥料放入等静压压机模具中，加压成型；成型的管状制品放在窑道中烘烤到200℃，出窑后的制品经过机械修磨、涂刷抗氧化涂料后得到耐火材料。该耐火材料可用于连铸用长水口，抗氧化性、抗热震性较好。

将该耐火材料按GB/T13244检测抗氧化性（1000℃×3h），脱碳层平均厚度为3mm；将该耐火材料按YB/T376.1检测1100℃水冷的抗热震性，该耐火材料可以经受25次的试验不出现裂纹；该耐火材料样经过1600℃×3h埋碳烧成后，在还原气氛下检测热膨胀率，室温到1600℃的热膨胀率为1.0%。

Claims (1)

1.一种树脂结合铝镁质耐火材料，其特征是，包括以下组份，组份比例按重量份数计：氧化铝质耐火原料33~95份、镁砂和/或镁铝尖晶石1.5~40份、铝锆合金0. 05~9份、碳素0~25份、酚醛树脂结合剂2~4份；

所述铝锆合金中的锆的质量百分比为3~35%，余量为铝；

所述氧化铝质耐火原料为白刚玉、板状刚玉、致密刚玉、棕刚玉、矾土、氧化铝微粉中的一种或多种的混合物；

所述碳素为石墨、碳黑中的一种或混合物。