專利名稱：一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備Fe-Sialon耐火原料的新方法，這種Fe-Sialon耐火原料的粉體主要 用于煉鐵高爐的炮泥耐火材料，屬于耐火材料原料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，帶動了各行各業(yè)對于鋼鐵的需求量，我國已是世界產(chǎn)鐵大國。 2007年我國的鋼鐵產(chǎn)量達(dá)到48966萬噸，約占當(dāng)年世界總產(chǎn)量的36.4%。近年來，高爐煉鐵 發(fā)展中高爐容積趨向于大型化；全國各地對于鋼鐵行業(yè)的投資也越來越多，新建了許多新的 鋼鐵企業(yè)，使得我國的鋼鐵產(chǎn)量逐年呈快速上升的趨勢。
近幾十年來，高爐技術(shù)得到飛速發(fā)展，高爐壽命也越來越長，具體方面新技術(shù)表現(xiàn)為 不同容積高爐均開始采用高風(fēng)壓、高頂壓、高冶強(qiáng)、大風(fēng)量和富氧噴吹等新技術(shù)，對于中小 型高爐在強(qiáng)化冶煉后，日出鐵次數(shù)增加，絕大部分已由12次/日增加到15次/日，有的己增加 到18次/日，并取消了放上渣工藝；高爐容量越來越大，普遍由原來的小高爐(300 1000m3) 開始向大型高爐(2500m3以上)轉(zhuǎn)變；煉鐵質(zhì)量大大增加，高爐可以達(dá)到高產(chǎn)量和低耗能；高 爐壽命也比以前大大增加，可以延長到15年以上。煉鐵高爐的使用狀況、生產(chǎn)率以及爐前的 安全操作，很大程度上取決于出鐵口的維護(hù)和操作。
出鐵口是煉鐵高爐結(jié)構(gòu)中重要的部位之一。出鐵口的基本操作就是出渣出鐵。煉鐵高爐 大型化趨勢以及中小型高爐在強(qiáng)化冶煉后，日出鐵次數(shù)增加等都導(dǎo)致了對高爐出鐵口炮泥用 量和質(zhì)量的要求越來越高。
由于現(xiàn)今高爐煉鐵對高爐所用炮泥的質(zhì)量提出了更高的要求，炮泥己從過去單純的消耗 性耐火材料轉(zhuǎn)向功能性耐火材料。為了滿足煉鐵高爐安全生產(chǎn)的要求，國內(nèi)外的研究人員都 對如何提高炮泥質(zhì)量進(jìn)行了多方面的攻關(guān)，以求更好的改善高爐出鐵口炮泥性能。
國內(nèi)外高性能炮泥普遍選擇優(yōu)質(zhì)非氧化物原料或人工合成原料作為炮泥的主材質(zhì)，同時 采用新型結(jié)合劑和外加劑，來提高無水炮泥質(zhì)量和獲得穩(wěn)定的性能，使用時不僅能夠保證出 鐵穩(wěn)定，出鐵時間長，而且炮泥單耗大為減少。
目前國內(nèi)外很多大中型煉鐵企業(yè)高爐所用炮泥在制備時普遍添加Fe-Si3N4原料，由于金 屬鐵和氮化硅的引入，使得添加Fe-Si3N4的高爐炮泥不僅具有良好的抗侵蝕性和抗沖刷性， 而且還具有梯度燒結(jié)功能使得開鐵口的過程比較容易。但是Fe-Si3N4目前生產(chǎn)工藝成本較高，能耗較大，導(dǎo)致價格較高，不利于其在高爐炮泥應(yīng)用中的推廣。
Sialon與Si3N4性質(zhì)相近，是Si3N4的Si原子和N原子同時分別被Al原子和O原子置換 并保持電中性，形成的一種Si-Al-O-N固溶體。采用Sialon代替Fe-Si3N4中的Si3N4，可以生 產(chǎn)得到成本低、性能優(yōu)良的Fe-Sialcm耐火原料。
高鋁粉煤灰是在燃煤發(fā)電的工業(yè)中煤和煤矸石燃燒產(chǎn)物，并是我國排放量最大的工業(yè)廢 料之一。近年來，我國的能源工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，而燃煤發(fā)電在我國電力工業(yè)所占比重最大。電 力工業(yè)的發(fā)展，隨之帶來了高鋁粉煤灰排放量的大量增加，給我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及生態(tài)環(huán)境 造成了巨大的壓力。為了解決高鋁粉煤灰?guī)淼沫h(huán)境污染，我國研究人員也在一直研究如何 綜合利用高鋁粉煤灰，減少環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
Fe-SiaLon是一種新型的具有耐高溫、良好的抗氧化性和熱化學(xué)穩(wěn)定性的耐火材料原料， 并具有梯度燒結(jié)功能。它主要用于煉鐵高爐的炮泥耐火材料、出鐵溝澆注料，還可以用于制 備其它的耐高溫材料。本發(fā)明以鐵精礦粉、高鋁粉煤灰和焦炭粉等為主要原料，通過組分設(shè) 計(jì)，根據(jù)所需耐火材料要求在合適的溫度制度下進(jìn)行碳熱還原氮化燒結(jié)，冷卻后將產(chǎn)物破碎 和磨細(xì)，可制備應(yīng)用于各種炮泥耐火材料的高性能Fe-Sialon耐火原料粉體。
本發(fā)明涉及一種制備Fe-Sialon耐火原料的新方法，其特征為本發(fā)明以鐵精礦粉、高鋁 粉煤灰和焦炭粉等為主要原料，外加常溫結(jié)合劑，按一定比例球磨混合，將球磨混合好的料 加入混料機(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形 顆粒)，也可以直接將配合料裝在匣缽中或放在耐火托板上。然后通過干燥、裝窯、碳熱還原 氮化燒成、冷卻、粉碎加工等工藝過程，可以制備出Fe-Sialon耐火原料的粉體。本發(fā)明所制 得的鐵氮化硅的組成物相主要為P-Sialon、 a-Sialon、 15R、 Fe3Si、 Fe和少量的Si2N20、 A1N、 SiC、 FeSi和C等。所述鐵精礦粉的加入量的質(zhì)量百分比為0.1 90.0%，所述高鋁粉煤灰加 入量的質(zhì)量百分比為0.1 90.0%，所述焦炭粉加入量的質(zhì)量百分比為0.1 卯.0%，所述外加 常用結(jié)合劑的加入量為總配料質(zhì)量的0.2 15%。
所述鐵精礦粉原料為通常市售的鐵礦原料，也可以用鐵磷粉和硫鐵礦粉等其他含氧化鐵 和鐵的材料取代；鐵精礦粉或代用品中要求其中Fe含量百分比大于50%，平均粒徑為小于 0.30腿。
所述高鋁粉煤灰為通常發(fā)電廠運(yùn)行中產(chǎn)生的用后廢料；高鋁粉煤灰要求其中Si02含量百 分比大于20%，八1203含量百分比大于20%，平均粒徑為小于0.30mm。所述焦炭粉為通常市售的原料，也可以用其它炭素材料如使用甜后的炭塊和石墨電極粉、
電煅無煙煤粉、瀝青粉、石油焦粉、活性炭、煤粉等取代。焦炭粉或代用品中要求c含量百分比大于90%，平均粒徑為小于0.30mm。所述制備過程中外加常溫結(jié)合劑采用工業(yè)糊精溶液、或木質(zhì)素磺酸鈣溶液、或聚乙烯醇溶液、或硅溶膠、或?yàn)r青、或焦油、或樹脂等耐火材料常用的結(jié)合劑。
干燥好的坯體(或成形后的球形顆粒)置于熱工窯爐中裝窯、加熱和碳熱還原氮化燒成，熱工窯爐可以是氮化電爐、馬弗式燃?xì)飧G或燃煤窯或燃油窯的氮化爐、微波氮化爐、感應(yīng)氮化爐、管式氮化爐、立式氮化爐等。坯體置于氮?dú)飧G爐中可以采用埋碳顆粒保護(hù)。經(jīng)過常溫至170(TC的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原氮化燒成，升溫速度沒有特定要求，在相應(yīng)的溫度下可以分別保溫一定時間，在最高焙燒下保溫10分鐘 50小時；自然冷卻至室溫后取出坯體或球形顆粒，經(jīng)過粉碎加工的工藝過程，根據(jù)需要可以制備得到Fe-Si3N4耐火原料的不同細(xì)度的粉體。
本發(fā)明所制得的氮化硅鐵的組成物相主要為(3-Sialon、 a-Sialon、 15R、 Fe3Si、 Fe和少量的Si2N20、 A1N、 SiC、 FeSi和C等。本發(fā)明所制備的Fe-Sialon其中產(chǎn)物的鋁含量、鐵含量和硅含量可以通過控制原料的配比來調(diào)整。
本發(fā)明涉及的這種制備Fe- Sialon耐火原料的新方法具有成本低、制備過程消耗能量少的突出優(yōu)勢。.
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明
本發(fā)明制備過程中配料時各原料的加入量及質(zhì)量要求如下鐵精礦粉(或鐵屑粉、軋鋼
氧化鐵皮、硫鐵礦粉等其他含氧化鐵和鐵的材料)要求其中Fe含量百分比大于50y。，平均粒徑為小于0.30mm，加入量為0.1 卯.0%;高鋁粉煤灰要求其中Si02含量百分比大于20%，八1203含量百分比大于20%，平均粒徑為小于0.30mm，加入量為0.1 90.0%;焦炭粉(或使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、瀝青粉、石油焦粉、活性炭、煤粉等)要求其中C含量百分比大于90%,平均粒徑為小于0.30mm，加入量為0.1 90.0%;結(jié)合劑要求采用工業(yè)糊精溶液、或木質(zhì)素磺酸轉(zhuǎn)溶液、或聚乙烯醇溶液、或硅溶膠、或?yàn)r青、或焦油、或樹脂等耐火材料常用的結(jié)合劑，外加常用結(jié)合劑的加入量為總配料質(zhì)量的0.2 15%。
本發(fā)明提出的這種制備Fe-Sialon耐火原料的新方法，其主要特征為所述方法是將各種原料粉碎或研磨到所需粒度后，在按所述的比例進(jìn)行配料，加入到球磨機(jī)混合均勻;將球磨混合好的料加入混料機(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形顆粒)。成型并干燥，干燥好的磚坯(或成形后的球形顆粒)置于熱工窯爐中裝窯、加熱和碳熱還原氮化燒成，熱工窯爐可以是氮化電爐、馬弗式燃?xì)飧G或燃煤窯或燃油窯的氮化爐、微波氮化爐、感應(yīng)氮化爐、管式氮化爐、立式氮化爐等。坯體置于氮?dú)飧G爐中可以采
用埋碳顆粒保護(hù)。經(jīng)過常溫至170(TC的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原氮化燒成，升溫速度沒有特定
要求，在相應(yīng)的溫度下可以分別保溫一定時間，在最高焙燒下保溫10分鐘 50小時；自然
冷卻至室溫后取出坯體或球形顆粒，經(jīng)過粉碎加工的工藝過程，根據(jù)需要可以制備得到Fe-Sialon耐火原料的不同細(xì)度的粉體。本發(fā)明涉及的這種制備Fe-Sialon耐火原料的新方法具有成本低、制備過程消耗能量少的突出優(yōu)勢。
一種Fe- Sialon高性能耐火材料原料的制備工藝流程為
原料—配料—混料—成型—干燥—氮化燒成—檢驗(yàn)實(shí)施例1
原料及配比
鐵精礦粉(磁鐵礦)加入量為8wt.%，其中Fe含量百分比為60%，平均粒徑為小于0.088mm;高鋁粉煤灰加入量為74wt.%，其中A1203含量百分比為30%， SiCh含量百分比為50%，平均粒徑為小于0.088mm;焦炭粉加入量為18wt.%，其中C含量百分比為99.0%，平均粒徑為小于0.088mrn。外加結(jié)合劑硅溶膠的加入量為總配料質(zhì)量的2 3%。
配料、混料
首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小于
0.088mm，孔徑篩篩余量小于2.0wt.%。
成型
將球磨混合好的料加入混料機(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)成型為坯體(或用成球機(jī)成形為球形顆粒)。干燥
成型后的試樣在室溫下自然千燥10h，然后在干燥窯中先于10(TC干燥4h，使試樣的含水率^3.0%。
氮化燒成
將干燥好的試樣裝入氮化電爐中燒成，燒成溫度1550'C。燒成制度為150(TC保溫lh，155(TC保溫IO小時。
檢驗(yàn).
將燒成后的產(chǎn)物按要求進(jìn)行成分檢驗(yàn)。
7所得制品的主要物相如下p-Sialon， a-Sialon， Fe3Si和Fe。實(shí)施例2
原料及配比
鐵精礦粉(赤鐵礦)加入量為llwt.%,其中Fe含量百分比為55%，平均粒徑為小于0.088mm;高鋁粉煤灰加入量為73wt.%，其中A1203含量百分比為40%, Si02含量百分比為45%，平均粒徑為小于0.074mm;.石墨電極粉加入量為16wt.%，其中C含量百分比為98.0%，平均粒徑為小于0.074mm。外加結(jié)合劑(工業(yè)糊精)的加入量為總配料質(zhì)量的2 3%。
配料、混料
首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干磨12h，將原料充分混合均勻，粒度小于0.074mm,孔徑篩篩余量小于2.0wt,%。成型
將球磨混合好的料加入成型機(jī)成型成坯體(或球形顆粒)。
干燥
成型后的坯體在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中先于12(TC干燥2h，使試樣的含水氮化燒成
將干燥好的試樣裝入氮?dú)鉅t中燒成，燒成溫度1580°C。燒成制度為153(TC保溫lh，1580"C保溫7小時。檢驗(yàn)
將燒成后的產(chǎn)物按要求進(jìn)行成分檢驗(yàn)。所得制品的主要物相如下p-Sialon， a-Sialon， FesSi和Fe。實(shí)施例3原料及配比
鐵精礦粉(磁鐵礦)加入量為13wt.%，其中Fe含量百分比為63%，平均粒徑為小于0.074mm;高鋁粉煤灰加入量為67wt.%，其中A1203含量百分比為35%， Si02含量百分比為53°/。，平均粒徑為小于0.074mm;石油焦粉加入量為20wt.%，其中C含量百分比為90.0%，平均粒徑為小于0.074mm。外加結(jié)合劑(木質(zhì)素磺酸鈣)的加入量為總配料質(zhì)量的2 3%。
配料、混料
首先將各種原料按照上述的比例裝入混料機(jī)，干磨10h，將原料充分混合均勻，粒度小于
0.074mm，孔徑篩篩余量小于2.0wt.%。將球磨混合好的料加入成型機(jī)成型成坯體(或球形顆粒)。干燥
成型后的試樣在室溫下自然干燥12h，然后在干燥窯中先于10(TC干燥4h，使坯體的含水率53.0%。氮化燒成-
將干燥好的坯體裝入氮?dú)鉅t中燒成，燒成溫度153(TC。燒成制度為150(TC保溫lh， 1530°C保溫15小時。檢驗(yàn)
將燒成后的試樣按要求進(jìn)行成分檢驗(yàn)。所得制品的主要物相如下p-Sialon， a-Sialon， Fe3Si和Fe。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明涉及一種制備Fe-Sialon耐火原料的新方法，這種Fe-Sialon耐火原料的粉體主要用于煉鐵高爐的炮泥耐火材料。其特征為本發(fā)明以鐵精礦粉、高鋁粉煤灰和焦炭粉等為主要原料，外加常溫結(jié)合劑，按一定比例混合，然后成型為球形顆?；驂褐茷榕黧w(也可以直接將配合料裝在匣缽中或放在耐火托板上)干燥、裝窯、碳熱還原氮化燒成、冷卻、粉碎加工等工藝過程，可以制備出Fe-Sialon耐火原料的粉體。本發(fā)明所制得的鐵賽隆的組成物相主要為β-Sialon、α-Sialon、15R、Fe3Si、Fe和少量的Si2N2O、AlN、SiC、FeSi和C等。所述鐵精礦粉的加入量的質(zhì)量百分比為0.1～90.0％，所述高鋁粉煤灰加入量的質(zhì)量百分比為0.1～90.0％，所述焦炭粉加入量的質(zhì)量百分比為0.1～90.0％，所述外加常用結(jié)合劑的加入量為總配料質(zhì)量的0.2～15％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Fe-Sialoii耐火原料的方法，其特征在于所述鐵精礦粉原料為通常市售的鐵礦原料，也可以用鐵屑粉、軋鋼氧化鐵皮(軋鋼鐵鱗)和硫鐵礦粉等其他含氧化鐵和鐵的材料取代；鐵精礦粉或代用品中要求其中Fe含量百分比大于50%,平均粒徑為小于0.30mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法，其特征在于所述高鋁粉煤灰為通常發(fā)電廠運(yùn)行中產(chǎn)生的用后廢料；高鋁粉煤灰要求Si02含量百分比大于20%，A1203含量百分比大于20%,平均粒徑為小于0.30mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法，其特征在于所述焦炭粉為通常市售的原料，也可以用其它炭素材料如使用前后的炭塊和石墨電極粉、電煅無煙煤粉、瀝青粉、石油焦粉、活性炭、煤粉等取代。焦炭粉或代用品中要求C含量百分比大于90%，平均粒徑為小于0.30mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法，其特征在于所述制備過程中外加常溫結(jié)合劑采用工業(yè)糊精溶液、或木質(zhì)素磺酸鈣溶液、或聚乙烯醇溶液、或硅溶膠、或?yàn)r青、或焦油、或樹脂等耐火材料常用的結(jié)合劑。
6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法，其特征在于干燥好的坯體(或成形后的球形顆粒)置于熱工窯爐中裝窯、加熱和碳熱還原氮化燒成，熱工窯爐可以是氮化電爐、馬弗式燃?xì)飧G或燃煤窯或燃油窯的氮化爐、微波氮化爐、感應(yīng)氮化爐、管式氮化爐、立式氮化爐等。坯體置于氮?dú)飧G爐中可以采用埋碳顆粒保護(hù)。經(jīng)過常溫至170(TC的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原氮化燒成，升溫速度沒有特定要求，在相應(yīng)的溫度下可以分別保溫一定時間，在最高焙燒下保溫10分鐘 50小時；自然冷卻至室溫后取出坯體或球形顆粒，經(jīng)過粉碎加工的工藝過程，根據(jù)需要可以制備得到Fe-Sialon耐火原料的不同細(xì)度的粉體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備Fe-Sialon耐火原料的方法，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。Fe-Sialon是一種新型的具有耐高溫、良好的抗氧化性和熱化學(xué)穩(wěn)定性的耐火材料原料，并具有梯度燒結(jié)功能。它主要用于煉鐵高爐的炮泥耐火材料、出鐵溝澆注料，還可以用于制備其它的耐高溫材料。本發(fā)明以鐵精礦粉、高鋁粉煤灰和焦炭粉等為主要原料，通過組分設(shè)計(jì)，根據(jù)所需耐火材料要求在合適的溫度下進(jìn)行碳熱還原氮化反應(yīng)，冷卻后將產(chǎn)物破碎和磨細(xì)，即可得到該發(fā)明所述的Fe-Sialon耐火原料粉體。本發(fā)明所制得的Fe-Sialon的組成物相主要為β-Sialon、α-Sialon、15R、Fe₃Si、Fe和少量的Si₂N₂O、AlN、SiC、FeSi和C等。本發(fā)明涉及的這種制備Fe-Sialon高性能耐火材料原料的新方法具有成本低、制備過程消耗能量少和環(huán)境污染少的突出優(yōu)勢。
文檔編號C04B35/66GK101654369SQ200910092569
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者劉艷改, 健 張, 房明浩, 博 陳, 黃軍同, 黃朝暉 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)