專利名稱：一種氮化燒成的高鋁-c質(zhì)耐火材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高鋁質(zhì)-C質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代以來，由于鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用，迫切需要耐用性能好的新型耐火材料以滿足新的需求，人們對(duì)新型的高性能耐火材料開展了大量的研究工作。高鋁-C質(zhì)耐火材料因其具有良好的耐用性而得到了廣泛的推廣應(yīng)用，尤其是在煉鐵高爐、魚雷式混鐵車、鐵水罐等冶金高溫設(shè)備上，高鋁-C質(zhì)耐火材料是其主要的耐高溫內(nèi)襯材料，處于不可或缺的地位。高鋁-C質(zhì)耐火材料的核心技術(shù)是在高鋁質(zhì)耐火材料(高鋁礬土熟料等)中引入了 C(鱗片石墨)。由于鱗片石墨具有良好的抵抗高溫熔渣和鐵水及鋼水的潤(rùn)濕性能，因而能有效地提高高鋁質(zhì)耐火材料的抗侵蝕性能，另外，鱗片石墨的導(dǎo)熱性好，在高溫使用條件下， 加入鱗片石墨能降低高鋁質(zhì)耐火材料內(nèi)部的溫度梯度及熱應(yīng)力，進(jìn)而提高耐火材料的抗熱震穩(wěn)定性能，再加上鱗片石墨本身具有良好的耐高溫性，因此，在高鋁質(zhì)耐火材料中加入鱗片石墨制備高鋁-C質(zhì)耐火材料，能全面提高耐火材料的使用性能。如專利US4210454 (A)， CAl 129441 (Al), AU7609881 (A), JP59003069 (A), CN1762907 (A)，CN1911863 (A)等都做了相應(yīng)的說明。但是，C (鱗片石墨)在高溫條件下容易被氧化即在高溫下C容易被燒失掉，當(dāng)高鋁-C質(zhì)耐火材料的C被氧化掉后，高鋁-C質(zhì)耐火材料的氣孔率增大而變得多孔疏松，材料的強(qiáng)度明顯降低，造成材料抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕能力降低，劣化了材料的使用性能，極大地影響了高鋁-C質(zhì)耐火材料的使用效果。為解決C (鱗片石墨)在高溫條件下被氧化問題，人們進(jìn)行了大量研究工作，廣泛采用了在C (鱗片石墨)質(zhì)耐火材料添加防氧化劑辦法，用作添加劑的物質(zhì)主要是金屬Al、 Si、Mg和SiC、Si3N4等，將這些物質(zhì)的細(xì)粉單獨(dú)或混合添加到高鋁-C質(zhì)耐火材料中并用機(jī)械混合均勻，當(dāng)出現(xiàn)高溫氧化時(shí)，這些添加劑首先或與石墨(C)同時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，可減緩 C (鱗片石墨)的氧化過程，但對(duì)增強(qiáng)高鋁-C質(zhì)耐火材料的整體強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種抗氧化性能好、強(qiáng)度高、耐用性好、氣孔率低和使用壽命的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是先將35 90wt%的高鋁礬土熟料、 0 20 wt%的剛玉、3 18 wt%的鱗片石墨和1 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料4 10wt%的結(jié)合劑，混碾10 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成所需的高鋁-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在135(T1650°C和隊(duì)氣氛條件下保溫廣8小時(shí)，制得氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料。
高鋁-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品包括定型高鋁-C質(zhì)耐火磚、鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板、 水口磚和座磚。在上述技術(shù)方案中高鋁礬土熟料的的Al2O3含量> 80wt%;結(jié)合劑為酚醛樹脂、 或?yàn)檎闱?、或?yàn)榉尤渲驼闱嗟幕旌衔铮粍傆駷锳l2O3質(zhì)耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt% ；鱗片石墨的C含量彡90wt% ；金屬Si細(xì)粉為工業(yè)級(jí)金屬Si，粒度彡200目。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用金屬Si細(xì)粉與N2氣的高溫反應(yīng)方法，以優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)與性能在隊(duì)氣氛條件下的高溫氮化燒成階段，金屬Si細(xì)粉與隊(duì)氣反應(yīng)生成氮化硅(N3Si4),新生成的氮化硅(N3Si4)在材料的基質(zhì)中起到了很好的“橋接”作用，強(qiáng)化了材料顆粒及細(xì)粉之間的連結(jié)，形成牢固的整體，大幅度增大了高鋁-C質(zhì)耐火材料內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度，提高了高鋁-C質(zhì)耐火材料抵抗高溫熔渣與鐵水或鋼水的抗沖刷能力；在高溫使用過程中，若遇氧化條件時(shí)，材料表面的氮化硅(N3Si4)被氧化后生成S^2并堵塞材料表面的氣孔，可阻止O2氣進(jìn)入材料內(nèi)部，達(dá)到保護(hù)材料中的C (鱗片石墨)不被氧化，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)材料使用壽命之目的。因此，本發(fā)明可克服傳統(tǒng)高鋁-C質(zhì)耐火材料的強(qiáng)度低、高溫使用過程中由于C(鱗片石墨)氧化而劣化材料性能的缺點(diǎn)，具有強(qiáng)度高、抗氧化、氣孔率低、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
將要涉及到的原料理化技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例不再贅述高鋁礬土熟料的的Al2O3含量彡80wt% ；剛玉為Al2O3質(zhì)耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt% ；鱗片石墨的C含量彡90wt% ；金屬Si細(xì)粉為工業(yè)級(jí)金屬Si，粒度彡200目。實(shí)施例1
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法先將80 90wt%的高鋁礬土熟料、 5 10wt%的剛玉、3 6wt%的鱗片石墨和1 5wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料4 6wt%的酚醛樹脂作結(jié)合劑，混碾10 20分鐘。將混碾后的混合料壓制成定型高鋁-C質(zhì)耐火磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在135(T140(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫6、小時(shí)，制得氮化燒成的定型高鋁-C質(zhì)耐火磚。實(shí)施例2
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將65 77wt%的高鋁礬土熟料、 10 15wt%的剛玉、8 10wt%的鱗片石墨和5 10wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料5 7wt%的浙青作結(jié)合劑，混碾10 20分鐘。將混碾后的混合料壓制成定型高鋁-C質(zhì)耐火磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在140(Γ1450 和隊(duì)氣氛條件下保溫5 7小時(shí)，制得氮化燒成的定型高鋁-C質(zhì)耐火磚。實(shí)施例3
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將72 80wt%的高鋁礬土熟料、10 15wt%的鱗片石墨和10 15wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料7 9wt% 的浙青作結(jié)合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在145(T150(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫4飛小時(shí)，制得氮化燒成的鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板。實(shí)施例4
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將63 73wt%的高鋁礬土熟料、 5 10wt%的剛玉、5 8wt%的鱗片石墨和15 20wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料6 8wt%的酚醛樹脂與浙青的混合物作結(jié)合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在150(Γ1550 和隊(duì)氣氛條件下保溫3飛小時(shí)，制得氮化燒成的鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板。實(shí)施例5
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將50 60wt%的高鋁礬土熟料、 10 15wt%的剛玉、9 12wt%的鱗片石墨和21 25wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料8 10wt%的酚醛樹脂與浙青的混合物作結(jié)合劑，混碾15 25分鐘。將混碾后的混合料壓制成水口磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在155(T1600°C和隊(duì)氣氛條件下保溫2、小時(shí)，制得氮化燒成的水口磚。實(shí)施例6
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將45 55wt%的高鋁礬土熟料、 15 20wt%的剛玉、3 6wt%的鱗片石墨和沈 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料5 7wt%的酚醛樹脂作結(jié)合劑，混碾10 20分鐘。將混碾后的混合料壓制成水口磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在160(T165(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫廣3小時(shí)，制得氮化燒成的水口磚耐火材料。實(shí)施例7
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將35 47wt%的高鋁礬土熟料、 15 20wt%的剛玉、11 15wt%的鱗片石墨和沈 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，夕卜加所述原料8 10wt%的酚醛樹脂作結(jié)合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成座磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在160(T165(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫2、小時(shí)，制得氮化燒成的座磚耐火材料。實(shí)施例8
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將60 69wt%的高鋁礬土熟料、 5 10wt%的剛玉、9 12wt%的鱗片石墨和16 20wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料7 9wt%的浙青作結(jié)合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成定型高鋁-C質(zhì)耐火磚的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在150(Γ1550 和隊(duì)氣氛條件下保溫3飛小時(shí)，制得氮化燒成的定型高鋁-C質(zhì)耐火磚。實(shí)施例9
一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將58 68wt%的高鋁礬土熟料、5 10wt%的剛玉、15 18wt%的鱗片石墨和11 15wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外力口所述原料5 7wt%的酚醛樹脂作結(jié)合劑，混碾10 20分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在150(Γ1550 和隊(duì)氣氛條件下保溫3飛小時(shí)，制得氮化燒成的鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板。本具體實(shí)施方式
采用金屬Si細(xì)粉與N2氣的高溫反應(yīng)工藝，以優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)與性能在隊(duì)氣氛條件下的高溫氮化燒成階段，金屬Si細(xì)粉與隊(duì)氣反應(yīng)生成氮化硅(N3Si4), 新生的氮化硅(N3Si4)在材料的基質(zhì)中起到了很好的“橋接”作用，強(qiáng)化了材料顆粒及細(xì)粉之間的連結(jié)，形成牢固的整體，大幅度增大了高鋁-C質(zhì)耐火材料內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度，提高了高鋁-C質(zhì)耐火材料抵抗高溫熔渣與鐵水或鋼水的抗沖刷能力；在高溫使用過程中，若遇氧化條件時(shí)，材料表面的氮化硅(N3Si4)被氧化后生成S^2并堵塞材料表面的氣孔，可阻止A 氣進(jìn)入材料內(nèi)部，達(dá)到保護(hù)材料中的石墨不被氧化，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)材料使用壽命之目的。因此，本具體實(shí)施方式
可克服傳統(tǒng)高鋁-C質(zhì)耐火材料的強(qiáng)度低、高溫使用過程中由于石墨(C)氧化而劣化材料性能的缺點(diǎn)，所發(fā)明的氮化燒成高鋁-C質(zhì)耐火材料具有強(qiáng)度高、抗氧化、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于先將35 90wt%的高鋁礬土熟料、0 20wt%的剛玉、3 18wt%的鱗片石墨和1 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料4 10wt%的結(jié)合劑，混碾10 30分鐘；將混碾后的混合料壓制成所需的高鋁-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤后裝入高溫窯，在135(T1650°C和隊(duì)氣氛條件下保溫廣8小時(shí)，制得氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的高鋁-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品包括定型高鋁-C質(zhì)耐火磚、鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板、水口磚和座磚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的高鋁礬土熟料的Al2O3含量> 80wt%o
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑為酚醛樹脂、或?yàn)檎闱?、或?yàn)榉尤渲驼闱嗟幕旌衔铩?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的剛玉為Al2O3質(zhì)耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt%0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的鱗片石墨的C含量彡90wt%o
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的金屬Si細(xì)粉為工業(yè)級(jí)金屬Si，粒度彡200目。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料的制備方法所制備的高鋁-C質(zhì)耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其技術(shù)方案是先將35～90wt%的高鋁礬土熟料、0～20wt%的剛玉、3～18wt%的鱗片石墨和1～30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料4～10wt%的結(jié)合劑，混碾10～30分鐘。將混碾后的混合料壓制成所需的高鋁-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，壓制成的生坯經(jīng)180~220℃烘烤后裝入高溫窯，在1350~1650℃和N2氣氛條件下保溫1~8小時(shí)，制得氮化燒成的高鋁-C質(zhì)耐火材料。該產(chǎn)品包括定型高鋁-C質(zhì)耐火磚、鋼水澆注用高鋁-C質(zhì)滑板、水口磚和座磚。本發(fā)明具有強(qiáng)度高、抗氧化、氣孔率低、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102503484SQ20111034472
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者彭瑋珂, 朱萬政, 祝洪喜, 鄧承繼 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)