本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎂鋁碳耐火磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)鋁鎂碳質(zhì)耐火材料中的碳（石墨）含量一般為10~20%。由于石墨具有較高的導熱率以及不被熔渣浸潤等特點，耐火材料的抗渣蝕性能及抗剝落性能得到大幅度提高。三十多年來，鋁鋁鎂碳質(zhì)耐火材料被廣泛應用于煉鋼轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉爐爐襯、鋼包渣線等部位。
各種隨著現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，對鋼質(zhì)量的要求越來越高，爐外精煉作為最重要的技術(shù)之一被廣泛采用，而鋼包作為爐外精煉的一個主要設(shè)備，其內(nèi)襯耐火材料所經(jīng)受的精煉條件也越來越苛刻。目前煉鋼廠冶煉爐精煉鋼包的包底和包壁(非渣線區(qū)域)的工作襯都是采用的復合磚，對復合磚最首要的要求是壽命長，否則經(jīng)常更換工作內(nèi)襯，不但影響工作的連續(xù)性，而且由于檢修停產(chǎn)會造成很大的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)國內(nèi)的同類鋼包用產(chǎn)品普遍存在壽命低的不足，平均在60~80爐的水平，最主要的原因在于鋼包內(nèi)襯耐火磚會受到熔渣侵蝕，熱沖擊和機械沖刷，具體損毀方式為滲透和侵蝕造成的結(jié)構(gòu)性剝落和平行于熱面的裂紋擴展造成的熱剝落。此前使用的鋁鎂材質(zhì)耐火磚，對去除鋼中夾雜物起不到作用且抗侵蝕性差，容易對鋼水造成污染。
潔凈鋼生產(chǎn)工藝要求耐火材料盡可能減少對鋼水的二次污染，因此目前通常采用盡可能降低鋁鎂碳質(zhì)耐火材料中的含碳量，使用低碳鋁鎂碳質(zhì)耐火材料的方案。但是這個方案具有不足之處，降低鋁鎂碳質(zhì)耐火材料的碳含量，勢必造成材料的某些性能的下降：如，材料的熱導率下降，彈性模量增大，會導致材料的抗熱震性能變差；此外，碳含量降低后，熔渣與材料的潤濕性增強，材料抵抗熔渣滲透的性能及抗熔渣侵蝕性能也會變差。
因此目前需要一種具有基質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻、抗氧化效果好、抗熱震性能強、抗熔渣滲透性優(yōu)良、抗剝落性能高和抗渣蝕性強的特點的鎂鋁碳耐火磚。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述存在的鋁鎂碳質(zhì)耐火材料材料抗侵蝕性差，抗熱震性能差等問題，提供一種具有基質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻、抗氧化效果好、抗熱震性能強、抗熔渣滲透性優(yōu)良、抗剝落性能高和抗渣蝕性強的特點的鎂鋁碳耐火磚。
一種鎂鋁碳耐火磚，其特征在于，包括以下重量份的原料：
鎂鋁尖晶石60~75份、鋁粉10~13份、氮化硼粉4~8份、電熔鎂砂粉5~10份、硅粉2~4份、酚醛樹脂13~18份、四氯化鋯2~6份、直徑在20~50微米之間的氧化鋁粉4~7份、碳化鈦粉2~5份、三氯甲基硅烷10~15份、碳化硅粉5~10份、直徑在100~120微米之間的α-氧化鋁粉4~6份，鱗片石墨5~10份、莫來石3~4份。
首先本發(fā)明采用了不同直徑的氧化鋁微粉和α-氧化鋁粉共同使用的方案，首先使用α-氧化鋁是由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶體強度大，而氧化鋁微粉可以填充在鎂鋁尖晶石晶體與之間的空隙中，晶體更加細密可以填充進α-氧化鋁無法填充的縫隙，便于原料的混合，提高耐火磚內(nèi)的鋁含量，增強晶體之間的結(jié)合強度，進而提高耐火磚的抗高溫蠕變性、抗高溫蠕變性、抗熔渣滲透性、抗剝落性能高和抗渣蝕性。
其次莫來石可以在耐火磚內(nèi)形成莫來石纖維，莫來石纖維可以與產(chǎn)生的含鋯的碳化硅纖維相互連結(jié)，同時與耐火磚內(nèi)部各材料相互連結(jié)，因為加入了由莫來石纖維耐火磚可以較高的具有高孔隙率、同時降低了質(zhì)量和熱導率。使用莫來石降低熱導率可以緩解本發(fā)明為了增強耐火磚抗渣蝕性而加入較多碳材料后所引起的導熱性變強而導致使用時能耗增加的問題。同時多孔的結(jié)構(gòu)可以提高耐熱性，雖然多孔結(jié)構(gòu)有可能會引起耐火磚在使用時開裂，但在本發(fā)明中通過使用莫來石本身所產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)和本發(fā)明燒制過程中產(chǎn)生的含鋯碳化硅纖維結(jié)構(gòu)及酚醛樹脂的粘合作用相互連結(jié)，相互配合提高了耐火磚的強度和韌性，從而降低了耐火磚開裂的可能性。
另外本發(fā)明使用了鋁粉和氧化鋁及電熔鎂砂粉配合使用的方案，便于控制耐火磚內(nèi)鋁和鎂的含量，從而提高了產(chǎn)品的合格率。
此外本發(fā)明還使用了碳化硅、氮化硼、鋁粉、氧化鋁粉配合使用的方案，在燒結(jié)過程中會在碳化硅中生成碳化硼-鋁的復合物，該復合物與含鋯碳化硅纖維和莫來石纖維共同形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以加強材料的韌性，耐磨性，導熱性和抗沖擊強度，同時與二氧化鈦共同作用起到改善材料的表面潤濕性的作用，可以使得碳化硅和其他原料易于熔滲，從而可以降低反應溫度和燒結(jié)時間，節(jié)約成本。同時反應也會有少量的氮化硅產(chǎn)生，少量的氮化硅可以起到粘結(jié)碳化硅晶體從而增強材料的抗熱震性的作用。
作為優(yōu)選，所述的電熔鎂砂粉經(jīng)過霧化處理。
霧化處理是指將電熔鎂砂粉高溫熔化以后，在惰性氣體保護下離心霧化，然后在低溫速冷，使鎂液滴凝結(jié)成球形。首先采用快速冷卻工藝，電熔鎂砂粉晶粒細小，此外采用霧化工藝，鎂粉是球形，具有流動性好的特點。通過霧化處理可以使電熔鎂砂粉更均勻地混合在耐火磚內(nèi)，防止局部鎂含量過高或過低影響耐火磚的結(jié)構(gòu)強度及抗熱震性及抗高溫蠕變性。
作為優(yōu)選，所述的碳化硅粉經(jīng)過以下處理：
a將碳化硅在500~600℃下進行煅燒，保溫1~2h；
b將煅燒好的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的稀鹽酸中，超聲洗滌15~20min，再攪拌2~3h，轉(zhuǎn)速100~200r/min，洗滌完畢后水洗，然后干燥；
c將干燥過后的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水中，超聲洗滌15~20min，再攪拌2~3h，轉(zhuǎn)速100~200r/min,洗滌完畢后水洗，然后干燥。
通過較高溫度的煅燒可以去除碳化硅表面上的碳雜質(zhì)，降低耐火磚的含碳量，這有助于減少雜質(zhì)，同時降低含碳量可以降低耐火磚的熱傳導性，減少使用耐火磚時的能耗。同時通過酸洗和堿洗的過程可以碳化硅表面所存在的其他金屬雜質(zhì)，防止由于雜質(zhì)的加入對耐火磚的性能產(chǎn)生不良影響。
作為優(yōu)選，所述的酚醛樹脂經(jīng)過以下處理：將酚醛樹脂進行真空脫水，然后加入甘油聚醚，攪拌均勻。
甘油聚醚具有優(yōu)良的穩(wěn)泡、潤濕、滲透、增溶能力。該添加劑能使其他材料均勻地分布在顆粒及石墨的表面，盡可能形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，從而更好的促進樹脂對坯料的包裹作用，使得混合坯料具備高潤濕性和高保濕性，可提高耐火磚坯料的混煉質(zhì)量，可有效防止產(chǎn)生裂紋，有利于成型。
一種鎂鋁碳耐火磚的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
（1）前處理：將三氯甲基硅烷和四氯化鋯混合后加熱，冷卻后加入甲苯，過濾后在300~350℃下減壓蒸餾；
（2）混料：將步驟（1）得到產(chǎn)物與其他原料混合，混合攪拌40~50min，然后困料4~6h，得到混合料；
（3）將混合料壓制成型，得到生坯；
（4）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)加熱得到成品。
作為優(yōu)選，在步驟（1）中所述的加熱過程中加熱溫度500~550℃，保溫時間6~8h。
在步驟（1）前處理過程中形成了含鋯聚硅烷，在步驟（4）過程中含鋯聚硅烷在加熱過程中發(fā)生熱轉(zhuǎn)位反應，使側(cè)鏈上的甲基以亞甲基的形式，導入主鏈的硅原子之間，形成含鋯聚碳硅烷，而且含鋯聚碳硅烷會進一步裂解為含鋯碳化硅纖維。高溫裂解形成的含鋯碳化硅纖維在燒結(jié)處理時，由于溫度的影響，會在表面生成一層致密的二氧化硅，隨著高溫氧化時間的延長，這層致密二氧化硅逐漸增厚將內(nèi)部包裹起來，防止進一步氧化，從而增強了耐火磚的抗氧化性，而且含鋯碳化硅纖維可以將其他材料粘結(jié)起來，增強了本發(fā)明的強度和韌性及抗熱震性，從而使耐火磚具有優(yōu)良的抗熔渣滲透性、抗剝落性能高和抗渣蝕性。
作為優(yōu)選，在步驟（2）中所述的混料的混合過程為先將α-氧化鋁、硅粉、鋁鎂尖晶石放入混料機中混合4~7分鐘，然后加入酚醛樹脂，進一步混合5~8分鐘；再加入鱗片石墨，混合12~18分鐘，再加入步驟（1）得到的產(chǎn)物、氮化硼、氧化鋁微粉、碳化硅粉、電熔鎂砂粉、鋁粉、莫來石，并混合20~30分鐘。
本發(fā)明采用了分步混合的方式進行混料，先將α-氧化鋁、硅粉、鋁鎂尖晶石充分混合然后加入酚醛樹脂，可以使材料充分與酚醛樹脂混勻使酚醛樹脂充分進入材料之間的間隙中，加入石墨后，由于石墨的顆粒較大，所以使用攪拌的時間較長，再加入其余原料在進行攪拌混合，分步混合可以使本發(fā)明的基質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻，從而提高本發(fā)明的產(chǎn)品合格率，也提高了產(chǎn)品的強度、抗熔渣滲透性、抗剝落性能高和抗渣蝕性。
作為優(yōu)選，在步驟（4）中所述的加熱過程為在600~700℃預熱1~2小時后，升溫至1200~1300℃加熱4~5小時。
在600~700℃的預熱過程可以保證含鋯聚硅烷在加熱過程熱轉(zhuǎn)位反應充分進行，充分生成含鋯聚碳硅烷，保證了含鋯碳化硅纖維的形成。
作為優(yōu)選，在步驟（4）中所述的加熱過程在氮氣保護下進行，爐內(nèi)進行加壓使得加熱時氣壓為80~100mpa。
將氮氣作為保護氣氛可以防止空氣對燒結(jié)的影響，防止耐火磚在燒制過程中被氧化引起開裂的情況發(fā)生。
本發(fā)明的有益效果在于:（1）本發(fā)明的鎂鋁碳耐火磚具有基質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻、抗氧化效果好、抗熱震性能強、抗熔渣滲透性優(yōu)良、抗剝落性能高和抗渣蝕性強的特點。（2）本發(fā)明提供的制備方法所需的加熱時間短，節(jié)約成本。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步解釋：
實施例1
一種鎂鋁碳耐火磚，包括以下重量份的原料：
鎂鋁尖晶石60份、鋁粉10份、氮化硼粉4份、電熔鎂砂粉5份、硅粉2份、酚醛樹脂13份、四氯化鋯2份、直徑在20~50微米之間的氧化鋁粉4份、碳化鈦粉2份、三氯甲基硅烷10份、碳化硅粉5份、直徑在100~120微米之間的α-氧化鋁粉4份，鱗片石墨5份、莫來石3份。
首先將電熔鎂砂粉高溫熔化以后，在惰性氣體保護下離心霧化，然后在低溫速冷，使鎂液滴凝結(jié)成球形。
然后對碳化硅粉進行以下處理：
a將碳化硅在600℃下進行煅燒，保溫2h；
b將煅燒好的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的稀鹽酸中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min，洗滌完畢后水洗，然后干燥；
c將干燥過后的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min,洗滌完畢后水洗，然后干燥。
然后對所述的酚醛樹脂進行以下處理：將酚醛樹脂進行真空脫水，然后加入甘油聚醚，攪拌均勻。
然后進行一種鎂鋁碳耐火磚的制備，制備方法包括以下步驟：
（1）前處理：將三氯甲基硅烷和四氯化鋯混合后加熱，加熱溫度500℃，保溫時間6h，冷卻后加入甲苯，過濾后在350℃下減壓蒸餾；
（2）混料：先將α-氧化鋁、硅粉、鋁鎂尖晶石放入混料機中混合7分鐘，然后加入酚醛樹脂，進一步混合5分鐘；再加入鱗片石墨，混合12分鐘，再加入步驟（1）得到的產(chǎn)物、氮化硼、氧化鋁微粉、碳化硅粉、電熔鎂砂粉、鋁粉、莫來石，并混合20分鐘，然后困料4h，得到混合料；
（3）將混合料壓制成型，得到生坯；
（4）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)加熱，在600℃預熱1小時后，升溫至1200℃加熱4小時，得到成品且加熱過程在氮氣保護下進行，爐內(nèi)進行加壓使得加熱時氣壓為80mpa。
實施例2
一種鎂鋁碳耐火磚，包括以下重量份的原料：
鎂鋁尖晶石75份、鋁粉13份、氮化硼粉8份、電熔鎂砂粉10份、硅粉4份、酚醛樹脂18份、四氯化鋯6份、直徑在20~50微米之間的氧化鋁粉7份、碳化鈦粉5份、三氯甲基硅烷15份、碳化硅粉10份、直徑在100~120微米之間的α-氧化鋁粉6份，鱗片石墨10份、莫來石4份。
首先將電熔鎂砂粉高溫熔化以后，在惰性氣體保護下離心霧化，然后在低溫速冷，使鎂液滴凝結(jié)成球形。
然后對碳化硅粉進行以下處理：
a將碳化硅在600℃下進行煅燒，保溫2h；
b將煅燒好的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的稀鹽酸中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min，洗滌完畢后水洗，然后干燥；
c將干燥過后的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min,洗滌完畢后水洗，然后干燥。
然后對所述的酚醛樹脂進行以下處理：將酚醛樹脂進行真空脫水，然后加入甘油聚醚，攪拌均勻。
然后進行一種鎂鋁碳耐火磚的制備，制備方法包括以下步驟：
（1）前處理：將三氯甲基硅烷和四氯化鋯混合后加熱，加熱溫度500℃，保溫時間6h，冷卻后加入甲苯，過濾后在350℃下減壓蒸餾；
（2）混料：先將α-氧化鋁、硅粉、鋁鎂尖晶石放入混料機中混合7分鐘，然后加入酚醛樹脂，進一步混合5分鐘；再加入鱗片石墨，混合12分鐘，再加入步驟（1）得到的產(chǎn)物、氮化硼、氧化鋁微粉、碳化硅粉、電熔鎂砂粉、鋁粉、莫來石，并混合20分鐘，然后困料4h，得到混合料；
（3）將混合料壓制成型，得到生坯；
（4）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)加熱，在600℃預熱1小時后，升溫至1200℃加熱4小時，得到成品且加熱過程在氮氣保護下進行，爐內(nèi)進行加壓使得加熱時氣壓為80mpa。
實施例3
一種鎂鋁碳耐火磚，包括以下重量份的原料：
鎂鋁尖晶石70份、鋁粉11份、氮化硼粉6份、電熔鎂砂粉7份、硅粉3份、酚醛樹脂15份、四氯化鋯4份、直徑在20~50微米之間的氧化鋁粉5份、碳化鈦粉4份、三氯甲基硅烷13份、碳化硅粉8份、直徑在100~120微米之間的α-氧化鋁粉5份，鱗片石墨8份、莫來石3份。
首先將電熔鎂砂粉高溫熔化以后，在惰性氣體保護下離心霧化，然后在低溫速冷，使鎂液滴凝結(jié)成球形。
然后對碳化硅粉進行以下處理：
a將碳化硅在600℃下進行煅燒，保溫2h；
b將煅燒好的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的稀鹽酸中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min，洗滌完畢后水洗，然后干燥；
c將干燥過后的碳化硅放入質(zhì)量分數(shù)為5%的氨水中，超聲洗滌20min，再攪拌3h，轉(zhuǎn)速200r/min,洗滌完畢后水洗，然后干燥。
然后對所述的酚醛樹脂進行以下處理：將酚醛樹脂進行真空脫水，然后加入甘油聚醚，攪拌均勻。
然后進行一種鎂鋁碳耐火磚的制備，制備方法包括以下步驟：
（1）前處理：將三氯甲基硅烷和四氯化鋯混合后加熱，加熱溫度500℃，保溫時間6h，冷卻后加入甲苯，過濾后在350℃下減壓蒸餾；
（2）混料：先將α-氧化鋁、硅粉、鋁鎂尖晶石放入混料機中混合7分鐘，然后加入酚醛樹脂，進一步混合5分鐘；再加入鱗片石墨，混合12分鐘，再加入步驟（1）得到的產(chǎn)物、氮化硼、氧化鋁微粉、碳化硅粉、電熔鎂砂粉、鋁粉、莫來石，并混合20分鐘，然后困料4h，得到混合料；
（3）將混合料壓制成型，得到生坯；
（4）熱處理：將壓制成型的生坯在爐內(nèi)加熱，在600℃預熱1小時后，升溫至1200℃加熱4小時，得到成品且加熱過程在氮氣保護下進行，爐內(nèi)進行加壓使得加熱時氣壓為80mpa。
選用本發(fā)明優(yōu)選實施3作為鋼包磚，使用本發(fā)明后壽命達到85爐，lf爐處理次數(shù)73次，鋼包盛鋼時間達13500min，殘磚厚度為62mm，侵蝕速率為每爐1.05m，鋼包壽命較原鋁鎂碳材質(zhì)提高44.38％。
然后對實施例3進行檢測顯氣孔率8%，荷重軟化溫度1780℃，常溫耐壓強度41mpa，在taber磨耗試驗機上以磨輪旋轉(zhuǎn)1000次得到磨耗量為45.3g加熱永久線變化（1450℃×2h）／%為0.2。
對于抗熱震性的檢測，本發(fā)明將優(yōu)選實施例3的材料經(jīng)過1450攝氏度3小時處理測其抗折強度，抗折強度為17.3mpa然后在1100攝氏度保溫20min后再20攝氏度冷水中急冷，反復進行10次，抗折強度為8.4mpa。
所以本發(fā)明具有抗熱震性能強、抗熔渣滲透性優(yōu)良、抗剝落性能高和抗渣蝕性強的特點。