[发明专利]制造碳化硅晶须增强型耐火组合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成不定形(monolithic)耐火组合物的方法。本发明进一步涉及通过该方法制造的耐火组合物，安置所述耐火组合物以形成耐火内衬，以及成品耐火内衬。

背景技术

耐火材料是具有使其适于在高温应用中用作耐热阻隔物的性能的材料。无定形耐火材料具有形成无接缝内衬的能力，常被称为不定形产品。这些材料是有用的，例如用作冲天炉炉膛和虹吸管的内衬，用于高炉，主、次和倾斜流道，并且更通常地用于容器或容器喷嘴、钢包、中间包、反应室和槽，其包含、引导流动，或者适用于促进液态金属和熔渣或任何其他高温液体、固体和气体的工业处理。无定形耐火材料通常以粉末状形式制造，并在应用之前与水混合。可用诸如铸塑、喷涂(喷射)和喷补等技术将湿材料涂敷为内衬，然后固化并干燥，而后烧制。

耐火材料的重要性质是其机械、化学和热耐受性。机械耐受性通常使用断裂模量(MOR，也称为弯曲强度)和常温耐压强度(CCS)来评价。对于基于氧化铝的耐火材料，机械改善可以通过形成具有高机械和热耐受性的非氧化物相(例如碳化硅、氮化硅、SiAlON)来获得，其生长通过添加特定的含金属非氧化物化合物而实现，并且总包括在非氧化性气氛(例如He、N₂、Ar或在真空下)中于受控温度下的热预处理。本领域技术人员知晓，在耐火组合物中存在特定量的碳化硅晶须会改善成品内衬的机械性质。然而，这些晶须难以获得。

US 4,326,040A公开了由氧化铝、碳化硅和碳粉(等等)形成的耐火组合物，其中起始材料在非氧化气氛中在树脂或沥青粘合剂的存在下烧制。树脂和受控气氛的使用使得该形成工艺昂贵且复杂。

US 4,543,345A公开了通过在至少28MPa的压力和至少1600℃的温度下热压例如氧化铝和碳化硅晶须而形成的耐火组合物。碳化硅晶须非常昂贵且极其致癌，并且操作非常危险。碳化硅晶须的分散难以实现，并且精细的加工技术是必要的。使用将晶须和陶瓷基质粉末混合的机械方法时，存在晶须成簇和晶须受损的可能性，并且晶须装填的程度受限。

US 4,753,764A公开了形成一种耐火陶瓷，其包括将例如碳化硅粉末与晶须形成剂和晶须形成促进剂混合，将该混合物成型并在超过2050℃的温度下于真空和/或Ar中进行热处理。WO 91/04234和EP 0309128A1也公开了形成含碳化硅晶须的耐火组合物，其包括在惰性或非氧化性气氛下的热处理。

Karamian等在J.Eur.Ceram.Soc.，31，14，2677-2685中公开了用矾土、含SiC材料、焦炭和酚醛树脂作为起始材料来形成耐火材料的方法。在烧制步骤中，该混合物在焦炭(还原性)气氛下被加热。

上述制造各种具有提高的机械强度且包含碳化硅晶须的耐火组合物的所有方法都要求在形成耐火材料时、特别是在热处理步骤中的严格和/或仔细控制的条件。本发明的目的是提供耐火组合物，其使得耐火内衬具有良好或改善的机械性质，并且形成方法不太复杂和昂贵。

发明内容

本发明由所附权利要求限定。

具体而言，本发明体现为一种形成不定形耐火组合物的方法，所述方法包括：提供耐火组合物，其包含：氧化铝、铝硅酸盐或其混合物，碳化硅，碳，硅粉，微硅粉(microsilica)，可选的硅铁，和可选的水泥；将此组合物与水混合以形成均匀混合物；安装所述均匀混合物并使其固化；在不高于1200℃的温度下，例如在不高于1000℃温度下，对固化的安装的混合物进行热处理。所述方法的特征在于热处理步骤在中性条件或弱氧化条件下进行，例如在大气压下于空气中进行。

根据本发明的一个实施方式，经热处理的安装的混合物经受不定形组合物的第二热处理，在该进一步热处理期间，在不定形耐火组合物内形成碳化硅晶须。根据本发明，发现在某些条件下并使用耐火组合物组分的特定组合时，可以通过在非受控条件下使用热处理而在铸塑耐火组合物中形成碳化硅晶须，也就是说，避免了在热处理步骤中提供真空、或惰性气氛或非氧化性气氛的需要。所述第二热处理可以在至多1600℃的温度下进行，例如至多1450℃，例如至多1400℃，或者在1200℃～1400℃之间，或者在1200℃～1600℃的温度范围内进行。