[發明專利]一種高爐陶瓷杯用Al2

有效

• 申請號: 202011009925.4
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112250451B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 李勇;吳曉芳;李宏宇
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/56;C21B7/06
• 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

一種高爐陶瓷杯用Al₂OC?AlN固溶體結合剛玉耐火材料及制備方法，屬于耐火材料領域。原料組成為57％粒度在1?3mm的剛玉顆粒，13％粒度在550?600μm的剛玉顆粒，6?26％粒度在38?45μm的剛玉細粉，3?18％粒度在38?45μm的金屬鋁粉，1?6％粒度在38?45μm的氮化硅粉，外加上述原料總重量2?6％的結合劑酚醛樹脂，并且金屬鋁含量是氮化硅含量的3倍。制備時按配方稱取各種原料，混合均勻后經混煉得到泥料，然后壓制成型，先在200℃干燥12h以上，然后在氮氣氣氛下先升溫至550?650℃保溫6?10h，接著在1500?1700℃燒結3?6h。得到的產品顯氣孔率9?14％、體積密度2.90?3.10g/cm³、常溫耐壓強度260?340MPa。該方法原料化學穩定性高，不含碳和易水化的AlN及Al₄C₃，設備要求低，成功制備了Al₂OC?AlN固溶體結合剛玉耐火材料，可大規模生產。

技術領域

本發明屬于耐火材料領域。具體涉及一種高爐陶瓷杯用Al₂OC-AlN固溶體結合剛玉耐火材料及制備方法。

背景技術

高爐煉鐵是煉鐵的主要方式，高爐耐火材料在使用過程中不僅會受到鐵水和爐渣的侵蝕還會受到堿蒸汽和一氧化碳等氣相的侵蝕。同時，煉鐵技術進步和高爐冶煉強度的提高對高爐提出了新的要求。為了減少維修費用，避免停產帶來的經濟損失，高爐需要實現長壽化。

由陶瓷杯和炭磚組成的高爐陶瓷杯爐缸爐底結構是在綜合爐底結構和水冷炭磚薄爐結構以后發展起來的新型爐缸爐底結構，具有明顯的優越性，是實現高爐長壽的綜合技術之一。作為與鐵水及爐渣直接接觸的工作面，陶瓷杯磚的性能將直接影響高爐長壽。陶瓷杯磚應具有較好的抗鐵水侵蝕性、抗爐渣侵蝕性和抗堿蒸汽侵蝕性，同時應具有合適的導熱系數來實現爐缸對鐵水的保溫從而提高鐵水溫度并降低煉鐵能耗。目前，使用較好的陶瓷杯磚為國外陶瓷杯磚。國內的陶瓷杯磚,如復合棕剛玉磚,剛玉莫來石磚,對提高鐵水溫度取得了顯著效果,但其抗堿性和抗爐渣鐵水侵蝕性較差，提高高爐壽命的效果并不明顯。為了更好發展陶瓷杯技術，需要發展能滿足高爐使用的陶瓷杯磚。

剛玉材料具有較好的抗堿性和抗爐渣侵蝕性，可作為陶瓷杯磚的基體材料，同時需引入導熱系數較好的增強相改善使用性能。Al₂OC-AlN固溶體具有碳化物熱導率高、熱膨脹率小、抗熱沖擊性好等優點，并且熔點高、高溫穩定性好，是剛玉材料良好的增強相。早期研究通過高溫熱壓AlN、Al₄C₃和Al₂O₃的粉末混合物合成Al₂OC-AlN固溶體，高溫高壓的合成條件及AlN和Al₄C₃的易水化性限制了其工業化生產。目前有研究表明樹脂結合Al-Al₂O₃復合材料在高溫氮氣條件下可得到Al₂OC-AlN固溶體，但產物中還存在高溫穩定性較差的Al₄O₄C。并且氮氣是唯一的氮源，試樣尺寸較大時難以實現均勻氮化及Al₂OC-AlN固溶體的合成。為得到大尺寸的Al₂OC-AlN固溶體結合剛玉耐火材料，需考慮引入固態氮源。固態氮源氮化硅的引入通過與鋁的反應得到較多的AlN從而降低 Al₄O₄C的含量，并在液相金屬的作用下通過液相燒結得到Al₂OC-AlN固溶體。以Al₂OC-AlN固溶體增強相為主幾乎不含Al₄O₄C的Al₂OC-AlN固溶體結合剛玉耐火材料有望成為滿足高爐使用的陶瓷杯磚。

發明內容