[發明專利]一種氮化燒成的高鋁-C質耐火材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110344725.9
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102503484A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 祝洪喜;彭瑋珂;鄧承繼;朱萬政
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于高鋁質-C質耐火材料技術領域。尤其涉及一種氮化燒成的高鋁-C質耐火材料及其制備方法。

背景技術

20世紀70年代以來，由于鋼鐵工業快速發展與新技術的應用，迫切需要耐用性能好的新型耐火材料以滿足新的需求，人們對新型的高性能耐火材料開展了大量的研究工作。高鋁-C質耐火材料因其具有良好的耐用性而得到了廣泛的推廣應用，尤其是在煉鐵高爐、魚雷式混鐵車、鐵水罐等冶金高溫設備上，高鋁-C質耐火材料是其主要的耐高溫內襯材料，處于不可或缺的地位。

高鋁-C質耐火材料的核心技術是在高鋁質耐火材料（高鋁礬土熟料等）中引入了C（鱗片石墨）。由于鱗片石墨具有良好的抵抗高溫熔渣和鐵水及鋼水的潤濕性能，因而能有效地提高高鋁質耐火材料的抗侵蝕性能，另外，鱗片石墨的導熱性好，在高溫使用條件下，加入鱗片石墨能降低高鋁質耐火材料內部的溫度梯度及熱應力，進而提高耐火材料的抗熱震穩定性能，再加上鱗片石墨本身具有良好的耐高溫性，因此，在高鋁質耐火材料中加入鱗片石墨制備高鋁-C質耐火材料，能全面提高耐火材料的使用性能。如專利US4210454?(A)，CA1129441?(A1)，AU7609881?(A)，JP59003069?(A)，CN1762907?(A)，CN1911863?(A)等都做了相應的說明。但是，C（鱗片石墨）在高溫條件下容易被氧化即在高溫下C容易被燒失掉，當高鋁-C質耐火材料的C被氧化掉后，高鋁-C質耐火材料的氣孔率增大而變得多孔疏松，材料的強度明顯降低，造成材料抵抗高溫熔體的沖刷與侵蝕能力降低，劣化了材料的使用性能，極大地影響了高鋁-C質耐火材料的使用效果。

為解決C（鱗片石墨）在高溫條件下被氧化問題，人們進行了大量研究工作，廣泛采用了在C（鱗片石墨）質耐火材料添加防氧化劑辦法，用作添加劑的物質主要是金屬Al、Si、Mg和SiC、Si₃N₄等，將這些物質的細粉單獨或混合添加到高鋁-C質耐火材料中并用機械混合均勻，當出現高溫氧化時，這些添加劑首先或與石墨（C）同時發生氧化反應，可減緩C（鱗片石墨）的氧化過程，但對增強高鋁-C質耐火材料的整體強度沒有貢獻。

發明內容

本發明的任務是提供一種抗氧化性能好、強度高、耐用性好、氣孔率低和使用壽命的高鋁-C質耐火材料及其制備方法。

為實現上述任務，本發明所采用的技術方案是：先將35～90wt%的高鋁礬土熟料、0～20?wt%的剛玉、3～18?wt%的鱗片石墨和1～30wt%的金屬Si細粉為原料混合，外加所述原料4～10wt%的結合劑，混碾10～30分鐘。

將混碾后的混合料壓制成所需的高鋁-C質耐火材料產品的生坯，壓制成的生坯經180~220℃烘烤后裝入高溫窯，在1350~1650℃和N₂氣氛條件下保溫1~8小時，制得氮化燒成的高鋁-C質耐火材料。

高鋁-C質耐火材料產品包括定型高鋁-C質耐火磚、鋼水澆注用高鋁-C質滑板、水口磚和座磚。

在上述技術方案中：高鋁礬土熟料的的Al₂O₃含量≥80wt%；結合劑為酚醛樹脂、或為瀝青、或為酚醛樹脂和瀝青的混合物；剛玉為Al₂O₃質耐火原料，剛玉的Al₂O₃含量≥93wt%；鱗片石墨的C含量≥90wt%；金屬Si細粉為工業級金屬Si，粒度≤200目。

由于采用上述技術方案，本發明采用金屬Si細粉與N₂氣的高溫反應方法，以優化材料的結構與性能：在N₂氣氛條件下的高溫氮化燒成階段，金屬Si細粉與N₂氣反應生成氮化硅（N₃Si₄），新生成的氮化硅（N₃Si₄）在材料的基質中起到了很好的“橋接”作用，強化了材料顆粒及細粉之間的連結，形成牢固的整體，大幅度增大了高鋁-C質耐火材料內部的結合強度，提高了高鋁-C質耐火材料抵抗高溫熔渣與鐵水或鋼水的抗沖刷能力；在高溫使用過程中，若遇氧化條件時，材料表面的氮化硅（N₃Si₄）被氧化后生成SiO₂并堵塞材料表面的氣孔，可阻止O₂氣進入材料內部，達到保護材料中的C（鱗片石墨）不被氧化，進而達到延長材料使用壽命之目的。