一种Si₃N₄增强型炉底辊套管的制备方法

专利名称：一种Si₃N₄增强型炉底辊套管的制备方法
技术领域：
本发明涉及以碳质原料与Si3N4制备耐高温冶金材料的技术领域。尤其涉及一种 Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法。
背景技术：
自上世纪八十年代以来，连续退火系统已成为生产高质量钢板的主要热处理系 统，由此产生了对高质量炉底辊的需求，而且这种需求随着钢铁工业的发展而日益增长。而 硅钢薄板的性能要求极高，因而生产硅钢板的连续退火炉对炉底辊套管具有更加独特的要 求。目前硅钢炉底辊所使用的套管为碳质材料套管。专利JP57137419A，JP57140377A, 1092324A, CN1117479, CN1994967, CN2199206, CN200910273454. 5和CN20091027;3455. X，分别叙述了硅钢炉底辊套管及其制备与表面处 理方法，所制备的碳质炉底辊套管能够用于硅钢板的成产。自上世纪八十年代至今，这类碳 质炉底辊套管为硅钢板的成产发挥了巨大的作用，一直处于不可替代的地位。但是，经过多 年的实际应用情况表明，碳质炉底辊套管存在一些突出的问题如在使用过程中产生表面 结瘤，划伤硅钢板的表面，影响硅钢板的电性能而造成废品；耐磨性不好，使用一段时间后， 套管中间被磨损变细而形成“哑铃”状，造成板边变形而出现次品；抗氧化性不好，在热处理 硅钢的高温条件下逐渐被炉中的高温H2O气体所氧化，使碳质炉底辊套管表面疏松、出现麻 面、降低耐磨性、进而缩短使用寿命，同时也会出现加剧结瘤并影响硅钢板质量等问题。为 克服上述问题，采用了致密碳质原料，高压成型和表面渗透处理等方法提高套管的性能，但 是，碳质原料固有的抗氧化性和耐磨损性差等问题依然没有得到根本的解决。

发明内容
为了克服已有炉底辊套管的制备方法的抗氧化性能较差、强度较差、耐磨性较差 的不足，本发明提供一种抗氧化性能好、强度高、耐磨性好和有利于提高硅钢板质量的Si3N4 增强型炉底辊套管的制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，在碳质套管的制备基础上添加1 IOwt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结生成Si3N4。作为优选的一种方案所述的金属Si粉的粒度为0. 1-Omm，杂质含量< 2%。进一步，所述的氮化反应烧结是在工业N2气保护条件下进行高温烧结。更进一步，所述的氮化反应烧结温度为1320 1500°C，保温时间为2 沈小时。作为优选的再一种方案将制备得到的Si3N4增强型炉底辊套管应用于增强型硅 钢炉底辊套管。本发明的技术构思为本发明采用的Si粉在高温时与N2反应，在碳质材料的基础 上，生成一定数量的细微Si3N4颗粒，由于Si3N4陶瓷的强度大、耐磨损、耐高温、抗氧化性好， 可以增加套管的强度、增强耐磨性，提高了该套管的抗氧化性能；而套管的基质材料仍是碳质材料，仍然保持了碳质材料的自润滑性能，有利于套管表面的自润滑性能，保障硅钢板的 表面光洁度，在生产使用中表面不结瘤，避免因表面结瘤而划伤硅钢板的问题。由于该套 管既保持了碳质材料的良好自润滑性能，又发挥了 Si3N4陶瓷的耐磨损和抗氧化性能，具有 抗氧化性和耐磨性好的特点，可有效减缓套管的使用磨损，增强材料的耐用性，延长使用寿 命，更重要的是保障了硅钢的正常生产，稳定产品质量，提高经济效益。本发明的有益效果主要表现在具有抗氧化性能好、强度高、耐磨性好、不结瘤、耐 用性好、有利于提高硅钢板质量。
具体实施例方式下面对本发明作进一步描述。为避免重复，先将本具体实施方式
将要涉及到的原料理化技术参数相同的工艺条 件统一描述如下，实施例不再赘述金属Si粉的粒度为0. 1 0mm，杂质含量彡2% ;N2是 采用工业N2气；配料中加入金属Si粉时就减少相同数量的碳粉；除氮化反应烧结条件外， 其它与碳质原料和成型等生产工艺技术与碳质套管相同。实施例1一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添加 1 3wt %的金属Si粉，在队气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1320 1390°C， 保温时间为18 沈小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成Si3N4 增强型炉底辊套管。实施例2一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添加 3 6wt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1350 1410°C， 保温时间为15 22小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成Si3N4 增强型炉底辊套管。实施例3一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添加 6 8wt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1370 1430°C， 保温时间为12 18小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成Si3N4 增强型炉底辊套管。实施例4一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添 加8 IOwt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1410 1500°C，保温时间为2 8小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成 Si3N4增强型炉底辊套管。实施例5一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添加 3 5wt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1390 1480°C， 保温时间为6 12小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成Si3N4增 强型炉底辊套管。
实施例6一种Si3N4增强型硅钢炉底辊套管的制备方法在碳质套管的制备基础上，添加 4 7wt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结，氮化烧结温度为1380 1470°C， 保温时间为8 15小时反应生成Si3N4，其它生产工艺技术与碳质套管相同，制备成Si3N4增 强型炉底辊套管。本具体实施方式
采用的Si粉在高温时与N2反应，在碳质套管中生成一些细微的 Si3N4颗粒，利用Si3N4陶瓷的强度大、耐磨损、耐高温、抗氧化性好等特性来增加套管的强 度、增强耐磨性，提高套管的抗氧化性能；而套管的基本材料还是碳质材料，仍然保持了碳 质材料的自润滑性能，有利于套管表面的自润滑性能，保障硅钢板的表面光洁度，在生产使 用中表面不结瘤，避免因表面结瘤而划伤硅钢板的问题。由于该套管既保持了碳质材料的 良好自润滑性能，又发挥了 Si3N4陶瓷的耐磨损和抗氧化性能，具有抗氧化性和耐磨性好的 特点，可有效减缓套管的使用磨损，增强材料的耐用性，延长使用寿命，更重要的是保障了 硅钢的正常生产，稳定产品质量，提高经济效益。实施例7将实施例1 6制备得到的Si3N4增强型炉底辊套管应用于增强型硅钢炉底辊套管。
权利要求
1.一种Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，其特征在于在碳质套管的制备基础上添 加1 IOwt %的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结生成Si3N4。
2.根据权利要求1所述的Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，其特征在于所述的金 属Si粉的粒度为0. 1 0mm，杂质含量彡2%。
3.根据权利要求1或2所述的Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，其特征在于所述 的氮化反应烧结是在工业N2气保护条件下进行高温烧结。
4.根据权利要求1或2所述的Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，其特征在于所述 的氮化反应烧结温度为1320 1500°C，保温时间为2 沈小时。
5.根据权利要求1或2所述的Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，其特征在于将制 备得到的Si3N4增强型炉底辊套管应用于增强型硅钢炉底辊套管。
全文摘要
一种Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法，在碳质套管的制备基础上添加1～10wt％的金属Si粉，在N2气条件下进行氮化反应烧结生成Si3N4。本发明提供一种抗氧化性能好、强度高、耐磨性好和有利于提高硅钢板质量的Si3N4增强型炉底辊套管的制备方法。
文档编号C04B35/65GK102050624SQ20111000339
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者翁小玲 申请人:翁小玲