專利名稱：一種氮化燒成的Al₂O₃-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Al2O3-C質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種氮化燒成的Al2O3-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，人們對新型的高性能耐火材料開展了大量的研究工作。Al2O3-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，Al2O3-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。Al2O3-C質(zhì)耐火材料的核心技術(shù)是在Al2O3質(zhì)耐火材料(剛玉)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濕性能，因而能有效地提高Al2O3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Al2O3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Al2O3質(zhì)耐火材料中加入鱗片石墨制備Al2O3-C質(zhì)耐火材料，能全面提高耐火材料的使用性能。如專利JP57123860 (A)， JP61215251 (A)，JP1212274 (A)，US5746895 (A), CN1424279 (A)等都做了相應(yīng)的說明。 但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)Al2O3-C質(zhì)耐火材料的C被氧化掉后，Al2O3-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 Al2O3-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)行了大量的研究工作，廣泛采用了在Al2O3-C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Al2O3-C質(zhì)耐火材料中并用機(jī)械混合均勻，當(dāng)發(fā)生高溫氧化時，這些添加劑首先或與C (鱗片石墨)同時發(fā)生氧化反應(yīng)，可減緩C (鱗片石墨)的氧化過程，但對提高Al2O3-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、使用壽命長、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好的氮化燒成的Al2O3-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55 Mwt%的剛玉、5 20wt%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3. 5 8wt%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Al2O3-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于135(T170(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫廣8小時， 制得氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料。
氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料包括定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管、鋼水澆注用Al2O3-C質(zhì)滑板和水口磚。在上述技術(shù)方案中剛玉為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)級金屬Si，粒度彡200目凡氣為工業(yè)N2氣；結(jié)合劑為酚醛樹脂、或?yàn)檎闱唷⒒驗(yàn)榉尤渲驼闱嗟幕旌衔?。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用了金屬Si細(xì)粉與N2氣的高溫反應(yīng)以優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)與性能在隊(duì)氣氛條件下高溫氮化燒成階段，金屬Si細(xì)粉與N2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 Al2O3-C質(zhì)耐火材料內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度，提高了 Al2O3-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，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，阻止O2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)到延長材料使用壽命之目的。因此，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)Al2O3-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、使用壽命長、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對保護(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)級金屬Si，粒度彡200目；N2氣為工業(yè)N2氣。實(shí)施例1
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將90 Mwt%的剛玉、5 8wt% 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. 5 8wt%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Al2O3-C質(zhì)水口磚的生坯，再將壓制成的水口磚生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于135(T140(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫6、小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)水口磚。實(shí)施例2
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將85 90wt%的剛玉、5 8wt% 的鱗片石墨和5 10wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料5. 5 7wt%的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Al2O3-C質(zhì)滑板的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于140(T145(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫5 7小時，制得氮化燒成的鋼水澆注用Al2O3-C質(zhì)滑板。實(shí)施例3
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將80 85wt%的剛玉、5 8wt% 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6. 0 7. 5wt%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定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于145(T150(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫4飛小時，制得氮化燒成的定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚。實(shí)施例4
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將75 80wt%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3. 5 5. 5wt%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連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于150(T155(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫3 5小時，制得氮化燒成的鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管。實(shí)施例5
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將65 70wt%的剛玉、8 12wt% 的鱗片石墨和20 25wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料6 8wt%的浙青作結(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，再將壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于155(T160(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫2、小時，制得氮化燒成的水口磚。實(shí)施例6
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將55 60wt%的剛玉、12 15wt%的鱗片石墨和25 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料5 7wt%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Al2O3-C質(zhì)滑板的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于1600 1650°〇和隊(duì)氣氛條件下保溫廣3小時，制得氮化燒成的鋼水澆注用Al2O3-C質(zhì)滑板。實(shí)施例7
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將60 65wt%的剛玉、7 Hwt% 的鱗片石墨和25 30wt%的金屬Si細(xì)粉為原料混合，外加所述原料5 7wt%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鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于165(T170(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫廣3小時，制得氮化燒成的鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管。實(shí)施例8
一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。先將70 75wt%的剛玉、15 20 wt%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4 6wt%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定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng) 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于160(T165(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫2、小時，制得氮化燒成的定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚。
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)方法，以優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)與性能在N2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W3Si4)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 Al2O3-C質(zhì)耐火材料內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度，提高了 Al2O3-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， 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)到延長材料使用壽命之目的。
因此，本具體實(shí)施方式
克服了傳統(tǒng)Al2O3-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Al2O3-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、使用壽命長的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于先將55 Mwt%的剛玉、5 20wt%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3. 5 8wt%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Al2O3-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于135(T170(TC和隊(duì)氣氛條件下保溫廣8小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料包括定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管、 鋼水澆注用Al2O3-C質(zhì)滑板和水口磚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的Al2O3-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
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的Al2O3-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%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的Al2O3-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)級金屬Si，經(jīng)粉碎加工成細(xì)分，粒度< 200目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化燒成的Al2O3-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> 7.根據(jù)權(quán)利要求廣6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料的制備方法所制備的氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料及其制備方法。其技術(shù)方案是先將55～94wt%的剛玉、5～20wt%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3.5～8wt%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Al2O3-C質(zhì)耐火材料產(chǎn)品的生坯，再將壓制成的生坯經(jīng)180~220℃烘烤，然后裝入高溫窯內(nèi)于1350~1700℃和N2氣氛條件下保溫1~8小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料。氮化燒成的Al2O3-C質(zhì)耐火材料包括定型Al2O3-C質(zhì)耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質(zhì)保護(hù)管、鋼水澆注用Al2O3-C質(zhì)滑板和水口磚。本發(fā)明具有強(qiáng)度高、抗氧化、使用壽命長、抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕性能好的特點(diǎn)。
文檔編號C04B35/66GK102503485SQ20111034476
公開日2012年6月20日 申請日期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 申請人:武漢科技大學(xué)