[发明专利]一种制备Fe-Sialon-尖晶石复相耐火原料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制备Fe-Sialon-尖晶石复相耐火原料的新方法，这种Fe-Sialon-尖晶石复相耐火原料的粉体主要用于炼铁高炉的炮泥耐火材料，属于耐火材料制备技术领域。

背景技术：

随着我国经济的发展，各行各业对钢铁的需求量越来越大，我国已是世界产铁大国。2007年我国的钢铁产量达到48966万吨，约占当年世界总产量的36.4％。近年来，我国高炉炼铁发展中所用高炉容积逐渐趋向于大型化；全国各地投资新建了许多钢铁企业，使得我国的钢铁产量逐年呈快速上升的趋势。

近几十年来，随着炼铁技术的发展，国内外研究人员也一直在研究如何延长高炉寿命，由此高炉技术得到很大发展，具体表现为：炼铁高炉普遍开始采用高风压、高顶压、高冶强、大风量和富氧喷吹等新技术，而在中小型高炉的应用中，普遍将冶炼进行了强化，增加了日出铁次数，并取消了放上渣工艺；高炉容积越来越大，大型高炉(2500m³以上)应用越来越多。随着高炉技术的进步，炼铁质量得到了很大改善，炼铁高炉也可以作到高产量和低耗能并举。高炉寿命也普遍得到了延长。

出铁口既是炼铁高炉结构中重要的部位，也是薄弱的部位。炼铁高炉的正常生产、生产效率以及炉前的合理操作，很大程度上都取决于对于出铁口的维护和操作。出铁口的基本操作就是出渣出铁。炼铁高炉大型化趋势以及中小型高炉在强化冶炼后，日出铁次数增加等都导致了对高炉出铁口炮泥用量和质量的要求越来越高。

目前国内外大中型高炉在生产中普遍采用无水炮泥进行出铁口操作，所用炮泥在制备时普遍添加FeSi₃N₄原料，金属铁和高性能氮化硅材料的引入，使得添加了Fe-Si₃N₄的高炉炮泥不仅具有良好的抗侵蚀性和抗冲刷性，而且还具有梯度烧结功能使得开铁口的过程比较容易。但是Fe-Si₃N₄目前生产工艺成本较高，能耗较大，导致价格较高，不利于其在高炉炮泥应用中的推广。

而Sialon作为一种固溶体，其本质就是Si₃N₄中的Si原子和N原子同时分别被Al原子和O原子置换并保持电中性所形成的一个Si-Al-O-N固溶体。而且Sialon的性质与Si₃N₄十分相近，所以可以采用Sialon代替Fe-Si₃N₄中的Sialon来生产出成本较低、能耗较小、价格较低的耐火原料。

铝灰是炼铝过程中产生的熔渣和浮皮。而在工业应用中铝也是用量大户之一，据统计全世界每年铝的产量和消费量都超过了2700万吨，并且每年都在增长。铝工业的发展同样带来了大量的铝渣(即炼铝工业生产中产生的铝废料由于氧化形成浮渣漂浮在铝液表面而生成)。最后经回收处理后，剩下铝品味较低的无法回收的便成为铝灰。但是这些铝灰中除了Al₂O₃之外，还存在MgAl₂O₄(镁铝尖晶石)等物相，MgAl₂O₄具有较高的熔点、热膨胀小、热应力低、热振稳定性好，同时它具有较稳定的化学性质，对碱性熔渣具有较强的抵抗能力。以往这些炼铝工业产生的铝灰因为铝品味较低，不能在进一步提铝。目前国内外铝灰的处理方式除填埋外，报道的再利用主要途径有以下几种：(1)合成聚合氯化铝(净水剂)，用于工业废水和生活废水的处理。但生产净水剂产生大量的有害化工废料，存在产生二次污染问题。(2)炼钢保护渣(覆盖剂、脱氧剂等)。80年代初，日本中板株式会社首先根据不同铝灰的品位，将其用于200t电炉的钢水氧化喷粉提温和精炼脱氧脱硫。目前，国内铝灰成份复杂，处理起来较困难，对钢液容易产生污染，无法推广应用。因此，如何高效利用铝灰是目前亟待解决的问题。

Fe-Sialon-尖晶石复相材料具有耐高温、优良的抗氧化性和良好的热化学稳定性，属于一种具有梯度烧结功能的耐火材料原料，可用于炼铁高炉的炮泥耐火材料、还可以用于制备其它的耐高温耐磨材料。

发明内容：

本发明以铁精矿粉、铝灰和焦炭粉等为主要原料，通过组分设计，在合适的温度制度下进行碳热还原氮化烧结，可制备应用于各种炮泥耐火材料的高性能Fe-Sialon-尖晶石耐火原料。