专利名称：一种氮化烧成的Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-C质耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于Al2O3-C质耐火材料技术领域。尤其涉及一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。
背景技术：
20世纪70年代以来，由于钢铁工业快速发展与新技术的应用，迫切需要耐用性能好的新型耐火材料以满足新的需求，人们对新型的高性能耐火材料开展了大量的研究工作。Al2O3-C质耐火材料因其具有良好的耐用性而得到了广泛的推广应用，尤其是在炼铁高炉、鱼雷式混铁车、铁水罐等冶金高温设备上，Al2O3-C质耐火材料是其主要的耐高温内衬材料，处于不可或缺的地位。Al2O3-C质耐火材料的核心技术是在Al2O3质耐火材料(刚玉)中引入了 C (鳞片石墨)。由于鳞片石墨具有良好的抵抗高温熔渣和铁水及钢水的润湿性能，因而能有效地提高Al2O3质耐火材料的抗侵蚀性能。另外，鳞片石墨的导热性好，在高温使用条件下，加入鳞片石墨能降低Al2O3质耐火材料内部的温度梯度及热应力，进而提高耐火材料的抗热震稳定性能，再加上鳞片石墨本身具有良好的耐高温性，因此，在Al2O3质耐火材料中加入鳞片石墨制备Al2O3-C质耐火材料，能全面提高耐火材料的使用性能。如专利JP57123860 (A)， JP61215251 (A)，JP1212274 (A)，US5746895 (A), CN1424279 (A)等都做了相应的说明。 但C (鳞片石墨)在高温条件下容易被氧化，即在高温下C容易被烧失掉，当Al2O3-C质耐火材料的C被氧化掉后，Al2O3-C质耐火材料的气孔率增大而变得多孔疏松，材料的强度明显降低，造成材料抵抗高温熔体的冲刷与侵蚀能力降低，劣化了材料的使用性能，极大地影响了 Al2O3-C质耐火材料的使用效果。为解决C (鳞片石墨)在高温条件下被氧化问题，人们进行了大量的研究工作，广泛采用了在Al2O3-C质耐火材料添加防氧化剂办法，用作添加剂的物质主要是金属Al、Si、Mg 和SiC、Si3N4等，将这些物质的细粉单独或混合添加到Al2O3-C质耐火材料中并用机械混合均勻，当发生高温氧化时，这些添加剂首先或与C (鳞片石墨)同时发生氧化反应，可减缓C (鳞片石墨)的氧化过程，但对提高Al2O3-C质耐火材料的整体强度没有贡献。
发明内容
本发明的任务是提供一种抗氧化性能好、强度高、使用寿命长、抵抗高温熔体的冲刷与侵蚀性能好的氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是先将55 Mwt%的刚玉、5 20wt%的鳞片石墨和1 30wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料3. 5 8wt%的结合剂，混碾10 30分钟。将混碾后的混合料压制成所需的Al2O3-C质耐火材料产品的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于135(T170(TC和队气氛条件下保温广8小时， 制得氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料。
氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料包括定型Al2O3-C质耐火砖、钢水连铸用Al2O3-C质保护管、钢水浇注用Al2O3-C质滑板和水口砖。在上述技术方案中刚玉为Al2O3质耐火原料，刚玉的Al2O3含量彡93wt% ；鳞片石墨的C含量彡90wt%;金属Si细粉为工业级金属Si，粒度彡200目凡气为工业N2气；结合剂为酚醛树脂、或为浙青、或为酚醛树脂和浙青的混合物。由于采用上述技术方案，本发明采用了金属Si细粉与N2气的高温反应以优化材料的结构与性能在队气氛条件下高温氮化烧成阶段，金属Si细粉与N2气反应生成氮化硅(N3Si4),新生成的氮化硅(N3Si4)在材料的基质中起到了很好的“桥接”作用，强化了材料颗粒及细粉之间的连结，形成牢固的整体，大幅度增大了 Al2O3-C质耐火材料内部的结合强度，提高了 Al2O3-C质耐火材料抵抗高温熔渣与铁水或钢水的抗冲刷能力；在高温使用过程中，若遇氧化条件时，材料表面的氮化硅(N3Si4)被氧化后生成S^2并堵塞材料表面的气孔，阻止O2气进入材料内部，达到保护材料中的石墨不被氧化，进而达到延长材料使用寿命之目的。因此，本发明克服了传统Al2O3-C质耐火材料的强度低、高温使用过程中由于C(鳞片石墨)氧化而劣化材料性能的缺点，具有强度高、抗氧化、使用寿命长、抵抗高温熔体的冲刷与侵蚀性能好的特点。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，对本发明做进一步的描述，并非对保护范围的限制。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统一描述如下，实施例不再赘述刚玉为Al2O3质耐火原料，刚玉的Al2O3含量彡93wt% ；鳞片石墨的C含量彡90wt% ；金属Si细粉为工业级金属Si，粒度彡200目；N2气为工业N2气。实施例1
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将90 Mwt%的刚玉、5 8wt% 的鳞片石墨和1 5wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料4. 5 8wt%的酚醛树脂作结合剂，混碾20 30分钟。将混碾后的混合料压制成Al2O3-C质水口砖的生坯，再将压制成的水口砖生坯经 18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于135(T140(TC和队气氛条件下保温6、小时，制得氮化烧成的Al2O3-C质水口砖。实施例2
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将85 90wt%的刚玉、5 8wt% 的鳞片石墨和5 10wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料5. 5 7wt%的的酚醛树脂与浙青的混合物作结合剂，混碾20 30分钟。将混碾后的混合料压制成钢水浇注用Al2O3-C质滑板的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于140(T145(TC和队气氛条件下保温5 7小时，制得氮化烧成的钢水浇注用Al2O3-C质滑板。实施例3
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将80 85wt%的刚玉、5 8wt% 的鳞片石墨和10 15wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料6. 0 7. 5wt%的酚醛树脂与浙青的混合物作结合剂，混碾15 25分钟。将混碾后的混合料压制成定型Al2O3-C质耐火砖的生坯，再将压制成的生坯经 18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于145(T150(TC和队气氛条件下保温4飞小时，制得氮化烧成的定型Al2O3-C质耐火砖。实施例4
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将75 80wt%的刚玉、5 8wt% 的鳞片石墨和15 20wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料3. 5 5. 5wt%的酚醛树脂作结合剂，混碾10 20分钟。将混碾后的混合料压制成钢水连铸用Al2O3-C质保护管的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于150(T155(TC和队气氛条件下保温3 5小时，制得氮化烧成的钢水连铸用Al2O3-C质保护管。实施例5
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将65 70wt%的刚玉、8 12wt% 的鳞片石墨和20 25wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料6 8wt%的浙青作结合剂，混碾15 25分钟。将混碾后的混合料压制成水口砖的生坯，再将压制成的生坯经 18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于155(T160(TC和队气氛条件下保温2、小时，制得氮化烧成的水口砖。实施例6
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将55 60wt%的刚玉、12 15wt%的鳞片石墨和25 30wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料5 7wt%的浙青作结合剂，混碾20 30分钟。将混碾后的混合料压制成钢水浇注用Al2O3-C质滑板的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于1600 1650°〇和队气氛条件下保温广3小时，制得氮化烧成的钢水浇注用Al2O3-C质滑板。实施例7
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将60 65wt%的刚玉、7 Hwt% 的鳞片石墨和25 30wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料5 7wt%的酚醛树脂作结合剂，混碾20 30分钟。将混碾后的混合料压制成钢水连铸用Al2O3-C质保护管的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于165(T170(TC和队气氛条件下保温广3小时，制得氮化烧成的钢水连铸用Al2O3-C质保护管。实施例8
一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。先将70 75wt%的刚玉、15 20 wt%的鳞片石墨和10 15wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料4 6wt%的酚醛树脂作结合剂，混碾20 30分钟。将混碾后的混合料压制成定型Al2O3-C质耐火砖的生坯，再将压制成的生坯经 18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于160(T165(TC和队气氛条件下保温2、小时，制得氮化烧成的定型Al2O3-C质耐火砖。
本具体实施方式
采用金属Si细粉与N2气的高温反应方法，以优化材料的结构与性能在N2气氛条件下的高温氮化烧成阶段，金属Si细粉与队气反应生成氮化硅(N3Si4),新生的氮化硅W3Si4)在材料的基质中起到了很好的“桥接”作用，强化了材料颗粒及细粉之间的连结，形成牢固的整体，大幅度增大了 Al2O3-C质耐火材料内部的结合强度，提高了 Al2O3-C质耐火材料抵抗高温熔渣与铁水或钢水的抗冲刷能力；在高温使用过程中，若遇氧化条件时， 材料表面的氮化硅(N3Si4)被氧化后生成S^2并堵塞材料表面的气孔，可阻止A气进入材料内部，达到保护材料中的石墨不被氧化，进而达到延长材料使用寿命之目的。
因此，本具体实施方式
克服了传统Al2O3-C质耐火材料的强度低、高温使用过程中由于石墨(C)氧化而劣化材料性能的缺点，所发明的氮化烧成Al2O3-C质耐火材料具有强度高、抗氧化、抵抗高温熔体的冲刷与侵蚀性能好、使用寿命长的特点。
权利要求
1.一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于先将55 Mwt%的刚玉、5 20wt%的鳞片石墨和1 30wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料3. 5 8wt%的结合剂，混碾10 30分钟；将混碾后的混合料压制成所需的Al2O3-C质耐火材料产品的生坯，再将压制成的生坯经18(T220°C烘烤，然后装入高温窑内于135(T170(TC和队气氛条件下保温广8小时，制得氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料。
2.根据权利要求1所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料包括定型Al2O3-C质耐火砖、钢水连铸用Al2O3-C质保护管、 钢水浇注用Al2O3-C质滑板和水口砖。
3.根据权利要求1所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的刚玉为Al2O3质耐火原料，刚玉的Al2O3含量彡93wt%0
4.根据权利要求1所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的鳞片石墨的C含量彡90wt%。
5.根据权利要求1所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的金属Si细粉为工业级金属Si，经粉碎加工成细分，粒度< 200目。
6.根据权利要求1所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂为酚醛树脂、或为浙青、或为酚醛树脂和浙青的混合物。
7.根据权利要求广6项中任一项所述氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料的制备方法所制备的氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料。
全文摘要
本发明具体涉及一种氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料及其制备方法。其技术方案是先将55～94wt%的刚玉、5～20wt%的鳞片石墨和1～30wt%的金属Si细粉为原料混合，外加所述原料3.5～8wt%的结合剂，混碾10～30分钟。将混碾后的混合料压制成所需的Al2O3-C质耐火材料产品的生坯，再将压制成的生坯经180~220℃烘烤，然后装入高温窑内于1350~1700℃和N2气氛条件下保温1~8小时，制得氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料。氮化烧成的Al2O3-C质耐火材料包括定型Al2O3-C质耐火砖、钢水连铸用Al2O3-C质保护管、钢水浇注用Al2O3-C质滑板和水口砖。本发明具有强度高、抗氧化、使用寿命长、抵抗高温熔体的冲刷与侵蚀性能好的特点。
文档编号C04B35/66GK102503485SQ20111034476
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者彭玮珂, 朱万政, 祝洪喜, 邓承继 申请人:武汉科技大学