[發明專利]一種剛玉質尖晶石固溶體耐火材料制備工藝

有效

• 申請號: 201610070854.6
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105693259B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 李勇;馬佳佳;薛文東;陳俊紅
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種剛玉質尖晶石固溶體耐火材料制備工藝，屬于無機非金屬材料領域。本發明將以質量分數為60?85％剛玉顆粒和細粉、10?20％的鎂砂細粉和5?20％的金屬鋁粉為原料，并加入原料質量分數3?5％的無機結合劑。在氮氣氣氛中燒結，基質中金屬鋁粉原位反應生成氮化鋁，生成的氮化鋁與氧化鋁或新生成的尖晶石固溶形成阿隆或鎂阿隆增強相。材料內部結構為富鋁尖晶石固溶體和少量的阿隆或者鎂阿隆增強相的結合結構，晶格常數較小，晶粒細小且致密，氣孔較少，顆粒分布均勻。該耐火材料有較高的強度和熔點，優良的抗渣性能和抗熱震穩定性，使用壽命長。該制備工藝操作簡單，無需復雜的設備，且原料簡單易得，生產和使用過程中對環境污染小，易于工業化推廣。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及煉鋼鋼包、爐外精煉和連鑄功能材料用耐火材料的制備方法，具體一種剛玉質尖晶石固溶體耐火材料制備工藝。

鎂鋁尖晶石的化學式為MgAl₂O₄熔點為2135℃，只是MgO-Al₂O₃二元體系其中一個化合物，MgO-Al₂O₃二元體系所形成的有限固溶體都稱之為尖晶石固溶體，可知其化學組成在一個較大范圍的固溶體區域內，在高溫下方鎂石在尖晶石中的溶解度可達10wt％，剛玉在尖晶石中的溶解度更高。

尖晶石質耐火材料耐高溫，抗高溫蠕變，抗爐渣侵蝕性好，熱震穩定性好，耐磨損，抗腐蝕性氣體及氣氛波動，具有一系列優良的綜合性能。作為一種高級耐火材料，方鎂石-尖晶石磚廣泛應用于煉鋼鋼包、爐外精煉、連鑄用功能耐火材料和水泥回轉窯的過渡帶或燒成帶和玻璃窯蓄熱室等。理論組成附近的鎂鋁尖晶石質耐火材料的耐侵蝕性更好，并且尖晶石固溶體中氧化鋁含量的增加使得尖晶石的晶粒發育緩慢，顆粒分布均勻，氣孔率更低。氧化鋁和尖晶石的線膨脹系數相差不大，抗剝落性能好。因此，剛玉質尖晶石固溶體耐火材料比方鎂石-尖晶石復合耐火材料更加適用于煉鋼鋼包和爐外精煉。

耐火材料正在由氧化物復合材料向著氧化物-非氧化物復合和氧化物-非氧化物-金屬復合的方向發展，先后出現了一系列綜合性能較好的新型耐火材料，其中阿隆和鎂阿隆就在其中，鎂阿隆是針對阿隆材料在1640℃下不穩定的特性，加入氧化鎂或者尖晶石熱力學穩定劑后形成的新相。它們都具有更好的機械性能、抗高溫性能、熱震穩定性、抗侵蝕性能和抗剝落性。結合上述阿隆和鎂阿隆的優良性能，我們想到如果將它們用于鎂鋁尖晶石中作為增強相應該會給鎂鋁尖晶石帶來更加優良的性能。

隨著金屬塑性相工藝的提出和發展，硅粉和鋁粉是目前使用最廣泛的金屬塑性添加劑。在本工藝中，鋁作為過渡塑性相引入，在燒結過程中，基質中鋁粉在660℃時變成液態鋁先與氮氣反應生成氮化鋁，新生成的氮化鋁和氧化鋁、氧化鎂或者氧化鋁氧化鎂新生成的尖晶石反應，生成了阿隆和鎂阿隆增強相，它們的生成填充了鋁液化和氣化留下的氣孔，增加了基質與基質，基質與大顆粒之間的聯系并且起到彌散增韌的效果。并且鋁粉的液化使得鋁粉作為一種助燒劑，使得液相燒結在低溫下可以實現，加速了反應進程。如果生產直接結合尖晶石質磚，需要使用純度較高的原料，高壓成型，高溫燒成(1900-1800℃)，最好1800℃以上。而本工藝1700℃時已經能完全形成剛玉質尖晶石固溶體了。最后未反應的鋁粉在高溫的使用過程中以液相的形式存在于材料中吸收溫度變化及鋼水沖刷產生的應力，進一步提高了材料的抗熱震性。

發明內容：針對現有技術不足，本發明提供了煉鋼鋼包、爐外精煉和連鑄功能材料用耐火材料的制備方法，具體一種剛玉質尖晶石固溶體耐火材料制備工藝。

與純鎂鋁尖晶石耐火材料相比，剛玉質尖晶石固溶體耐火材料內部是富鋁的尖晶石固溶體基體與阿隆、鎂阿隆增強相的結合，內部結構更加致密，常溫耐壓強度有較大提高，高溫性能更好，應用范圍更廣泛，并且反應溫度更低，反應更容易進行。