制造碳化硅晶須增強(qiáng)型耐火組合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及形成不定形（monolithic)耐火組合物的方法。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)及通 過該方法制造的耐火組合物，安置所述耐火組合物W形成耐火內(nèi)襯，W及成品耐火內(nèi)襯。
【背景技術(shù)】
[0002] 耐火材料是具有使其適于在高溫應(yīng)用中用作耐熱阻隔物的性能的材料。無定形耐 火材料具有形成無接縫內(nèi)襯的能力，常被稱為不定形產(chǎn)品。運(yùn)些材料是有用的，例如用作沖 天爐爐膛和虹吸管的內(nèi)襯，用于高爐，主、次和傾斜流道，并且更通常地用于容器或容器噴 嘴、鋼包、中間包、反應(yīng)室和槽，其包含、引導(dǎo)流動，或者適用于促進(jìn)液態(tài)金屬和烙渣或任何 其他高溫液體、固體和氣體的工業(yè)處理。無定形耐火材料通常W粉末狀形式制造，并在應(yīng)用 之前與水混合?？捎弥T如鑄塑、噴涂（噴射）和噴補(bǔ)等技術(shù)將濕材料涂敷為內(nèi)襯，然后固化 并干燥，而后燒制。
[0003] 耐火材料的重要性質(zhì)是其機(jī)械、化學(xué)和熱耐受性。機(jī)械耐受性通常使用斷裂模量 (M0R，也稱為彎曲強(qiáng)度）和常溫耐壓強(qiáng)度（CC巧來評價。對于基于氧化侶的耐火材料，機(jī)械 改善可W通過形成具有高機(jī)械和熱耐受性的非氧化物相（例如碳化娃、氮化娃、SiAlON)來 獲得，其生長通過添加特定的含金屬非氧化物化合物而實現(xiàn)，并且總包括在非氧化性氣氛 (例如化、成、Ar或在真空下）中于受控溫度下的熱預(yù)處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，在耐火 組合物中存在特定量的碳化娃晶須會改善成品內(nèi)襯的機(jī)械性質(zhì)。然而，運(yùn)些晶須難W獲得。
[0004] US4, 326, 040A公開了由氧化侶、碳化娃和碳粉（等等）形成的耐火組合物，其中 起始材料在非氧化氣氛中在樹脂或漸青粘合劑的存在下燒制。樹脂和受控氣氛的使用使得 該形成工藝昂貴且復(fù)雜。 陽0化]US4, 543, 345A公開了通過在至少28MI^的壓力和至少1600°C的溫度下熱壓例如 氧化侶和碳化娃晶須而形成的耐火組合物。碳化娃晶須非常昂貴且極其致癌，并且操作非 常危險。碳化娃晶須的分散難W實現(xiàn)，并且精細(xì)的加工技術(shù)是必要的。使用將晶須和陶瓷基 質(zhì)粉末混合的機(jī)械方法時，存在晶須成簇和晶須受損的可能性，并且晶須裝填的程度受限。
[0006] US4, 753, 764A公開了形成一種耐火陶瓷，其包括將例如碳化娃粉末與晶須形成 劑和晶須形成促進(jìn)劑混合，將該混合物成型并在超過2050°C的溫度下于真空和/或Ar中進(jìn) 行熱處理。W0 91/04234和EP0309128A1也公開了形成含碳化娃晶須的耐火組合物，其包 括在惰性或非氧化性氣氛下的熱處理。
[0007]Karamian等在J.Eur.Ceram.Soc.，31，14, 2677-2685 中公開了 用抓上、含SiC材 料、焦炭和酪醒樹脂作為起始材料來形成耐火材料的方法。在燒制步驟中，該混合物在焦炭 (還原性）氣氛下被加熱。
[0008] 上述制造各種具有提高的機(jī)械強(qiáng)度且包含碳化娃晶須的耐火組合物的所有方法 都要求在形成耐火材料時、特別是在熱處理步驟中的嚴(yán)格和/或仔細(xì)控制的條件。本發(fā)明 的目的是提供耐火組合物，其使得耐火內(nèi)襯具有良好或改善的機(jī)械性質(zhì)，并且形成方法不 太復(fù)雜和昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定。
[0010] 具體而言，本發(fā)明體現(xiàn)為一種形成不定形耐火組合物的方法，所述方法包 括：提供耐火組合物，其包含：氧化侶、侶娃酸鹽或其混合物，碳化娃，碳，娃粉，微娃粉 (microsilica)，可選的娃鐵，和可選的水泥；將此組合物與水混合W形成均勻混合物；安 裝所述均勻混合物并使其固化；在不高于1200°C的溫度下，例如在不高于1000°C溫度下， 對固化的安裝的混合物進(jìn)行熱處理。所述方法的特征在于熱處理步驟在中性條件或弱氧化 條件下進(jìn)行，例如在大氣壓下于空氣中進(jìn)行。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，經(jīng)熱處理的安裝的混合物經(jīng)受不定形組合物的第二 熱處理，在該進(jìn)一步熱處理期間，在不定形耐火組合物內(nèi)形成碳化娃晶須。根據(jù)本發(fā)明，發(fā) 現(xiàn)在某些條件下并使用耐火組合物組分的特定組合時，可W通過在非受控條件下使用熱處 理而在鑄塑耐火組合物中形成碳化娃晶須，也就是說，避免了在熱處理步驟中提供真空、或 惰性氣氛或非氧化性氣氛的需要。所述第二熱處理可W在至多160(TC的溫度下進(jìn)行，例如 至多1450°C，例如至多1400°C，或者在1200°C~1400°C之間，或者在1200°C~1600°C的溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0012] 作為一般原則，在耐火組合物中，基于組合物的總質(zhì)量，氧化侶、侶娃酸鹽或其混 合物W2質(zhì)量％~90質(zhì)量％存在；基于組合物的總質(zhì)量，碳化娃W2質(zhì)量％~70質(zhì)量％存 在；基于組合物的總質(zhì)量，碳W2質(zhì)量％~10質(zhì)量％存在；基于組合物的總質(zhì)量，Si粉W1 質(zhì)量％~10質(zhì)量％存在；并且基于組合物的總質(zhì)量，微娃粉W1質(zhì)量％~3質(zhì)量％存在。 基于組合物的總質(zhì)量，可選組分娃鐵和水泥可各自W至多5質(zhì)量％的量存在。
[0013] 顆粒狀組合物中各組分的優(yōu)選含量在下面列出。
[0014] 基于顆粒狀組合物的總質(zhì)量，用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物可W包括5質(zhì) 量％~50質(zhì)量％的碳化娃，或者5質(zhì)量％~20質(zhì)量％的碳化娃，例如10質(zhì)量％~15質(zhì) 量％的碳化娃。
[0015] 基于顆粒狀耐火組合物的總質(zhì)量，用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物可W包括 1質(zhì)量％~10質(zhì)量％的娃粉，例如1質(zhì)量％~5質(zhì)量％的娃粉，例如1. 5質(zhì)量％~4質(zhì)量％ 的娃粉。
[0016] 基于顆粒狀耐火組合物的總質(zhì)量，用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物可W包括 1質(zhì)量％~3質(zhì)量％的微娃粉，例如1.2質(zhì)量％~2. 5質(zhì)量％的微娃粉，或不高于1. 3質(zhì) 量％~2質(zhì)量％的微娃粉。
[0017] 在本發(fā)明的一個實施方式中，在初始步驟中所提供的顆粒狀耐火組合物中金屬娃 粉和微娃粉之間的質(zhì)量比在1:1和3 :1之間，例如約2:1。
[0018] 用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物中所含的娃鐵可顆粒狀耐火組合物的 總質(zhì)量的1質(zhì)量％~4質(zhì)量％的量存在，例如W2質(zhì)量％~3質(zhì)量％的量存在。
[0019] 用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物中所含的碳可W炭黑的形狀存在，或作為石 墨存在，或作為焦化后具有至少約5重量％的碳?xì)埩粑铮衫犹迹┑墓腆w控存在，或作為它 們中的兩種W上的混合物存在。在一個實施方式中，用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物 中所含的碳的量為2質(zhì)量％~5質(zhì)量％。
[0020] 在一個實施方式中，用于該方法的所述顆粒狀耐火組合物適用于鑄塑、鍵擊、噴 補(bǔ)、噴射（噴涂鑄塑）或其他安裝方法。
[0021] 在本發(fā)明的一個實施方式中，用于本發(fā)明方法的顆粒狀耐火組合物基本上不含 Ti〇2。
[0022] 形成不定形耐火組合物的方法也是本發(fā)明的一部分，其中所述不定形耐火組合物 為耐火內(nèi)襯，例如用于冶金容器的耐火內(nèi)襯。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的方法形成的不定形耐火組合物也是本發(fā)明的一部分。
【附圖說明】
[0024] 將通過參照W下附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明：
[00巧]圖1表示根據(jù)本發(fā)明方法獲得的表面區(qū)域之下的不定形耐火材料的沈Μ照片； [00%] 圖2表示根據(jù)本發(fā)明方法獲得的不定形耐火材料的表面的SEM照片；
[0027] 圖3表示通過非本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0028] 圖4表示通過非本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0029] 圖5表示根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0030] 圖6表示根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0031] 圖7表示根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0032] 圖8表示根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的不定形耐火材料的SEM照片；
[0033] 圖9表示