[发明专利]RH精炼炉用SiC-AlN固溶体结合棕刚玉耐火材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种RH精炼炉用SiC‑AlN固溶体结合棕刚玉耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。按质量百分比计，该复合材料的原料组成为60‑88％的棕刚玉、1‑20％的活性氧化铝、1‑15％的铝粉、1‑15％的硅粉、0‑10％％的炭粉，外加2‑7％的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比将原料混合均匀，经混炼得到泥料，压制成型，在120℃‑400℃下干燥5‑30h，最后于1200‑1800℃氮气气氛下烧成。该产品利用Al、Si、C及N₂之间的反应在棕刚玉基体中原位合成SiC‑AlN固溶体增强相，具有优良的性能：显气孔率3‑12％、体积密度2.95‑3.40g/cm³、常温耐压强度90‑300MPa，高温抗折强度8‑60MPa。本发明产品烧成时无需超高温和高压，原料价格低廉，大大降低了生产成本。本发明产品综合了金属、非氧化物和氧化物的优点，具有良好的抗热震性、抗侵蚀性及高温稳定性。

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SiC-AlN固溶体结合棕刚玉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，而且洁净钢的需求量不断增加，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及自然环境均有严重危害的物质。因此研发出一种不含铬元素的RH精炼炉用耐火材料取代镁铬砖刻不容缓。

金属-非氧化物-氧化物复合耐火材料综合了金属、非氧化物以及氧化物的各项优良特征，如具有优良的高温强度、抗热震、抗渣和铁侵蚀及抗氧化等性能，是新一代的优质高效耐火材料的核心。金属铝和硅是常用的耐火原料，将其作为原料加入刚性的无机氧化物中，可起塑性相及过渡塑性相作用：常温压制时由于金属具有良好的韧性可实现塑性成型；在高温烧成或使用过程中，过渡塑性相的金属与环境气氛及材料发生反应，可原位生成非氧化物增强相，提高材料的高温强度和抗热震性、抗侵蚀性。刚玉是常用的氧化物耐火材料，其中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。

为了满足RH精炼用耐火材料无铬化的发展要求，本发明以金属-非氧化物-氧化物复合理论为基础，以棕刚玉为氧化物基体，将金属铝和硅以细粉形式加入，设计升温机制并在氮气气氛下烧成。利用高温下金属Al、Si、C与N₂之间的反应原位合成具有良好抗侵蚀性的SiC-AlN固溶体增强相，使得耐火材料基质中同时存在非氧化物增强相和塑性相，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RH精炼炉用SiC-AlN固溶体结合棕刚玉复合耐火材料，其生产工序简单，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RH精炼炉用SiC-AlN固溶体结合棕刚玉耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，所述耐火材料原料组成为60-88％的棕刚玉、1-20％的活性氧化铝、1-15％的铝粉、1-15％的硅粉、0-10％％的炭粉，外加上述原料总量2-7％的酚醛树脂为结合剂。