专利名称：高炉风口碳化硼陶瓷衬套及其制备方法
技术领域：
本发明涉及耐火陶瓷材料类，具体涉及高炉炼铁过程中使用的高炉风口碳化硼陶
瓷衬套。
背景技术：
高炉风口位于高炉内，使用环境十分恶劣，要承受高温热风(1000 1250°C )冲刷，1500°C左右的渣铁以及高速循环运动的炽热物料(主要是焦块)的撞击和冲刷；风口外表面要承受来自回旋区2 000°C左右的高温辐射以及1000°C以上的气流、渣铁的对流换热；风口衬套则要承受因内外温差悬殊所引起的热应力；在喷吹煤粉的情况下，风口衬套还要受到高速煤粉的磨蚀。随着高炉向着大型、高效及长寿化的方向发展，高炉定修周期逐渐延长，而风口衬套的使用寿命直接影响着高炉的定修周期，因此研制更耐用、长寿的风口衬套，对缩短高炉休风时间，提高高炉生产效率有着重大意义。目前高炉风口衬套有采用紫铜、纯铜铸造的，有高铝质的、有铝锆质的，有氮化硅结合碳化硅质的，还有在风口衬套表面喷涂一层耐磨耐热材料的。而在风口衬套使用环境下，喷涂耐热耐磨涂料的风口衬套高温性能差，且涂层易脱落；高铝质风口衬套强度、耐磨性能差；铝锆质风口衬套制备工艺复杂；而采用紫铜、纯铜铸造或氮化硅结合碳化硅制备的风口衬套成本高。
发明内容
本发明所要要解决的技术问题是提供致密度高，耐磨性能好，韧性好，使用寿命长的高炉风口碳化硼陶瓷衬套及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为
高炉风口碳化硼陶瓷衬套，其特征在于它由按重量百分数计为碳化硼7(Γ89. 8%、活性炭5 20%、氧化铝5 20%、金属铝0. Γ0. 2%、酚醛树脂或葡萄糖0. Γθ. 5%的原料经配料、制浆、成型、干燥、烧结、精整而制得。高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，包括以下步骤
配料按上述配比准备原料，优选控制碳化硼粒径< 1 μ m，活性碳、氧化铝和金属铝原料粒径均< 45 μ m ；
制浆取碳化硼、活性碳、氧化铝和金属铝，球磨，然后加入有机结合剂，混勻； 成型在压力机上成型，制得胚体； 干燥将胚体自然干燥；
烧结；将干燥后的胚体于真空热压炉中195(T2100°C真空热压烧结，烧结压力为20-40 MPa，烧结时间为0. 5^3小时；
精整将烧结后的胚体通过喷丸或者打磨，去除表面不平整的地方，即得高炉风口碳化硼陶瓷衬套。按上述方案，所述的球磨时间为3 10小时。
按上述方案，所述的成型压力为3(T50MPa。本发明利用碳化硼良好的物理、化学性能和力学性能，近乎恒定的高温硬度、高模量、高耐磨性、抗氧化性、耐酸碱性强等特点，采用碳化硼作为风口衬套的主要基质；同时考虑到碳化硼陶瓷烧结温度过高、难以致密化及韧性低等缺点，通过引入金属铝及有机结合剂酚醛树脂或葡萄糖，利用金属铝韧性好、熔点低等特点，使其高温熔化渗入空隙中，并以氧化铝、活性碳为烧结添加剂(未引入除C，B以外的第三元素)，借助氧化铝、活性碳与碳化硼发生反应生成低熔点相，降低碳化硼陶瓷的烧结温度，从而在较低温度下获得了致密度高、耐磨性能好、韧性好的碳化硼陶瓷风口衬套。除此，本发明在球磨机中进行混料，一方面可提高原料的混合均勻性，另一方面还可减小原料的粒径，促进烧结。本发明的有益效果
本发明制备的高炉风口碳化硼陶瓷衬套为碳化硼复合陶瓷材料，致密度高，耐磨性能好，韧性好，抗氧化性、抗侵蚀性好，使用寿命> 6个月，从而无需频繁更换衬套，降低生产成本，而且选用的原料普遍易得，加工制造方便。
具体实施例方式下面结合以下实例对本发明的发明内容做更详细的描述。这些实例仅仅是对本发明最佳实施方案的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例1
将按重量百分比计为粒径< 1 μ m的碳化硼7 5 %、粒径< 4 5 μ m的活性碳5 %、粒径 ^ 45ym的氧化铝19. 8%、粒径< 45 μ m的金属铝0. 1%的原料放入球磨机中球磨3小时， 在球磨后的粉料中加入0. 1%的酚醛树脂，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力 35MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为20Mpa。实施例2
将按重量百分比计为碳化硼80%、活性碳9. 8%、氧化铝9. 8%、金属铝0.洲的原料放入球磨机中球磨5小时，在球磨后的粉料中加入0. 2%的葡萄糖，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力40MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入2000°C的真空热压炉中真空热压烧结lh，烧结压力为25Mpa。实施例3
将按重量百分比计为碳化硼85%、活性碳9. 7%、氧化铝5%、金属铝0. 1%的原料放入球磨机中球磨7小时，在球磨后的粉料中加入0. 2%的酚醛树脂，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力45MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入2050°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为30Mpa。实施例4
将按重量百分比计为碳化硼89. 8%、活性碳5%、氧化铝5%、金属铝0. 1%的原料放入球磨机中球磨9小时，在球磨后的粉料中加入0. 1%酚醛树脂，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力50MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入2100°C的真空热压炉中真空热压烧结0.釙，烧结压力为40Mpa。实施例5将按重量百分比计为碳化硼70%、活性碳20%、氧化铝9. 8%、金属铝0. 1%的原料放入球磨机中球磨3小时，在球磨后的粉料中加入0. 1%的酚醛树脂，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力35MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为20Mpa。实施例6
将按重量百分比计为碳化硼80%、活性碳9. 6%、氧化铝9. 8%、金属铝0. 1%的原料放入球磨机中球磨3小时，在球磨后的粉料中加入.0. 5%的葡萄糖，混勻，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力35MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为20Mpa。对比例1
将按重量百分比计为碳化硼75%、活性碳15%、氧化铝10%的原料放入球磨机中球磨9 小时，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力50MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为40Mpa。对比例2
将按重量百分比计为碳化硼80%、活性碳10%、氧化铝10%的原料放入球磨机中球磨9 小时，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力50MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950°C的真空热压炉中真空热压烧结池，烧结压力为40Mpa。对本发明实施例1-6和对比例1-2的高炉风口碳化硼陶瓷衬套进行性能测试，检测结果见下表1
表权利要求
1.高炉风口碳化硼陶瓷衬套，其特征在于它由按重量百分数计为碳化硼70、9.8%、 活性炭5 20%、氧化铝5 20%、金属铝0. Γ0. 2%、酚醛树脂或葡萄糖0. Γθ. 5%的原料经配料、 制浆、成型、干燥、烧结、精整而制得。
2.根据权利要求1所述的高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，其特征在于包括以下步骤配料按上述配比准备原料；制浆取碳化硼、活性碳、氧化铝和金属铝，球磨，然后加入有机结合剂，混勻；成型在压力机上成型，制得胚体；干燥将胚体自然干燥；烧结；将干燥后的胚体于真空热压炉中195(T210(TC真空热压烧结，烧结压力为20-40 MPa，烧结时间为0. 5^3小时；精整将烧结后的胚体通过喷丸或者打磨，去除表面不平整的地方，即得高炉风口碳化硼陶瓷衬套。
3.根据权利要求2所述的高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，其特征在于所述碳化硼粒径< 1 μ m，活性碳、氧化铝和金属铝粉原料粒径均< 45 μ m。
4.根据权利要求2所述的高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，其特征在于所述球磨时间为;TlO小时。
5.根据权利要求2所述的高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，其特征在于所述成型压力为3(T50MPa。
全文摘要
本发明涉及高炉风口碳化硼陶瓷衬套及其制备方法。高炉风口碳化硼陶瓷衬套，其特征在于它由按重量百分数计为碳化硼70~89.8%、活性炭5~20%、氧化铝5~20%、金属铝0.1~0.2%、酚醛树脂或葡萄糖0.1~0.5%的原料经配料、制浆、成型、干燥、烧结、精整而制得。该高炉风口碳化硼陶瓷衬套致密度高，耐磨性能好，韧性好，抗氧化性、抗侵蚀性好，使用寿命≥6个月，从而无需频繁更换衬套，降低生产成本，而且选用的原料普遍易得，加工制造方便。
文档编号C04B35/66GK102320836SQ20111022764
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者何见林, 徐志华, 徐超, 洪学勤, 田先明, 秦常杰, 陈光胜, 雷中兴, 龚仕顺 申请人:武汉钢铁(集团)公司