專利名稱：一種Si₃N₄-SiC-C耐火原料粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Si3N廠SiC-C耐火原料粉體制備的新方法，其特征為本發(fā)明以石 英粉(或其他Si02含量高的代用品)和焦炭粉(或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、活性炭粉)為主要原料，外加常溫結(jié)合劑，并將 其按一定比例混合，然后經(jīng)成型(可以為干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原 料成型為球形顆?；蛑苯訉⑴浜狭涎b在匣缽、耐火托板等耐火制品中)、干燥、裝窯、碳熱還 原氮化燒成、冷卻、破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程制備出Si3N4-SiC-C耐火原料粉體。本發(fā)明 所制備的Si3N4-SiC_C耐火粉體原料的主要組成成分有a -Si3N4、 P _Si3N4、 a -SiC、 P -SiC 和少量的C、 Si2N20等，各物相所占總比例a _Si3N4+ P -Si3N4+ a -SiC+ P _SiC+C大于90% 。 這種Si3N4-SiC-C耐火原料粉體主要用于制備電解鋁工業(yè)的鋁電解槽側(cè)墻耐火材料和其它 含Si3N廠SiC-C質(zhì)耐火材料。所述石英粉加入量為0. 1 99. Owt^，所述焦炭粉加入量的 質(zhì)量百分比為0. 1 99. Owt^，所述外加常溫結(jié)合劑加入量為總配料質(zhì)量的0. 2 15%。
所述石英粉為通常市售礦物原料，也可以用其他Si02含量高的材料如氧化硅微粉 (俗稱硅灰)等取代；石英粉或代用品中要求3102含量百分比大于88%，粒徑為小于2. 5mm 的細(xì)顆粒和細(xì)粉。 所述焦炭粉為通常市售工業(yè)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、活性炭粉等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含 量百分比大于90%，一般粒徑小于1. 50mm。 所述碳熱還原氮化反應(yīng)所用的氮?dú)鉃槭惺酃I(yè)原料，其純度一般不小于97%。
所述制備過程中外加的常溫結(jié)合劑采用工業(yè)糊精溶液、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，其加入量為總配料質(zhì)量的0. 2% 15. 0%。 將石英粉(或其他Si02含量高的代用品)和焦炭粉(或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、活性炭粉)按一定配比混合后 加入球磨機(jī)中球磨0. 1 24h至石英粉與還原劑碳混合均勻，球磨的方式可以選用干法球 磨或濕法球磨，其中球磨介質(zhì)可以選用金屬球、陶瓷球或瑪瑙球等，濕法球磨選用的球磨液 可以是水或無水乙醇等。然后將混合均勻的原料經(jīng)過成型、干燥等工藝過程制成坯體，其中 成型工藝可以是干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料采用盤式成球機(jī)成型 為球形顆?；蛑苯訉⑴浜狭涎b在匣缽、耐火托板等耐火制品中。 將干燥好的坯體(或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火托板等耐火制品 中的配合料)置于熱工窯爐中經(jīng)加熱和碳熱還原氮化等過程燒成，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(或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火托板等耐火制品中的配合 料)經(jīng)過常溫至170(TC的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原氮化燒成過程中需要通入氮?dú)?，升溫速?沒有特定要求，在相應(yīng)的溫度下可以分別保溫一定時(shí)間，在最終燒成溫度下保溫1分鐘 90小時(shí)，然后在氮?dú)鈿夥障伦匀焕鋮s至室溫后即得到Si3NfSiC-C耐火原料。
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，將上述Si^-SiC-C耐火原料經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程 即可制備出所述Si3N4-SiC_C耐火原料粉體。 本發(fā)明所制備的Si3N4-SiC_C耐火粉體原料的主要物相組成為 P-Si3N4、 a-Si3N4、 a-SiC、 P—SiC和少量的C、 Si2N20等，各物相所占總比例
5a -Si3N4+P -Si3N4+a -SiC+P -SiC+C大于90%。該Si3N4-SiC_C耐火原料不僅可以單獨(dú)作 為耐火材料使用，也可以添加到其他耐火材料中以提高其性能。 本發(fā)明涉及的這種制備Si3N4-SiC_C耐火原料粉體的新方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本 低、制備過程消耗能量少、粉體物相純度較高以及便于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為天 然石英的高效增值利用提供一條新的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
原料及配比 石英粉加入量為71.4wt%，其中Si(^含量百分比為98.0%，平均粒徑為小 于0. 074mm ;焦炭粉加入量為28. 6wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小于 0. 150mm。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)，干法球磨lOh，將原料充分混合均 勻，粒度小于0. 150mm，孔徑篩篩余量小于2. Owt%。
成型或成球 將球磨混合好的原料加入混料機(jī)中加入適量水后混合，然后把物料在成型機(jī)上成 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干燥12h，然后在干燥窯中于IO(TC干燥20h，使坯體 試樣的含水率《i.o%。
碳熱還原氮化燒成 將干燥好的試樣裝入氮化電爐中碳熱還原氮化燒成，最高燒成溫度165(TC并保溫 10小時(shí)。 上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程 即可制備出所述Si3N4-SiC_C耐火原料粉體。所制備的Si3N4-SiC_C耐火粉體原料的主要組 成成分為P_Si3N4、 a-Si3N4、 a-SiC、 P-SiC和少量的C、 Si2N20。
實(shí)施例2
原料及配比 硅灰加入量為62.5wt^，其中Si(^含量百分比為92. 0 % ，平均粒徑為小于 0. 074mm ;石墨電極粉加入量為37. 5wt % ，其中C含量百分比為90. 0 % ，平均粒徑為小于 0. 150mm。外加結(jié)合劑(聚乙烯醇)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)，干法球磨8h，將原料充分混合均勻， 粒度小于0. 150mm，孔徑篩篩余量小于2. Owt% 。
成型或成球 將球磨混合好的原料加入混料機(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干燥12h，然后在干燥窯中于15(TC干燥20h，使試樣
的含水率《1.0%。 碳熱還原氮化燒成 將干燥好的試樣裝入燃?xì)飧粞娴癄t中碳熱還原氮化燒成，燒成溫度162(TC并保 溫12小時(shí)。 上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程 即可制備出所述Si3N4-SiC_C耐火原料粉體。所制備的Si3N4-SiC_C耐火粉體原料的主要組 成成分為P_Si3N4、 a-Si3N4、 a-SiC、 P-SiC和少量的C、 Si2N20。
實(shí)施例3
原料及配比 硅灰加入量為32.5wt^，其中Si(^含量百分比為92. 0 % ，平均粒徑為小于 0. 074mm ;石英粉加入量為31.4wt%，其中Si02含量百分比為98. 0 % ，平均粒徑為小 于0. 074mm ;焦炭粉加入量為18. 6wt %，其中C含量百分比為90. 0 %，平均粒徑為小于 0. 150mm。石墨電極粉加入量為17. 5wt % ，其中C含量百分比為90. 0 % ，平均粒徑為小于 0. 150mm。外加結(jié)合劑(聚乙烯醇)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)，干法球磨12h，將原料充分混合均 勻，粒度小于0. lOOmm，孔徑篩篩余量小于2. Owt%。
成型或成球 將球磨混合好的原料加入混料機(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干燥24h，然后在干燥窯中于12(TC干燥20h，使試樣
的含水率《1.0%。 碳熱還原氮化燒成 將干燥好的試樣裝入燃煤粉隔焰氮化爐中碳熱還原氮化燒成，燒成溫度155(TC并 保溫30小時(shí)。 上述燒成產(chǎn)物經(jīng)過自然冷卻后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程 即可制備出所述Si3N4-SiC_C耐火原料粉體。所制備的Si3N4-SiC_C耐火粉體原料的主要組 成成分為P_Si3N4、 a-Si3N4、 a-SiC、 P-SiC和少量的C、 Si2N20。 本發(fā)明所述技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)用較簡(jiǎn)單的工藝、較低的能耗，制備性能優(yōu)良、可達(dá)到鋁 電解槽側(cè)墻磚和其他非氧化物耐火材料使用要求的Si3N4-SiC-C耐火原料粉體，本發(fā)明為 耐火材料工業(yè)提供了一種具有高性能/價(jià)格比的Si3N4-SiC-C耐火原料粉體。
權(quán)利要求
本發(fā)明涉及一種Si3N4-SiC-C耐火原料制備的新方法，其特征為碳熱還原氮化天然石英細(xì)粉制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體。本發(fā)明所制備的Si3N4-SiC-C耐火粉體原料的主要組成成分有α-Si3N4、β-Si3N4、α-SiC、β-SiC和少量的C、Si2N2O等，各物相所占總比例α-Si3N4+β-Si3N4+α-SiC+β-SiC+C大于90％。這種Si3N4-SiC-C耐火原料粉體主要用于制備電解鋁工業(yè)的鋁電解槽側(cè)墻耐火材料和其它含Si3N4-SiC-C質(zhì)耐火材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的制備方法，其特征在于 所述石英粉為通常市售礦物原料，也可以用其他Si02含量高的材料如氧化硅微粉(俗稱硅 灰)等取代；石英粉或代用品中要求Si02含量百分比大于88%，粒徑為小于2. 5mm的細(xì)顆 粒和細(xì)粉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的制備方法，其特征在于所 述Si3N4-SiC-C耐火原料制備新方法的特征為本發(fā)明以石英粉(或其他Si02含量高的代 用品)和焦炭粉(也可以是石墨或炭黑)為主要原料，外加常溫結(jié)合劑，并將其按一定比例 混合，然后經(jīng)成型(可以為干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料成型為球形 顆粒或直接將配合料裝入匣缽、耐火托板等耐火制品中)、干燥、裝窯、碳熱還原氮化燒成、 冷卻、破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程制備出Si3N4-SiC-C耐火原料粉體。所述石英粉加入量為 0. 1 99. Owt^，所述焦炭粉、石墨或炭黑加入量的為0. 1 99. Owt^，所述外加常溫結(jié)合 劑加入量為總配料質(zhì)量的0. 2 15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的方法，其特征在于所 述焦炭粉為通常市售工業(yè)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、活性炭粉等取代。焦炭粉或代用品中要求碳含量百分比 大于90%，一般粒徑小于1. 50mm。
5 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的方法，其特征在于所 述碳熱還原氮化反應(yīng)所用的氮?dú)鉃槭惺酃I(yè)原料，其純度一般不小于97 % 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的方法，其特征在于所 述制備過程中外加的常溫結(jié)合劑采用工業(yè)糊精溶液、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，其加入量為總配料質(zhì)量的0. 2% 15. 0%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的方法，其制備工藝過 程依次為a) 將石英粉(或其他Si02含量高的代用品)和焦炭粉(或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、活性炭粉)按一定配比混合后加 入球磨機(jī)中球磨0. 1 24h至石英粉與還原劑碳混合均勻，球磨的方式可以選用干法球磨 或濕法球磨，其中球磨介質(zhì)可以選用金屬球、陶瓷球或瑪瑙球等，濕法球磨選用的球磨液可 以是水或無水乙醇等。然后將混合均勻的原料經(jīng)過成型、干燥等工藝過程制成坯體，其中成 型工藝可以是干壓成型、半干壓成型或等靜壓成型，也可以將原料采用盤式成球機(jī)成型為 球形顆粒或直接將配合料裝在匣缽中、耐火托板等耐火制品中。b) 將干燥好的坯體(或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火托板等耐火制品中 的配合料)置于熱工窯爐中經(jīng)加熱和碳熱還原氮化等過程燒成，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(或成形后的球形顆粒，或直接裝在匣缽、耐火托板等耐火制品中的配合料)經(jīng)過常溫至170(TC的溫度范圍內(nèi)的碳熱還原氮化燒成過程中需要通入氮?dú)?，升溫速?沒有特定要求，在相應(yīng)的溫度下可以分別保溫一定時(shí)間，在最終燒成溫度下保溫1分鐘 90小時(shí)，然后在氮?dú)鈿夥障伦匀焕鋮s至室溫后即得到Si3N4-SiC-C耐火原料。c)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，將上述Si3N廠SiC-C耐火原料經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝過程即 可制備出所述Si3N4-SiC-C耐火原料粉體。本發(fā)明涉及的這種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的新方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、制 備過程消耗能量少、粉體物相純度較高以及便于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為天然石 英的高效增值利用提供一條新的技術(shù)途徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的制備方法，屬于耐火材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其特征是在適當(dāng)?shù)母邷丨h(huán)境和氮?dú)鈿夥障乱越固糠?、石墨或炭黑碳熱還原氮化天然石英制備Si3N4-SiC-C耐高溫材料，并經(jīng)破碎、粉碎、磨細(xì)等工藝制成可用于鋁電解槽側(cè)墻磚等耐火制品的Si3N4-SiC-C粉體原料。本發(fā)明所制備的Si3N4-SiC-C耐火粉體原料的主要組成成分有α-Si3N4、β-Si3N4、α-SiC、β-SiC和少量的C、Si2N2O等。本發(fā)明所涉及的這種制備Si3N4-SiC-C耐火原料粉體的新方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、制備過程消耗能量少以及便于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為天然石英的高效增值利用提供一條新的技術(shù)途徑。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101734936SQ20091024300
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者劉艷改, 徐友果, 房明浩, 陳凱, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)