[發(fā)明專利]一種耐火材料及其制備方法和供氣元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010723627.5
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111848135B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉開琪;閆明偉;孫廣超;張佳玉;熊瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 中科南京綠色制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C04B35/043
• 分類號: C04B35/043;C04B35/634;C04B35/64;C04B35/56;C04B35/443;C21C5/44;C21C5/35
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種高溫氮化燒成耐火材料，所述耐火材料包括Al₄Si₂C₅相、Al₄SiC₄相、MgAl₂O₄相、Al₄C₃相和MgO相；其中，MgAl₂O₄相為骨料和基質(zhì)的結(jié)合相，片狀Al₄Si₂C₅相和Al₄SiC₄相位于氣孔或孔隙。相較于現(xiàn)有的碳結(jié)合相而言，不存在脫碳反應后的孔洞結(jié)構(gòu)，該耐火材料理化性能優(yōu)異，不易為空氣和熔渣氧化，氣孔或孔隙結(jié)構(gòu)為片狀Al₄Si₂C₅相和Al₄SiC₄相改性，抗氧化性高；而且本發(fā)明還提供一種耐火材料的制備方法，通過提高骨料含量并降低碳含量，利用Al(g)、Al₂O(g)和SiO(g)氣相反應形成非氧化物改性耐火材料孔徑和孔隙結(jié)構(gòu)，制得了節(jié)能長壽命的耐火材料。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及無機非金屬材料技術(shù)領域，尤其涉及耐火材料技術(shù)領域，特別涉及一種耐火材料及其制備方法和供氣元件。

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖秃洗禑捈夹g(shù)是煉鋼工藝必不可缺少的技術(shù)手段。頂?shù)讖秃洗禑捯蚱湓黾恿说撞抗猓訌娏巳鄢氐臄嚢枘芰Γs短了冶煉時間，降低了終渣全鐵T(Fe)含量，提高了金屬收得率，降低了鐵合金消耗，使鋼液的溫度和成分更加均勻。煉鋼爐頂?shù)讖秃洗禑捈夹g(shù)發(fā)展至今，底部供氣元件(透氣磚)的性能和壽命仍然是關鍵問題。

20世紀90年代，隨著濺渣護爐技術(shù)的廣泛應用，轉(zhuǎn)爐爐齡迅速提高(平均15000-20000次)，噸鋼耐火材料的消耗量顯著降低。然而，轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)也給復吹冶金效果帶來負面影響——濺渣護爐工藝導致轉(zhuǎn)爐底部供氣元件(透氣磚)容易堵塞，供氣元件的壽命大大降低，嚴重影響復吹轉(zhuǎn)爐的冶金效果。

目前常用的MgO-C質(zhì)供氣元件材料服役至今，日前我國大型復吹轉(zhuǎn)爐供氣元件的服役壽命為4500-5500爐次，底吹氣體的強度為0.04-0.06m³/(t·min)，吹煉終點，鋼中碳氧積為0.0022-0.0026。因此，我國復吹轉(zhuǎn)爐的綜合指標相對較低；在濺渣護爐條件下，復吹煉鋼爐爐底部供氣元件壽命難與爐齡同步。

材料的組織與結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定材料服役壽命。因此，欲提升轉(zhuǎn)爐底吹工藝用供氣元件的服役壽命，需了解鋼鐵冶煉過程中供氣元件材料基質(zhì)中物相形成機理、組織結(jié)構(gòu)演變機理和服役損毀機理等。在鋼水冶煉過程中，供氣元件用耐火材料要有足夠的高溫力學性能、抗熱震穩(wěn)定性、抗熔渣或鋼液的物理滲透性和化學侵蝕性等。

轉(zhuǎn)爐用供氣元件材料的選材與內(nèi)襯材質(zhì)基本上一致，均為鎂砂和石墨為基體材料，金屬鋁粉、硅粉、碳化硼等為抗氧化劑，酚醛樹脂為結(jié)合劑制備的免燒MgO-C質(zhì)耐火材料。

對用后MgO-C質(zhì)供氣元件表征和分析后發(fā)現(xiàn)，MgO-C質(zhì)供氣元件在轉(zhuǎn)爐周期性冶煉鋼水時頻繁暴露于高溫空氣和液態(tài)熔渣工況環(huán)境，周期性地形成脫碳層和熔渣滲透層，易發(fā)生熔毀和應力剝落。

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，亟需開發(fā)一種新的轉(zhuǎn)爐復吹工藝用的耐火材料，解決現(xiàn)有免燒MgO-C質(zhì)供氣元件服役壽命難與轉(zhuǎn)爐同步的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種耐火材料，所述耐火材料以MgAl₂O₄相為骨料和基質(zhì)的結(jié)合相，相較于現(xiàn)有的碳結(jié)合相而言，不存在脫碳反應和孔洞，抗氧化能力強；所述耐火材料制備的供氣元件用于轉(zhuǎn)爐復吹工藝能夠大大提高供氣元件的使用壽命；而且本發(fā)明還提供一種耐火材料的制備方法，通過控制碳含量，并采用鋁粉與氧化鎂反應，改善了耐火材料的孔徑和孔隙結(jié)構(gòu)，制得的耐火材料性能優(yōu)良。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：