一种碳化硅复合耐火材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳化硅复合耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。是由按重量份计的如下组分所制成：碳化硅粉体40～60份、硅粉4～12份、铝粉6～12份、二氧化钛粉2～5份、氧化铝粉4～6份、二氧化硅粉1～3份、掺钇和铈的稳定氧化锆粉体4～6份、绢云母1～3份、结合剂5～8份。本发明制备的复合耐火材料具有强度高的优点，并且具有耐碱腐蚀性较的效果。
【专利说明】
一种碳化硅复合耐火材料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种碳化娃复合耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 耐火材料的使用性能是影响高炉寿命很重要的一个因素。20世纪80年代以前，国 内高炉炉衬一般采用高铝砖、粘土砖和普通炭砖砌筑，寿命很短。当时对高炉耐火材料使用 性能的研究很少，因为产品标准中只有几项常规指标，如炭砖的灰分、抗压强度、气孔率、体 积密度，高铝砖的抗压强度、气孔率、体积密度、耐火度、荷重软化点、AlO 3含量、Fe2O3含量 等。这些常规指标不能反映生产过程中高炉炉衬的实际工作状态，因而这些指标的高低与 高炉寿命的关系并不密切。
[0003] 尚炉用的耐火材料主要包括炭砖和娃错质耐火材料等。尚炉炭砖有半石墨炭砖、 微孔炭砖、超微孔炭砖、石墨砖和模压小炭砖等。国外、国内各牌号炭砖目前国内高炉陶瓷 杯用砖有复合棕刚玉砖、刚玉莫来石砖、塑性相结合棕刚玉砖、微孔刚玉砖、法国陶瓷杯砖 (浇注块)等5种，复合棕刚玉砖的抗碱性较差，一般大型高炉已不采用。陶瓷杯炉缸结构是 法国首先开发的，是一种不经高温烧成的浇注块，其主要优点抗碱性优良，抗炉渣侵蚀性较 好，抗铁水熔蚀性很好，是微气孔砖，适用于炉缸砖衬。近年国内相继开发出多种陶瓷杯用 砖，则都是高温烧成的。国产微孔刚玉砖的各项性能均已达到或优于法国陶瓷杯砖，其中抗 炉渣侵蚀性和耐压强度更好。塑性相刚玉砖除微气孔指标较差外，其他性能都较好，是目前 应用最多的~种。刚玉莫来石砖由于抗碱性和抗炉渣侵蚀性很差，不适合用于炉缸部位，但 用于陶瓷杯底仍是适用的。
[0004] β-赛隆具有与Si3N4相似的结构与性能，如高的机械强度、低的热膨胀系数、优良的 耐磨性及化学稳定性。刚玉则具有高熔点、低导热和优良的抗渣性和耐磨性等特性。因此， 将赛隆与刚玉制成复相耐火材料被认为在性能上与赛隆结合SiC耐火材料相似，具有优 良的抗碱性、抗渣性、抗热震稳定性和耐磨性，为导热系数比较低（l〇〇〇°C3.5w/mK)的一种 优质低导热材料。
[0005] CN101429043A公开一种利用用后滑板砖与硅、铝粉合成赛隆-刚玉复合材料的方 法，采用50~70 %的用后滑板砖粉为原料，分别加入10~20 %铝粉和20~40 %硅粉经过混 合、干燥、压力成型和加热烧结处理多个步骤，制备成赛隆-刚玉复合材料。CN101798232A公 开一种赛隆-碳化硅-刚玉复合耐火材料的制备方法。原料组成为：刚玉15-25%，碳化硅颗 粒45-55%，碳化硅细粉8-12%，赛隆17-25% ;工艺过程为先将碳化硅颗粒加入行星式混料 机中混合4-6分钟，加入碳化硅细粉、刚玉、赛隆再混合8-12分钟，加入占原料总质量比3-4%的结合剂后，在行星式混料机中混合25-35分钟;压制成耐火砖坯;在30-150 °C的温度下 干燥;置于氮化炉中并充入高纯氮气连续加热升温烧结，降温和冷却。但是上述的耐火材料 存在着强度低和耐碱腐蚀性不好的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是:提供一种具有强度高并且具有较好耐碱性的复合耐火材料，技 术方案是： 一种碳化硅复合耐火材料，是由按重量份计的如下组分所制成:碳化硅粉体40~60份、 硅粉4~12份、铝粉6~12份、二氧化钛粉2~5份、氧化铝粉4~6份、二氧化硅粉1~3份、掺钇 和铺的稳定氧化错粉体4~6份、絹云母1~3份、结合剂5~8份。
[0007] 所述的结合剂为E44环氧树脂。
[0008] 所述的碳化娃粉体的平均粒径是500~lOOOnm。
[0009] 所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉的目数是400~800目；二氧化钛粉 的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400目；所述的二氧化硅粉的目数是400 ~800目。
[0010] 所述的碳化硅复合耐火材料的制备方法，包括如下步骤:将各组分原料在混碾机 中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下烧成，即得。
[0011] 烧成温度为1350~1450 °C，升温速率0.5~l°C/分，分段保温是在1350~1380 °C条 件下保温8~10小时，然后升温到1400~1450°C，在此条件下保温3~5小时。
[0012] 所述的掺钇和铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取2~4份的ZrOCl2 · 8H20、0 · 5~1份CeCl3和0 · 2~0 · 4份的YCl3为 原料，溶解在水20~40份中，混合均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的 温度是100~l〇5°C，加热时间是3~5小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至70~75°C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4)2C03 水溶液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热 反应2~2.5小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内740~860 °C煅烧2~3小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:0.5~1.5的比例制备浆料，在 浆料中加入1~5%粘结剂、0.5~3%的分散剂、0.1~0.3%的消泡剂，以上加入物质的量均按 粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌研磨10~ 20小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0013] 粘结剂是聚乙烯醇;分散剂是铵型DGA40;消泡剂是BKY603。
[0014] 有益效果 本发明制备的复合耐火材料具有强度高的优点，并且具有耐碱腐蚀性较的效果。
【具体实施方式】 [0015] 实施例1 备制如下原料:碳化硅粉体50份、硅粉4份、铝粉6份、二氧化钛粉2份、氧化铝粉4份、二 氧化硅粉1份、掺钇和铈的稳定氧化锆粉体4份、絹云母1份、E44环氧树脂结合剂5份;其中， 碳化硅粉体的平均粒径是500~1000 nm;所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉的目 数是400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400目；所 述的二氧化硅粉的目数是400~800目。
[0016] 制备步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下 烧成，即得，其中，烧成温度为1350~1450 °C，升温速率0.5 °C /分，分段保温是在1350 °C条件 下保温8小时，然后升温到1400°C，在此条件下保温3小时。
[0017] 其中，所述的掺钇和铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取2份的ZrOCl2 · 8H20、0.5份CeCl3和0.2份的YCl3为原料，溶解在 水20份中，混合均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105 °C，加热时间是3小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至70 °C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4) 2C03水溶 液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热反应 2小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内740°C煅烧2小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:0.5的比例制备浆料，在浆料 中加入1%粘结剂聚乙烯醇、0.5%的分散剂铵型DGA40、0.1%的消泡剂BKY603，以上加入物质 的量均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌 研磨10小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0018] 实施例2 备制如下原料:碳化硅粉体50份、硅粉12份、铝粉12份、二氧化钛粉5份、氧化铝粉6份、 二氧化硅粉3份、掺钇和铈的稳定氧化锆粉体6份、絹云母3份、E44环氧树脂结合剂8份;其 中，碳化硅粉体的平均粒径是500~1000 nm;所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉 的目数是400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400 目；所述的二氧化硅粉的目数是400~800目。
[0019] 制备步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下 烧成，即得，其中，烧成温度为1350~1450°C，升温速率1°C/分，分段保温是在1380°C条件下 保温10小时，然后升温到1450°C，在此条件下保温5小时。
[0020] 其中，所述的掺钇和铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取4份的ZrOCl2 · 8H20、1份CeCl3和0.4份的YCl3为原料，溶解在水 40份中，混合均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105°C， 加热时间是5小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至75 °C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4) 2C03水溶 液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热反应 2.5小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内860°C煅烧3小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:1.5的比例制备浆料，在浆料 中加入5%粘结剂聚乙烯醇、3%的分散剂铵型DGA40、0.3%的消泡剂BKY603，以上加入物质的 量均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌研 磨20小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0021] 实施例3 备制如下原料:碳化硅粉体60份、硅粉10份、铝粉10份、二氧化钛粉4份、氧化铝粉5份、 二氧化硅粉2份、掺钇和铈的稳定氧化锆粉体5份、絹云母2份、E44环氧树脂结合剂7份;其 中，碳化硅粉体的平均粒径是500~1000 nm;所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉 的目数是400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400 目；所述的二氧化硅粉的目数是400~800目。
[0022] 制备步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下 烧成，即得，其中，烧成温度为1350~1450 °C，升温速率0.8 °C /分，分段保温是在1360 °C条件 下保温9小时，然后升温到1420°C，在此条件下保温4小时。
[0023] 其中，所述的掺钇和铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取3份的ZrOCl2 · 8H20、0.8份CeCl3和0.3份的YCl3为原料，溶解在 水30份中，混合均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105 °C，加热时间是4小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至72 °C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4) 2C03水溶 液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热反应 2小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内800°C煅烧3小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:1的比例制备浆料，在浆料中 加入3%粘结剂聚乙烯醇、1%的分散剂铵型DGA40、0.2%的消泡剂BKY603,以上加入物质的量 均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌研磨 15小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0024] 对照例1 与实施例3的区别在于:在稳定氧化锆的球状颗粒粉体的制备中未掺杂铈。
[0025]备制如下原料:碳化硅粉体60份、硅粉10份、铝粉10份、二氧化钛粉4份、氧化铝粉5 份、二氧化硅粉2份、掺钇的稳定氧化锆粉体5份、絹云母2份、E44环氧树脂结合剂7份;其中， 碳化硅粉体的平均粒径是500~1000 nm;所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉的目 数是400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400目；所 述的二氧化硅粉的目数是400~800目。
[0026] 制备步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下 烧成，即得，其中，烧成温度为1350~1450 °C，升温速率0.8 °C /分，分段保温是在1360 °C条件 下保温9小时，然后升温到1420°C，在此条件下保温4小时。
[0027] 其中，所述的掺钇的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取3份的ZrOCl2 · 8H20、0.3份的YCl3为原料，溶解在水30份中，混合 均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105°C，加热时间是4 小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至72 °C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4) 2C03水溶 液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热反应 2小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内800°C煅烧3小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:1的比例制备浆料，在浆料中 加入3%粘结剂聚乙烯醇、1%的分散剂铵型DGA40、0.2%的消泡剂BKY603,以上加入物质的量 均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌研磨 15小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0028] 对照例2 与实施例3的区别在于:未加入絹云母。
[0029]备制如下原料:碳化硅粉体60份、硅粉10份、铝粉10份、二氧化钛粉4份、氧化铝粉5 份、二氧化硅粉2份、掺钇和铈的稳定氧化锆粉体5份、E44环氧树脂结合剂7份;其中，碳化硅 粉体的平均粒径是500~1000 nm;所述的硅粉的目数是200~400目，所述的铝粉的目数是 400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化铝粉的目数200~400目；所述的 二氧化硅粉的目数是400~800目。
[0030]制备步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下 烧成，即得，其中，烧成温度为1350~1450 °C，升温速率0.8 °C /分，分段保温是在1360 °C条件 下保温9小时，然后升温到1420°C，在此条件下保温4小时。
[0031 ]其中，所述的掺钇和铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤： 第1步，按重量份计，取3份的ZrOCl2 · 8H20、0.8份CeCl3和0.3份的YCl3为原料，溶解在 水30份中，混合均匀后，在反应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105 °C，加热时间是4小时，反应结束后降温； 第2步，对1步的反应液升温至72 °C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt%(NH4) 2C03水溶 液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10,在不断搅拌下，缓慢滴加并加热反应 2小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤； 第3步，对沉淀物用乙醇陈化，放于容器中陈化12小时以上； 第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内800°C煅烧3小时； 第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:1的比例制备浆料，在浆料中 加入3%粘结剂聚乙烯醇、1%的分散剂铵型DGA40、0.2%的消泡剂BKY603,以上加入物质的量 均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨机中，混合搅拌研磨 15小时； 第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制粒，制得掺钇和铈的稳定氧 化锆的球状颗粒粉体。
[0032] 将上述实施例制备得到的耐火材料在30°C的5wt%Na0H溶液中浸泡100小时，取出 后重复上述试验，结果如下：
从表中可以看出，本发明制备的复合耐火材料具有强度高的优点，并且具有耐碱腐蚀 性较的效果。实施例3相对于对照例1来说，通过掺铈在稳定氧化锆的球状颗粒粉体中，可以 显著地提高保温性能，导热系数小;实施例3相对于对照例2来说，通过加入絹云母，可以提 高耐碱腐蚀性。
【主权项】
1. 一种碳化硅复合耐火材料，其特征在于，是由按重量份计的如下组分所制成:碳化硅 粉体40~60份、硅粉4~12份、铝粉6~12份、二氧化钛粉2~5份、氧化铝粉4~6份、二氧化硅 粉1~3份、掺纪和铺的稳定氧化错粉体4~6份、絹云母1~3份、结合剂5~8份。2. 根据权利要求1所述的碳化硅复合耐火材料，其特征在于:所述的结合剂为E44环氧 树脂。3. 根据权利要求1所述的碳化硅复合耐火材料，其特征在于:所述的碳化硅粉体的平均 粒径是500~lOOOnm。4. 根据权利要求1所述的碳化硅复合耐火材料，其特征在于:所述的硅粉的目数是200 ~400目，所述的铝粉的目数是400~800目；二氧化钛粉的目数是400~800目；所述的氧化 铝粉的目数200~400目；所述的二氧化硅粉的目数是400~800目。5. 权利要求1~5任一项所述的碳化硅复合耐火材料的制备方法，其特征在于，包括如 下步骤:将各组分原料在混碾机中混练，再经成型、干燥后在氮化炉内氮气氛下烧成，即得。6. 根据权利要求6所述的碳化硅复合耐火材料的制备方法，其特征在于：烧成温度为 1350~1450°C，升温速率0.5~1°C/分，分段保温是在1350~1380°C条件下保温8~10小时， 然后升温到1400~1450°C，在此条件下保温3~5小时。7. 根据权利要求6所述的碳化硅复合耐火材料的制备方法，其特征在于:所述的掺钇和 铈的稳定氧化锆粉体的制备方法，包括如下步骤:第1步，按重量份计，取2~4份的ZrOCl 2 · 8H20、0.5~1份CeCl3和0.2~0.4份的YC13为原料，溶解在水20~40份中，混合均匀后，在反 应釜中边搅拌边进行加热分解，加热分解的温度是100~105 °C，加热时间是3~5小时，反应 结束后降温；第2步，对1步的反应液升温至70~75°C，缓慢滴加5wt%NH4〇H水溶液和10wt% (NH4) 2C03水溶液的体积比为1:1的混合液，调节溶液的pH值为9~10，在不断搅拌下，缓慢滴 加并加热反应2~2.5小时，使水合氧化物完全沉淀析出，滤出并洗涤;第3步，对沉淀物用乙 醇陈化，放于容器中陈化12小时以上；第4步，对陈化后的沉淀物减压干燥后，置于电炉内 740~860°C煅烧2~3小时；第5步，将上述经高温煅烧的粉末，按粉料:水的重量比1:0.5~ 1.5的比例制备浆料，在浆料中加入1~5%粘结剂、0.5~3%的分散剂、0.1~0.3%的消泡剂， 以上加入物质的量均按粉料为基准的重量百分比添加入浆料中；将上述浆料，放入搅拌磨 机中，混合搅拌研磨10~20小时;第6步，将第5步制备好的料浆通过喷雾干燥机喷雾干燥制 粒，制得掺钇和铈的稳定氧化锆的球状颗粒粉体。
【文档编号】C04B35/565GK105859297SQ201610306268
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】孟红琳
【申请人】孟红琳