[发明专利]一种不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备一种RH精炼用耐火材料，尤其涉及一种RH精炼用的不烧氮化硅铁-棕刚玉复合无铬化耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

近几年来，随着冶金工业的迅速发展，对钢材质量的要求越来越高，而且纯净钢的需求量不断增加，因而促进了RH多功能精炼技术的迅速发展。

在RH精炼炉中，内衬经受着高强度的钢液冲刷，渣侵蚀以及巨大的温差变化，因此对耐火材料抗渣性、热震性的性能都有较高的要求。通常使用的镁铬砖在热震稳定性和抗渣性等方面表现都比较出色，是现在我国大多数钢厂炉外精炼设备中所广泛使用的内衬材料。但是，含Cr₂O₃ 的耐火材料在氧化性气氛或大量碱性氧化物如K₂O、Na₂O、CaO等存在时，在一定温度下其三价铬(Cr³⁺)会转变为六价铬(Cr⁶⁺) ，六价铬是一种对人类健康有严重危害的物质。因此研发出一种不含铬元素的耐火材料取代镁铬砖刻不容缓。

氮化硅铁是氮化硅与铁及硅铁的复合材料，普遍采用以FeSi75铁合金为原料经高温直接氮化制备合成，氮化硅铁的出现实现了氮化物的低成本生产，其原因在于合成氮化物的硅源使用相对便宜的FeSi75铁合金以替代昂贵的金属硅。板状刚玉和白刚玉是以优质氧化铝粉为主要原料，而棕刚玉是以铝矾土为主要原料，相比之下棕刚玉的成本较低。

洪彦若等在研究非氧化物复合材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属的大部分为过渡塑性相，少部分为金属塑性相。两者初始时均起塑性成型作用，在常温压制成型时金属的塑性使刚性成型转变为塑性成型，提高制坯的密度和降低气孔率；在烧结过程，金属液化或软化，充填空隙，起助烧剂作用，提高制品致密度。区别之处在于烧结过程，过渡塑性相的金属与环境气氛及材料发生了反应，生成了非金属增强相，提高材料的高温强度和抗热震性。

为了满足RH精炼用耐火材料无铬化的发展要求，本发明以过渡塑性理论为基础，将氮化硅铁以细粉形式加入，使得耐火材料基质中同时存在高温增强相和塑性相，并且氮化硅铁、氮化硅、硅铁等都具有良好的抗侵蚀性，制备出一种低成本的优良无铬化耐火材料。

 

发明内容

本发明旨在制备出一种不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料，其无需高温烧成、生产工序简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。同时产品具有强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点，满足了RH精炼用耐火材料无铬化的需要。

本发明的技术方案：

一种不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，所述耐火材料原料组成为55-88%的棕刚玉、1-25%的活性氧化铝、5-30%的氮化硅铁，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。

所述棕刚玉有3-1mm、1-0.1mm及0-0.1mm三种粒度，所述活性氧化铝的粒度为0-0.1mm，所述氮化硅铁的粒度为0-0.1mm。原料中三种不同粒度的比例为：

3≤粒度＜1mm   45-65%

1≤粒度＜0.1mm   18-30%

0.1≤粒度＜0mm  17-30%  。

所述不烧氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在120-600℃下干燥5-25h。 

本发明的积极效果：

1、本发明利用过渡塑性相工艺制备了氮化硅铁-棕刚玉复合耐火材料。其无需高温烧成、生产工序简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。

2、本发明所得产品为氧化物和非氧化物结合的无碳耐火材料，其中硅铁合金降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提高材料的韧性和抗热震性能，同时硅铁合金使制品氧位降低，不会对洁净钢产生O污染。

3、Si₃N₄高温下被氧化为Si₂N₂O，两者均为高熔点化合物；Fi₃Si高温抗氧化性好，故本产品具有很好的抗氧化性。

4、本发明产品不含易于钢液发生反应的化学成分，氮化硅铁的存在使得产品具有优良的抗侵蚀性。