[发明专利]一种添加二氧化锰的镁碳砖及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于镁碳砖耐火材料技术领域，尤其涉及到一种添加二氧化锰的镁碳砖及其制备方法。

二、技术背景

镁碳砖具有强度高、抗热震性好、抗剥落性和抗渣性优良等特点，在转炉炉衬和底部供气元件、电炉热点部位及炉墙、盛钢桶、炉外精炼等部位得到广泛的应用。但是，高温下由于石墨的氧化会使碳复合耐火材料结构疏松，强度、热震稳定性及抗渣侵蚀等性能急剧降低。为解决镁碳砖中碳氧化的问题，常用的方法是加入金属铝粉等抗氧化剂。铝粉在材料使用过程中会发生一系列的反应，对镁碳砖的各种性能产生重大影响：铝粉在镁碳砖中一般会生成碳化铝、氮化铝，最后转化为氧化铝和镁铝尖晶石，一方面提高材料的强度和氧化性，但另一方面，添加金属Al的镁碳砖，一旦加热生成碳化铝或氮化铝时，存在着即使放在大气中也会吸湿发生水化，直至损坏的问题(王诚训，MgO-C质耐火材料.冶金工业出版社，1995)。例如镁碳砖在间歇操作的熔炼炉、RH下部槽等使用水系不定形耐火材料进行修补时暴露在水蒸汽下的部位，因水化造成耐用性显著恶化(鳥月淳志，星山泰宏，井上一浩.耐消化性MgO-Cれんがの開発[J].耐火物，2003，55：33-34)。在用后镁碳砖的回收再利用过程中，制备的再生镁碳砖中碳化铝成分，在热处理或烘烤时，结合剂产生的水就会与碳化铝反应发生膨胀，使制品膨胀甚至粉化，从而导致再生制品性能的严重下降(冯慧俊，田守信.宝钢用后废弃MgO-C砖的再生利用[J].宝钢技术，2006，1：17-19)。一般使用过的MgO-C砖循环再利用的时候需经水处理和干燥工艺，经此工艺骨料的品质劣化，且成本增加(松長隆行，鳥月淳志，飯田栄司.耐消化性MgO-Cれんがの圆発(第2報)[J].耐火物，2003，56[2]：72-73)。

为了改善含铝粉镁碳砖的抗水化性能，本专利申请人进行了大量试验，研究了MnO₂、TiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃等氧化物对含铝粉镁碳砖性能的影响，研究结果表明添加MnO₂效果最好，能从根本上抑制碳化铝和氮化铝的生成，并且其他性能如抗氧化性和高温抗折强度也无明显降低，但加入量有严格要求，限定在0.5-3wt％，超出此范围镁碳砖性能会恶化，加入量小于0.5wt％时，抗水化性能变差，超过3wt％时，高温抗折强度明显降低，抗氧化性能也明显下降；而其他上述物质对镁碳砖的抗水化均有一定效果，但不能避免碳化铝或氮化铝的生成，另外加入Cr₂O₃显著降低了镁碳砖的高温抗折强度，加入Fe₂O₃使镁碳砖的抗氧化性能明显降低。

三、发明内容

为了解决现有镁碳砖使用过程中易水化的问题，本发明在于提供一种抗水化性能好、高温强度大、抗氧化性能好的镁碳砖及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：将60-90wt％的电熔镁砂颗粒或电熔镁砂细粉、9-15wt％的片状石墨粉、0.5-3wt％的金属铝粉、0-1wt％的硅粉、0.5-3wt％的二氧化锰细粉，和3-6wt％的酚醛树脂；经过混碾、成型，经150-250℃热处理制得，其中镁砂为电熔镁砂，MgO＞95％；二氧化锰中MnO₂的质量百分比＞85％，粒度＜0.088mm。

由于采用以上方案，添加二氧化锰后，镁碳砖在使用过程中，金属铝粉直接转变成氧化铝，进而变成熔点高达1850℃的锰铝尖晶石。一方面，抑制了易水化产物碳化铝和氮化铝的形成，显著提高了镁碳砖的抗水化性能；另一方面锰铝尖晶石的生成伴随着体积膨胀，提高了镁碳砖结构的致密度，使得镁碳砖具有较大的高温强度，同时堵塞了气体进入的通道，使得镁碳砖又具有较好的抗氧化性能；另外，锰铝尖晶石熔点高，不会恶化镁碳砖的抗渣性能。

因此，本发明制备的镁碳砖具有在使用过程中抗水化性能好、高温强度大、抗氧化性好等特点，尤其适用于对镁碳砖抗水化性能要求高的场合。

四、具体实施方式

实施例1

按重量百分比计：含MgO为96％的电熔镁砂为90％，-195石墨为9％，铝粉0.5％，二氧化锰细粉0.5％，将上述原料混合，外加3.5％的热固性酚醛树脂，经混碾均匀后，在200MPa压力下压制成型，经250℃保温12小时得到。