[发明专利]一种具有高抗侵蚀性、高抗热震性的RH炉用镁锆砖及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备具有高抗侵蚀性、高抗热震性的RH炉用镁锆砖的工艺，属无机非金属材料技术领域。该镁锆砖具有高抗侵蚀性、高抗热震性、高耐磨性、高抗蠕变性等优异性能，适用于RH真空脱气装置的下部、中部和上部，以及RH炉的浸渍管等受侵蚀严重的部位，取代对环境有害的镁铬质耐火材料，为精炼炉用环境友好耐火材料。

背景技术

RH真空处理技术是一种工艺先进和有效提高钢水质量的多功能二次精炼法。RH真空处理要求其使用的耐火材料能承受急冷急热、强冲击力、高真空度以及各种碱度渣、合金成分的强烈化学腐蚀。浸渍管因长时间浸入钢水及渣液中，对耐火材料的使用性能要求更为苛刻。目前，RH炉内衬和浸渍管大都采用优质镁铬砖，镁铬砖具有如下优点：(1)在急冷急热条件下，强度和组织较少的劣化，耐热震性能好；(2)熔渣难以渗入，即使渗入也能保持颗粒间的结合及强度，耐结构剥落性好；(3)高温强度大，耐冲刷性好。但是，镁铬砖在使用过程中受到碱和硫的作用，易生成水溶性的、剧毒的和致癌的六价铬盐化合物R₂CrO₄和R₂(Cr·S)O₄，这些剧毒物质随烟尘飘入大气，又溶解在水里，造成严重的环境污染，且用后废砖很难处理，解毒成本非常昂贵，发达国家已经立法禁止或限制使用镁铬砖，随着环保的呼声，我国也在积极研究无铬的环境友好的耐火材料，以替代镁铬耐火材料。

目前，镁锆质、镁尖晶石质、镁尖晶石钛质和镁尖晶石锆质等无铬耐火材料是环境友好耐火材料的研究热点。然而由于镁尖晶石砖的热导率高，使得炉壳温度过高，且热膨胀系数大，耐热震性能差，目前使用效果根本无法与镁铬砖相媲美。白云石砖由于其本身的水化性及抗热震性差等特点，也一直处于改进研究当中，近年来的研究成果和建议表明添加ZrO₂或CaO·ZrO₂的材料有可能是解决这一问题的途径。

发明内容

本发明的目的在于设计一种制备具有高抗侵蚀性、高抗热震性的RH炉用镁锆砖的工艺，该工艺是基于通过在镁质耐火材料中添加ZrO₂产生如下作用：(1)在耐火砖中生成微裂纹，提高抗热震性；(2)ZrO₂可孤立硅酸盐相，使之减少对MgO的润湿；(3)碎裂ZrO₂吸收液相中CaO、SiO₂以点晶状分布；(4)方镁石晶内的氧化锆细晶颗粒起到钉扎效应，减少了材料的高温蠕变滑移，提高了材料的高温抗折性能。通过本发明的工艺，要点是镁锆共晶体的原料的制备，共粉磨基质制备，加入CaO和Y₂O₃等添加剂成型，在所需的工艺参数内制备所需的 可控制备技术，制备得到的镁锆砖烧成后没有因氧化锆相变带来的表面龟裂缺陷，具有高抗热震性、高抗侵蚀性、高抗蠕变性、高抗折强度、高耐磨损性。该镁锆砖适合应用于冶金的二次精炉(RH真空装置、VOD炉等)的苛刻环境，是RH炉内镁铬砖的理想替代材料，是新一代环境友好耐火材料。该材料适合服役于RH的镁锆耐火材料，该材料具有优良的耐高温性能，高抗侵蚀性、高抗热震性、高荷重软化温度、高抗折强度、高耐磨损性，总体性能优于镁铬耐火材料，更适合冶金精炼设备。

本发明所述的工艺方案如下：

1)为了提高抗侵蚀性，骨料采用电熔镁砂、电熔镁锆砂为原料。电熔砂的晶粒大、晶界少、结构致密，具有优于烧结砂的抗侵蚀性；

2)为了提高抗侵蚀性，降低气孔率，基质采用烧结镁砂微粉、电熔镁锆砂微粉、脱硅氧化锆微粉；

3)加入氧化钙、氧化钇微粉作为烧结助剂，促进烧结，同时降低材料的显气孔率，提高抗侵蚀性；

4)在结合剂纸浆废液中掺入表面活性剂(磺化萘甲醛聚合物、聚羧酸等)，降低成型所需压力，将少颗粒所带电荷在冲压时的斥力，提高可成形能力。

具体的工艺过程为：

1)原料和配料。采用粒度为5-3mm的98电熔镁砂20-35wt％，粒度为3-1mm的电熔镁锆砂20-35wt％，粒度为1-0mm的电熔镁锆砂5-15wt％，粒度＜0.088mm的电熔镁锆砂15-25wt％，粒度＜0.045mm的电熔镁锆砂和烧结镁砂细粉5-10wt％、粒度＜0.010mm的烧结镁砂和脱硅锆微粉5-10wt％，粒度＜0.045mm烧结助剂CaO和Y₂O₃镁砂细粉1-3wt％。

2)混料。先加入大颗粒，再加入调好的结合剂1-3wt％，再依次加入细颗粒、细粉、微粉，湿碾10-15分钟。