[發明專利]一種持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料

有效

• 申請號: 202010423824.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111548164B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 曹會彥;呂春江;黃志剛;李杰;吳吉光;張新華;黃一飛
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司;中鋼南京環境工程技術研究院有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/66;C04B38/00;C10B39/02
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 盧洪方

本發明涉及干熄爐用耐火材料，具體涉及一種持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料。提出的一種持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料在氮化物結合碳化硅耐火材料中引入含鋯物質；以碳化硅為主晶相，氮化物為結合相，含鋯物質彌散分布在氮化物結合相內；所述持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料中氮化物的含量為10~25%，含鋯物質的含量為1~8%，碳化硅的含量為70~82%。本發明充分發揮氮化物結合碳化硅耐火材料常、高溫抗折強度高的特性，提高其抗氧化性和抗熱震性，改善爐體的整體性，提高爐體的使壽命。

技術領域

本發明涉及干熄爐用耐火材料，具體涉及一種持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料，所述持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料是用于干熄爐斜道區牛腿支柱、橫梁等部位的關鍵耐火材料。

背景技術

干熄焦技術具有用水節約、大氣污染物排放少、能源效率高、焦炭質量提高等優勢，是國家重點推廣的節能環保技術，近年來在我國得到快速發展。隨著設計院在結構設計方面水平提升（包括雙斜道技術的采用，傳熱行為模擬研究等），配套設備國產化及相關工業基礎的完善，干熄爐終端用戶操作經驗增多，斜道區碳化硅耐火材料的廣泛應用等，長期以來制約干熄爐一代爐役壽命的瓶頸問題逐漸得到解決，特別是以復相氮化物結合碳化硅為代表的工程應用已經達到8年的使用壽命。目前國內干熄爐整體裝備的普遍壽命在10年左右，干熄爐斜道區耐火材料的使用壽命仍有進一步提升的空間和市場需求。碳化硅耐火材料和傳統紅柱石-莫來石相比，最明顯的優勢就是初始抗折強度高。對斜道區耐火材料的損毀有很多的研究和報道，大部分集中在對斜道區結構設計、受力點、砌筑質量和運行操作的研究上。普遍認為，該部位結構復雜，爐內工況變化大，是影響斜道支柱耐火材料的主要因素：（a）在整體結構設計上，斜道支撐梁必須承受預存段上部直筒部分全部耐火材料的重量，高溫荷重必然導致結構強度的逐漸降低；（b）在焦炭自上而下、循環氣體自下而上的運動過程中，斜道支柱的耐火材料承受焦炭的沖擊、磨損以及氣流和粉塵的劇烈沖刷；（c）斜道支撐梁下部的溫度約為300℃，上部溫度約為1000℃，支撐梁的耐火材料由下到上存在近700℃的溫度梯度，致使耐火材料內部應力聚集，產生裂紋、變形；(d)耐火材料熱震損傷。材料由于溫度劇變，急冷急熱的條件下產生熱應力，在熱沖擊循環作用下，材料先出現開裂、剝落，然后碎裂或變質，最終整體損傷。

張善學等認為，斜道牛腿受到上下方向壓力作用產生剪切力，溫度波動造成耐火磚內部溫度應力，同時斜道牛腿拱水平環向產生拉應力共同作用。上下方向壓力作用產生剪切力，是剪應力的主要來源，同時，溫度應力加重了耐火磚的破損，水平拉應力也起到了牛腿砌筑結構的破壞作用。

專利201410741616.4公布了一種干熄焦爐用高強度碳化硅耐火材料及其制備方法；專利201010209273.9公布了一種用于干熄焦爐的高導熱Sialon-SiC復相陶瓷耐火材料及其制備方法；專利201410040255.0公布了一種干熄焦爐用碳化硅磚及其制備方法；專利200910032994.4公布了一種干熄焦用耐火材料。所有這些專利都僅僅局限于原始材料的高強度，而未針對材料服役過程中強度的衰減做任何改進說明。干熄焦斜道區材料損毀的重要原因之一就是在溫度300℃~1000℃頻繁波動情況下，材料的抗折強度下降，不足以支撐上部預存段耐材而開裂。

論文“鋯英石制備非氧化物復合材料新進展”綜述了國內外利用鋯英石制備氧化鋯-碳化硅復合材料、碳化鋯-碳化硅復合材料、氮化鋯-氮化硅基復合材料、氮化鋯-賽隆復合材料和硼化鋯-碳化硅基復合材料的研究現狀;文中提及的這些材料有的涉及碳熱還原制備碳化硅、有的涉及炭黑、稀有金屬添加劑、氧化鈣等，有的為粉體制備而非制品，主要成分中不涉及本發明專利提及的氮化物，和本發明專利屬于不同的應用領域，并且大部分科研成果還停留在實驗室階段，工業化、系統化的生產還有很長的路要走。

發明內容

本發明的目的是提供一種持續自增韌氮化物結合碳化硅耐火材料，使其能提高現有干熄爐斜道區牛腿支柱、橫梁等氮化物結合碳化硅耐火材料的抗熱震性，最終提高其使用壽命。

本發明為完成上述目的采用如下技術方案：