專利名稱：一種氮化燒成的Al₂O₃-C質耐火材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于Al2O3-C質耐火材料技術領域。尤其涉及一種氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料及其制備方法。
背景技術：
20世紀70年代以來，由于鋼鐵工業快速發展與新技術的應用，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質耐火材料因其具有良好的耐用性而得到了廣泛的推廣應用，尤其是在煉鐵高爐、魚雷式混鐵車、鐵水罐等冶金高溫設備上，Al2O3-C質耐火材料是其主要的耐高溫內襯材料，處于不可或缺的地位。Al2O3-C質耐火材料的核心技術是在Al2O3質耐火材料(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質耐火材料的抗侵蝕性能。另外，鱗片石墨的導熱性好，在高溫使用條件下，加入鱗片石墨能降低Al2O3質耐火材料內部的溫度梯度及熱應力，進而提高耐火材料的抗熱震穩定性能，再加上鱗片石墨本身具有良好的耐高溫性，因此，在Al2O3質耐火材料中加入鱗片石墨制備Al2O3-C質耐火材料，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Al2O3-C質耐火材料的C被氧化掉后，Al2O3-C質耐火材料的氣孔率增大而變得多孔疏松，材料的強度明顯降低，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，人們進行了大量的研究工作，廣泛采用了在Al2O3-C質耐火材料添加防氧化劑辦法，用作添加劑的物質主要是金屬Al、Si、Mg 和SiC、Si3N4等，將這些物質的細粉單獨或混合添加到Al2O3-C質耐火材料中并用機械混合均勻，當發生高溫氧化時，這些添加劑首先或與C (鱗片石墨)同時發生氧化反應，可減緩C (鱗片石墨)的氧化過程，但對提高Al2O3-C質耐火材料的整體強度沒有貢獻。

發明內容
本發明的任務是提供一種抗氧化性能好、強度高、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質耐火材料及其制備方法。為實現上述任務，本發明所采用的技術方案是先將55 Mwt%的剛玉、5 20wt%的鱗片石墨和1 30wt%的金屬Si細粉為原料混合，外加所述原料3. 5 8wt%的結合劑，混碾10 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成所需的Al2O3-C質耐火材料產品的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于135(T170(TC和隊氣氛條件下保溫廣8小時， 制得氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料。
氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料包括定型Al2O3-C質耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管、鋼水澆注用Al2O3-C質滑板和水口磚。在上述技術方案中剛玉為Al2O3質耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt% ；鱗片石墨的C含量彡90wt%;金屬Si細粉為工業級金屬Si，粒度彡200目凡氣為工業N2氣；結合劑為酚醛樹脂、或為浙青、或為酚醛樹脂和浙青的混合物。由于采用上述技術方案，本發明采用了金屬Si細粉與N2氣的高溫反應以優化材料的結構與性能在隊氣氛條件下高溫氮化燒成階段，金屬Si細粉與N2氣反應生成氮化硅(N3Si4),新生成的氮化硅(N3Si4)在材料的基質中起到了很好的“橋接”作用，強化了材料顆粒及細粉之間的連結，形成牢固的整體，大幅度增大了 Al2O3-C質耐火材料內部的結合強度，提高了 Al2O3-C質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氣進入材料內部，達到保護材料中的石墨不被氧化，進而達到延長材料使用壽命之目的。因此，本發明克服了傳統Al2O3-C質耐火材料的強度低、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，具有強度高、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。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，對本發明做進一步的描述，并非對保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式
將要涉及到的原料理化技術參數統一描述如下，實施例不再贅述剛玉為Al2O3質耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt% ；鱗片石墨的C含量彡90wt% ；金屬Si細粉為工業級金屬Si，粒度彡200目；N2氣為工業N2氣。實施例1
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料4. 5 8wt%的酚醛樹脂作結合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成Al2O3-C質水口磚的生坯，再將壓制成的水口磚生坯經 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于135(T140(TC和隊氣氛條件下保溫6、小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質水口磚。實施例2
一種氮化燒成的Al2O3-C質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質滑板的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于140(T145(TC和隊氣氛條件下保溫5 7小時，制得氮化燒成的鋼水澆注用Al2O3-C質滑板。實施例3
一種氮化燒成的Al2O3-C質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合劑，混碾15 25分鐘。將混碾后的混合料壓制成定型Al2O3-C質耐火磚的生坯，再將壓制成的生坯經 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于145(T150(TC和隊氣氛條件下保溫4飛小時，制得氮化燒成的定型Al2O3-C質耐火磚。實施例4
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料3. 5 5. 5wt%的酚醛樹脂作結合劑，混碾10 20分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于150(T155(TC和隊氣氛條件下保溫3 5小時，制得氮化燒成的鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管。實施例5
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料6 8wt%的浙青作結合劑，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 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于155(T160(TC和隊氣氛條件下保溫2、小時，制得氮化燒成的水口磚。實施例6
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料5 7wt%的浙青作結合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水澆注用Al2O3-C質滑板的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于1600 1650°〇和隊氣氛條件下保溫廣3小時，制得氮化燒成的鋼水澆注用Al2O3-C質滑板。實施例7
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料5 7wt%的酚醛樹脂作結合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于165(T170(TC和隊氣氛條件下保溫廣3小時，制得氮化燒成的鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管。實施例8
一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料4 6wt%的酚醛樹脂作結合劑，混碾20 30分鐘。將混碾后的混合料壓制成定型Al2O3-C質耐火磚的生坯，再將壓制成的生坯經 18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于160(T165(TC和隊氣氛條件下保溫2、小時，制得氮化燒成的定型Al2O3-C質耐火磚。
本具體實施方式
采用金屬Si細粉與N2氣的高溫反應方法，以優化材料的結構與性能在N2氣氛條件下的高溫氮化燒成階段，金屬Si細粉與隊氣反應生成氮化硅(N3Si4),新生的氮化硅W3Si4)在材料的基質中起到了很好的“橋接”作用，強化了材料顆粒及細粉之間的連結，形成牢固的整體，大幅度增大了 Al2O3-C質耐火材料內部的結合強度，提高了 Al2O3-C質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氣進入材料內部，達到保護材料中的石墨不被氧化，進而達到延長材料使用壽命之目的。
因此，本具體實施方式
克服了傳統Al2O3-C質耐火材料的強度低、高溫使用過程中由于石墨(C)氧化而劣化材料性能的缺點，所發明的氮化燒成Al2O3-C質耐火材料具有強度高、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。
權利要求
1.一種氮化燒成的Al2O3-C質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細粉為原料混合，外加所述原料3. 5 8wt%的結合劑，混碾10 30分鐘；將混碾后的混合料壓制成所需的Al2O3-C質耐火材料產品的生坯，再將壓制成的生坯經18(T220°C烘烤，然后裝入高溫窯內于135(T170(TC和隊氣氛條件下保溫廣8小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料。
2.根據權利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料的制備方法，其特征在于所述的氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料包括定型Al2O3-C質耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管、 鋼水澆注用Al2O3-C質滑板和水口磚。
3.根據權利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料的制備方法，其特征在于所述的剛玉為Al2O3質耐火原料，剛玉的Al2O3含量彡93wt%0
4.根據權利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質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.根據權利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料的制備方法，其特征在于所述的金屬Si細粉為工業級金屬Si，經粉碎加工成細分，粒度< 200目。
6.根據權利要求1所述氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料的制備方法，其特征在于所述的結合劑為酚醛樹脂、或為浙青、或為酚醛樹脂和浙青的混合物。
7.根據權利要求廣6項中任一項所述氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料的制備方法所制備的氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料。
全文摘要
本發明具體涉及一種氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料及其制備方法。其技術方案是先將55～94wt%的剛玉、5～20wt%的鱗片石墨和1～30wt%的金屬Si細粉為原料混合，外加所述原料3.5～8wt%的結合劑，混碾10～30分鐘。將混碾后的混合料壓制成所需的Al2O3-C質耐火材料產品的生坯，再將壓制成的生坯經180~220℃烘烤，然后裝入高溫窯內于1350~1700℃和N2氣氛條件下保溫1~8小時，制得氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料。氮化燒成的Al2O3-C質耐火材料包括定型Al2O3-C質耐火磚、鋼水連鑄用Al2O3-C質保護管、鋼水澆注用Al2O3-C質滑板和水口磚。本發明具有強度高、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。
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 優先權日2011年11月4日
發明者彭瑋珂, 朱萬政, 祝洪喜, 鄧承繼 申請人:武漢科技大學