[发明专利]一种铝‐尖晶石‐镁砂复合耐火材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，涉及一种铝-尖晶石-镁砂复合耐火材料及其制备方法和应用。

背景技术

全球金融危机时期，世界经济发生了深刻的变化。各个国家为了保持竞争优势地位，都在加速调整经济结构，加强研发实力，同时也更加关注资源、能源和环境。耐火材料作为一个高耗能、耗资源的产业，他的发展更加关系到高温工业的能效、节能和环保。伴随近期一些环境问题(如紫金矿业)的加剧，人们进一步增强了环境保护的意识。

在RH精炼炉中，内衬经受着高强度的钢液冲刷，渣侵蚀以及巨大的温差变化，因此对耐火材料抗渣性、热震性的性能都有较高的要求。通常使用的镁铬砖能够满足这些性能要求，使用于RH精炼炉的内衬。然而镁铬砖不可避免的引入了铬元素，碱渗入铬尖晶石中，三价铬离子被氧化成六价铬离子。这些六价铬离子形成的有水溶性的、能毒害人畜并能致癌的六价铬盐化合物，通过在用后的废砖存放过程中受水淋而外渗，污染环境，尤其是污染水源。对环境的污染不可忽略，因此研发出一种不含铬元素的耐火材料取代镁铬砖刻不容缓。

随着环保意识的提高，一些工业化国家(如德国、美国等)已通过立法来限制镁铬砖的使用。我国对此也有相应的规定。在这样的限制下，对于镁铬残砖的安全处理费用必然是十分的高昂。因此水泥生产厂家不得不放弃使用这种材料。这就意味着耐火材料生产厂家必须开发出镁铬砖的替代品，以适应这种材料无铬化的趋势。

近些年许多研究中将镁铝尖晶石作为替代镁铬砖的材料。特别是镁尖晶石砖替代镁铬砖在水泥回转窑中的采用与推广，技术上已经积累了不少成功的经验，为其进一步在二次精炼设备中的使用提供了一些参考。研发中主要涉及的有镁铝尖晶石、氧化镁-氧化钇、镁碳砖等。

Y Sasajima等曾将镁铝尖晶石(MgO-SP)砖用于RH的浸渍管和精炼钢包的渣线区，其抗精炼渣的侵蚀与渗透都不好，不如镁铬砖。但将这种砖用于钢包上却是甚好的。

K Shimizu等开发了MgO-Y2O3耐火材料，并将其砌于RH真空室下部，得出MgO-Y2O3砖与直接结合镁铬砖寿命相同的结果。由于Y2O3是稀有元素氧化物，比较贵；加入量若多，该种砖的推广将遇到困难。

在镁砂中加入石墨，制成镁碳砖，克服了MgO砖的抗热震性差与炉渣易渗透很深、结构剥落严重的缺点，因此镁碳砖与镁钙碳(MgO-CaO-C)砖可以用于精炼一些低碳洁净钢与碳素合金钢的精炼炉作衬砖。由于碳在铁中溶解度大，以及碳易溶于钢液中，因此精炼超低碳钢如超低碳薄板钢时应避免钢液与含碳耐火材料接触。

以上各种无铬耐材，由于抗渣性能差或使用成本高或对钢液产生污染，都不能够在工业上完全替代镁铬耐火材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种铝-尖晶石-镁砂复合耐火材料。

本发明的另一目的是提供该耐火材料的制备方法。

本发明的又一目的是提供该耐火材料的应用。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

一种铝-尖晶石-镁砂复合耐火材料，包含原料和外加的无机结合剂；其中所述的原料中各组分的用量为：镁砂60wt％～94wt％(“％”表示质量百分比，以镁砂、富镁尖晶石或镁铝尖晶石及金属铝粉的总质量为基准，下同)，富镁尖晶石或镁铝尖晶石5wt％～30wt％，金属铝粉1wt％～15wt％；无机结合剂的用量为原料总质量的1wt％～5wt％(“％”表示质量百分比，以镁砂、富镁尖晶石或镁铝尖晶石及金属铝粉的总质量为基准)。

所述的无机结合剂优选六偏磷酸钠或三聚磷酸钠。

上述提到的本发明中涉及原料性能如下

镁砂是以氧化镁为主成分的基本耐火原料，氧化镁熔点高达2800℃，是高温性能优异的耐火氧化物，对碱性熔渣有很好的抗侵蚀性能，但是它有相当高的热膨胀系数和弹性模量，致使这类材料的抗热震性差，另外，镁质材料在高温下易受到熔渣渗透而导致结构剥落。镁铝尖晶石，熔点是2135℃，结构致密，气孔率低，抗渣粘附和抗渣蚀能力强。铝粉相对于坚硬的尖晶石、镁砂颗粒，属于软颗粒，铝粉在应力的作用下会发生滑移，因此具有塑性，当铝粉加入到镁砂-尖晶石颗粒中后，试样的成型便具有“塑性成型”的特征，在相同的压力下结构更致密，具有更高的耐压强度。铝粉的加入量以重量计为1wt％～15wt％，低于1wt％时该复合无铬不烧砖不能具有搬运和砌筑所需要的强度，高于15wt％时，铝粉的氧化对试样的体积变化产生较大的影响，低温处理后不能够直接使用，烧结后容易产生裂纹。