本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种高炉风口用铝碳化硅氮耐火制品及其制备方法。
背景技术：
随着高炉大型化及冶炼强度的增加，炉体自身维护越来越受到重视，风口作为高炉的关键部位之一，其使用效果对高炉使用寿命有着直接影响，在高炉生产中风口区要经受温度高、耐负荷大等苛刻条件，承受高温、温差急变频繁、炉内含碱气氛的侵蚀，同时，还要承受较高的荷重作用。
随着高炉风口的升级改造和设计理念的不同，对材料的选择也越来越科学，选择其他材质使用寿命较短，损失较为严重，而选择碳化硅产品往往会产生较高的导热系数，使热量散失较为严重，耗能高。
技术实现要素：
本发明的目的是一种高炉风口用铝碳化硅氮耐火制品及其制备方法，本发明制备的铝碳化硅氮耐火制品具有碳化硅产品的所有特性，且导热系数200℃只有6-8w/(m·k)，相对于碳化硅200℃30-35w/(m·k)降低了4-5倍。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种高炉风口用铝碳化硅氮耐火制品，原始料为板状刚玉骨料、板状刚玉细粉、碳化硅细粉、金属硅粉，外加剂，通过共磨、湿碾，在1480℃以上温度氮化烧成而成；其中，原始料的加入重量份数为：板状刚玉骨料50-70份、板状刚玉细粉2-26份、碳化硅细粉7-15份、金属硅粉8-30份；外加剂为原始料总重量的1.8-5%。
本发明中，由于采用了具有优良导热性的碳化硅和低导热的刚玉来取代目前高导热的高炉风口耐火制品，解决了当前所用材料存在的热量散失较为严重，耗能高的问题。
本发明中，原始料指标要求：板状刚玉al2o3≥99%，fe2o3≤0.2%；金属硅粉si≥98.5%；α-al2o3≥98%。
其中，板状刚玉骨料的颗粒粒度分布为3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm，三种颗粒区间搭配合理，可以达到最紧密堆积，提高制品致密性。
其中，板状刚细粉料的颗粒粒度分布为0-0.045mm。
本发明的外加剂为三聚磷酸钠、纸浆、糊精、水中的多种复合。
一种高炉风口用铝碳化硅氮耐火制品的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照所述重量份取原始料和外加剂，然后将板状刚玉细粉、碳化硅细粉、金属硅粉预混，在球磨机内共磨25-30min，形成共磨粉，备用；步骤二、将板状刚玉骨料混练1-2min，然后加入适量水，混练2-3min后，再加入外加剂，混练2-3min后，加入步骤一制得的共磨粉，净混25-30min后出碾过筛，形成泥料；步骤三、将泥料压制成型，干燥后，在至少1480℃下氮化烧成14h以上，制得铝碳化硅氮耐火制品。
刚玉导热低，碳化硅导热高，单独的刚玉质或碳化硅质的材料，均难以满足低导热且抗碱性好的要求，氮化烧成在高温下是剧烈的放热反应，碳化硅高导热，避免局部过热造成的流硅现象，提高制品的质量和成分的均一性。
其中，干燥工艺为：通电-30℃后，在30℃下保温3h，然后升温至30-50℃后，在50℃下保温10-15h，然后升温至50-80℃后，在80℃下保温6-20h，升温至80-110℃后，在110℃下保温8-15h，升温至110-150℃后，在150℃下保温6-10h，升温至150-155℃后，停电降温。
其中，氮化烧成工艺为：干燥后的产品进入窑内,进行二次徘湿,窑内预热至500℃后，抽真空并通入高纯氮气，窑内温度烧成至1140℃，在1140℃下保温2-10h，然后在1140-1420℃下烧成58-80h，在1420℃下保温8-14h，然后在1420-1480℃下烧成20h，在1480℃下保温14-20h，然后在1480-1500℃下烧成20h，在1500℃下保温8-12h，1140-1500℃温度下的氮气流量为13m3/h。
板状刚玉中存在α-al2o3、γ-al2o3晶相，根据研究发现，本发明配方在烧结时产生si3n4和微量的塞隆（sialon）相，产生的si3n4能够进入制品的孔隙中，提高制品的致密度；刚玉中的部分晶相在高温下被还原并氮化，然后由aln、si3n4、α-al2o3固溶生成微量的塞隆（sialon），具有高结合强度，可改善材料的物理性能。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明选用的碳化硅具有良好的导热性能，刚玉具有较低的导热系数，综合利用二者的配比关系，制得的制品导热系数200℃只有6-8w/(m·k)，不会出现因导热高而使热量损失的情况。
本发明氮化烧成，使金属硅粉和氮气反应生成si3n4，避免直接添加si3n4原始料造成的制品烧结性能不好缺陷。
本发明通过采用针对性的配比和工艺措施，所制备的铝碳化硅氮耐火制品完美地解决了当前材料所存在的高导热、物理性能差、抗碱性差等问题。
本发明的技术指标为：导热系数200℃只有6-8w/(m·k)，原耐压强度≥170mpa；后耐压强度≥160mpa；强度变化率≤6.7%；体积变化率≤5.8%。
具体实施方式
综述技术成果仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
共磨粉的配制：
配比：万帮板状刚玉0-0.045mm：175份
碳化硅细粉：128份
金属硅粉（180目）：89份
三聚磷酸钠：1.5份
共磨时间：25-30min。
球磨机下悬挂至少4块磁铁，每出一磨料清理一次磁铁上的铁屑。
作业前将现场及相关设备清理干净。
泥料配比：板状刚玉骨料65份、共磨粉35份、糊精粉8份、纸浆粉5份、水9-11份。其中，板状刚玉骨料3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm的重量比为7：3：2。
先加板状刚玉3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm，混练1-2分钟，加入水，混练2-3分钟后，再加入纸浆和糊精；混练2-3分钟后加入共磨粉，净混25-30分钟后出碾过筛，泥料要求均匀，无泥团。湿碾机下必须悬挂磁铁3块磁铁，每下一碾料必须清理一次磁铁上的铁屑。
泥料粒度及水份：
干燥曲线如下：
通电-30℃后，在30℃下保温3h，然后升温至30-50℃后，在50℃下保温10h，然后升温至50-80℃后，在80℃下保温6h，升温至80-110℃后，在110℃下保温12h，升温至110-150℃后，在150℃下保温6h，升温至150-155℃后，停电降温。干燥后坯体的残余水份≤2.5%方可装车，残余水份＞2.5%必须回干燥器重新干燥直至残余水份合格为止。
窑内烧成曲线如下：
氮化烧成工艺为：干燥后的产品进入窑内,进行二次徘湿,窑内预热至500℃后，抽真空并通入高纯氮气，将干燥后的制品放入窑内，窑内温度烧成至1140℃，在1140℃下保温10h，然后在1140-1420℃下烧成58h，在1420℃下保温10h，然后在1420-1480℃下烧成20h，在1480℃下保温20h，然后在1480-1500℃下烧成20h，在1500℃下保温8h，1140-1500℃温度下的氮气流量为13m3/h，氮气的流量允许波动范围为0~+3m3/h。
实施例2
共磨粉的配制：
配比：万帮板状刚玉0-0.045mm：25份
碳化硅细粉：79份
金属硅粉（180目）：288.5份
三聚磷酸钠：1.5份
共磨时间：25-30min。
球磨机下悬挂至少4块磁铁，每出一磨料清理一次磁铁上的铁屑。
作业前将现场及相关设备清理干净。
泥料配比：板状刚玉骨料50份、共磨粉50份、糊精粉9份、纸浆粉11份、水10份。其中，板状刚玉骨料3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm的重量比为8：3：1。
先加板状刚玉3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm，混练1-2分钟，加入水，混练2-3分钟后，再加入纸浆和糊精；混练2-3分钟后加入共磨粉，净混25-30分钟后出碾过筛，泥料要求均匀，无泥团。湿碾机下必须悬挂磁铁3块磁铁，每下一碾料必须清理一次磁铁上的铁屑。
干燥曲线如下：
通电-30℃后，在30℃下保温3h，然后升温至30-50℃后，在50℃下保温15h，然后升温至50-80℃后，在80℃下保温20h，升温至80-110℃后，在110℃下保温15h，升温至110-150℃后，在150℃下保温8h，升温至150-155℃后，停电降温。干燥后坯体的残余水份≤2.5%方可装车，残余水份＞2.5%必须回干燥器重新干燥直至残余水份合格为止。
窑内烧成曲线如下：
氮化烧成工艺为：干燥后的产品进入窑内,进行二次徘湿，窑内预热至500℃后，抽真空并通入高纯氮气，将干燥后的制品放入窑内，窑内温度烧成至1140℃，在1140℃下保温8h，然后在1140-1420℃下烧成78h，在1420℃下保温8h，然后在1420-1480℃下烧成20h，在1480℃下保温20h，然后在1480-1500℃下烧成20h，在1500℃下保温10h，1140-1500℃温度下的氮气流量为13m3/h，氮气的流量允许波动范围为0~+3m3/h。
实施例3
共磨粉的配制：
配比：板状刚玉0-0.045mm：132份
碳化硅细粉：114份
金属硅粉（180目）：146份
三聚磷酸钠：1.5份
共磨时间：25-30min。
球磨机下悬挂至少4块磁铁，每出一磨料清理一次磁铁上的铁屑。
作业前将现场及相关设备清理干净。
泥料配比：板状刚玉骨料70份、共磨粉30份、糊精粉8份、纸浆粉10份、水11份。其中，板状刚玉骨料3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm的重量比为8：2：2。
先加板状刚玉3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm，混练1-2分钟，加入水，混练2-3分钟后，再加入纸浆和糊精；混练2-3分钟后加入共磨粉，净混25-30分钟后出碾过筛，泥料要求均匀，无泥团。湿碾机下必须悬挂磁铁3块磁铁，每下一碾料必须清理一次磁铁上的铁屑。
干燥曲线如下：
通电-30℃后，在30℃下保温3h，然后升温至30-50℃后，在50℃下保温14h，然后升温至50-80℃后，在80℃下保温18h，升温至80-110℃后，在110℃下保温8h，升温至110-150℃后，在150℃下保温10h，升温至150-155℃后，停电降温。干燥后坯体的残余水份≤2.5%方可装车，残余水份＞2.5%必须回干燥器重新干燥直至残余水份合格为止。
窑内烧成曲线如下：
氮化烧成工艺为：干燥后的产品进入窑内,进行二次徘湿，窑内预热至500℃后，抽真空并通入高纯氮气，将干燥后的制品放入窑内，窑内温度烧成至1140℃，在1140℃下保温2h，然后在1140-1420℃下烧成60h，在1420℃下保温14h，然后在1420-1480℃下烧成20h，在1480℃下保温14h，然后在1480-1500℃下烧成20h，在1500℃下保温12h，1140-1500℃温度下的氮气流量为13m3/h，氮气的流量允许波动范围为0~+3m3/h。
实施例4
共磨粉的配制：
配比：板状刚玉0-0.045mm：256.5份
碳化硅细粉：105份
金属硅粉（180目）：132份
三聚磷酸钠：1.5份
共磨时间：25-30min。
泥料配比：板状刚玉骨料60份、共磨粉40份、糊精粉7份、纸浆粉12份、水12份。其中，板状刚玉骨料3-1mm、1-0.5mm、0.5-0.2mm的重量比为35：16：10。制备工艺参照实施例1。
实施例1-4制得的制品的理化分析结果如下表：