[发明专利]一种含纳米氧化锌的低碳镁碳砖

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种含纳米氧化锌的低碳镁碳砖。

背景技术

为适应钢铁工业对洁净钢冶炼的需要，减少含碳耐火材料内衬向钢中增碳，以及降低高碳含量镁碳砖引起的热量损失，低碳镁碳砖日益受到人们的重视。直接降低镁碳砖中的碳含量会导致其性能恶化，尤其是抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性，因此人们使用各种添加剂来改善低碳镁碳砖的性能。中国专利ZL99107800公开了一种由0.15-10wt％的锌粉或锌粉、铝、镁、硅、硅钙粉、碳化硅、碳化硼、镁铝合金粉、氮化硅粉中的至少一种组成的含碳耐火材料的抗氧化剂，该抗氧化剂虽然有一定的抗氧化效果，但锌粉价格昂贵，高温下严重挥发，所发挥的作用相当有限，并且含硅和硼原料的使用会降低镁碳砖的高温性能。公开号为CN101037341A中国专利申请公开的“一种非氧化物复合低碳镁碳砖”使用包括赛隆、镁阿隆、氮化硅、氮化铝等可以改善低碳镁碳砖的抗侵蚀性和抗热震性，但这些原料价格昂贵、且自身致密度和抗氧化性差，使用时对材料性能不利。公开号为CN101367669中国专利申请公开的“含B₄C-C复合粉体和纳米TiC粉体的低碳镁碳砖及其制备方法”中使用的B₄C-C复合粉体和纳米TiC粉体合成困难，价格昂贵，可能在相当长的时间内没有工业应用价值。另外，公开号为CN101220195中国专利申请公开的“含纳米碳粉的酚醛树脂、纳米碳改性的低碳镁碳砖及制备方法”中使用的纳米碳粉在实际工业生产中在树脂中的分散还存在一定的困难，成本较高。

这些制备低碳镁碳砖的方法都存在着制备成本高、应用范围小，工业化生产程度低等缺点。

发明内容

本发明的目的正是针对上述技术中所存在的不足之处而研制的一种含纳米氧化锌的低碳镁碳砖。本发明的低碳镁碳砖利用纳米氧化锌粉体粒度细小、高温下活性高、价格适中等特点，来改善低碳镁碳砖的显微结构，促进使用的金属Al抗氧化剂充分发挥作用，制备出一种综合性能优良、价格适中的低碳镁碳砖。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明的含纳米氧化锌的低碳镁碳砖所述低碳镁碳砖包括下述四种重量百分比的原料，其中：电熔镁砂颗粒和细粉80～94wt％，鳞片石墨1～5wt％，金属Al 1～3wt％，纳米氧化锌1～5wt％；以及上述四种原料重量百分比之和的酚醛树脂2～4wt％。

本发明中所述的电熔镁砂颗粒为≤6mm，细粉粒度为≤0.074mm，化学成分要求为MgO≥98％，颗粒与细粉之间的质量比例为65％～75％∶35％～25％；所述纳米氧化锌为粒度小于100nm的粉体，其化学成分要求为ZnO≥95％；所述鳞片石墨的粒度要求为≤0.15mm，其化学成分要求为C≥95％；所述的金属Al粒度要求为≤0.074mm，其化学成分要求为Al≥98％。

本发明中所述的酚醛树脂可以是热塑性的酚醛树脂或热固性的酚醛树脂。

本发明的含纳米氧化锌的低碳镁碳砖可采用下述方法制备而成：

将按上述重量百分比所取的电熔镁砂颗粒和细粉、鳞片石墨、金属Al、纳米氧化锌充分混合均匀后，加入酚醛树脂结合剂进行混练，随后压制成型，低温(200℃以下)固化后即制得本发明的含纳米氧化锌的低碳镁碳砖。

本发明具有以下优点：

1、本发明所用纳米氧化锌具有非常高的比表面积和反应活性。高温下氧化锌通过Zn²⁺对Mg²⁺的置换，形成固溶体，产生Mg²⁺空位，这些空位可以降低扩散阻力，提高扩散速度，有利于镁铝尖晶石的形成，因此氧化锌的存在可以促进低碳镁碳砖内更多原位镁铝尖晶石的形成。而大量原位镁铝尖晶石的形成提高了低碳镁碳砖基质内的陶瓷结合程度，提高材料的常温和高温性能。X衍射分析证实采用纳米氧化锌的低碳镁碳砖中原位生成的尖晶石比不加氧化锌的低碳镁碳砖中的要多。