[发明专利]一种Fe-Si3N4-SiC复相耐火材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火材料及其制备和应用，属于耐火材料及固体废弃物资源综合利用技术领域。

背景技术

出铁口是炼铁高炉结构中重要的部位之一。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。由于现今高炉炼铁对高炉所用炮泥的质量提出了更高的要求，炮泥已从过去单纯的消耗性耐火材料转向功能性耐火材料。为了满足炼铁高炉安全生产的要求，国内外的研究人员都对如何提高炮泥质量进行了多方面的攻关，以求更好的改善高炉出铁口炮泥性能。国内外高性能炮泥普遍选择优质非氧化物原料或人工合成原料作为炮泥的主材质，同时采用新型结合剂和外加剂，来提高无水炮泥质量和获得稳定的性能，使用时不仅能够保证出铁稳定，出铁时间长，而且炮泥单耗大为减少。

目前国内外很多大中型炼铁企业高炉所用炮泥在制备时普遍添加Fe-Si₃N₄原料，由于金属铁和氮化硅的引入，使得添加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，导致价格较高，不利于在高炉炮泥应用中的推广。

尾矿是我国目前产出量最大、堆存量最多的固体废弃物，大量的尾矿不仅占用了土地、浪费了资源，而且造成了环境污染。因此，加强工业固体废弃物尾矿的综合利用已势在必行。而利用高硅铁尾矿，经过组分设计，通过碳热还原氮化可以合成Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火原料，实现了低成本合成及环境的改善。

朱晓燕，李勇，王佳平等进行了用Si-Fe反应烧结制备Fe-Si₃N₄-SiC复合材料的性能研究。以FeSi75和SiC为主要原料，直接氮化反应烧结，制备了综合性能优异的Fe-Si₃N₄-SiC复合材料。此种方法合成原料为FeSi75和SiC，原料成本较高。

公开号为CN1850596A的中国发明专利申请中提供了一种利用铁尾矿制备SiC复相材料的方法。将铁尾矿磁选除铁后，合成SiC粉末，再将SiC粉末与Al₂O₃和Y₂O₃混合制备SiC复相材料。此种方法将铁尾矿中的铁磁选除去，未充分整体利用铁尾矿废弃物。

目前，尚未发现利用高硅铁尾矿制备Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火原料的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火材料的制备方法，该方法成本低，易于工业化生产，有利于环境保护，且为铁尾矿的深度利用提供了一种新的途径。

本发明以高硅铁尾矿为主要原料，配入碳粉，即高硅铁尾矿中主要含有SiO₂和Fe₂O₃，通过加入碳粉，利用碳还原SiO₂，从而形成Si₃N₄和SiC，同时碳还原Fe₂O₃产生新的Fe₃Si相，由此，通过组分设计，根据所需耐火材料要求在合适的温度制度下进行碳热还原氮化烧结，冷却后将产物破碎和磨细，制备出应用于各种炮泥耐火材料的高性能Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火原料粉体。

一种Fe-Si₃N₄-SiC复相耐火材料的制备方法包含配料制坯和烧结的步骤，所述配料制坯步骤中包含反应原料与结合剂的混合，所述原料按质量百分比，由下述组分组成：高硅铁尾矿：50～70％，碳粉：30～50％。

本发明所述制备方法中所述结合剂的量为高硅铁尾矿和碳粉总质量的1～10％。

本发明所述制备方法的铁尾矿指铁矿山选矿后的废弃物，高硅铁尾矿指按质量百分比，SiO₂含量高于70％的铁尾矿。