[发明专利]一种高炉陶瓷杯用Al2

说明书

一种高炉陶瓷杯用Al₂OC‑AlN固溶体结合刚玉耐火材料及制备方法，属于耐火材料领域。原料组成为57％粒度在1‑3mm的刚玉颗粒，13％粒度在550‑600μm的刚玉颗粒，6‑26％粒度在38‑45μm的刚玉细粉，3‑18％粒度在38‑45μm的金属铝粉，1‑6％粒度在38‑45μm的氮化硅粉，外加上述原料总重量2‑6％的结合剂酚醛树脂，并且金属铝含量是氮化硅含量的3倍。制备时按配方称取各种原料，混合均匀后经混炼得到泥料，然后压制成型，先在200℃干燥12h以上，然后在氮气气氛下先升温至550‑650℃保温6‑10h，接着在1500‑1700℃烧结3‑6h。得到的产品显气孔率9‑14％、体积密度2.90‑3.10g/cm³、常温耐压强度260‑340MPa。该方法原料化学稳定性高，不含碳和易水化的AlN及Al₄C₃，设备要求低，成功制备了Al₂OC‑AlN固溶体结合刚玉耐火材料，可大规模生产。

技术领域

本发明属于耐火材料领域。具体涉及一种高炉陶瓷杯用Al₂OC-AlN固溶体结合刚玉耐火材料及制备方法。

背景技术

高炉炼铁是炼铁的主要方式，高炉耐火材料在使用过程中不仅会受到铁水和炉渣的侵蚀还会受到碱蒸汽和一氧化碳等气相的侵蚀。同时，炼铁技术进步和高炉冶炼强度的提高对高炉提出了新的要求。为了减少维修费用，避免停产带来的经济损失，高炉需要实现长寿化。

由陶瓷杯和炭砖组成的高炉陶瓷杯炉缸炉底结构是在综合炉底结构和水冷炭砖薄炉结构以后发展起来的新型炉缸炉底结构，具有明显的优越性，是实现高炉长寿的综合技术之一。作为与铁水及炉渣直接接触的工作面，陶瓷杯砖的性能将直接影响高炉长寿。陶瓷杯砖应具有较好的抗铁水侵蚀性、抗炉渣侵蚀性和抗碱蒸汽侵蚀性，同时应具有合适的导热系数来实现炉缸对铁水的保温从而提高铁水温度并降低炼铁能耗。目前，使用较好的陶瓷杯砖为国外陶瓷杯砖。国内的陶瓷杯砖,如复合棕刚玉砖,刚玉莫来石砖,对提高铁水温度取得了显著效果,但其抗碱性和抗炉渣铁水侵蚀性较差，提高高炉寿命的效果并不明显。为了更好发展陶瓷杯技术，需要发展能满足高炉使用的陶瓷杯砖。

刚玉材料具有较好的抗碱性和抗炉渣侵蚀性，可作为陶瓷杯砖的基体材料，同时需引入导热系数较好的增强相改善使用性能。Al₂OC-AlN固溶体具有碳化物热导率高、热膨胀率小、抗热冲击性好等优点，并且熔点高、高温稳定性好，是刚玉材料良好的增强相。早期研究通过高温热压AlN、Al₄C₃和Al₂O₃的粉末混合物合成Al₂OC-AlN固溶体，高温高压的合成条件及AlN和Al₄C₃的易水化性限制了其工业化生产。目前有研究表明树脂结合Al-Al₂O₃复合材料在高温氮气条件下可得到Al₂OC-AlN固溶体，但产物中还存在高温稳定性较差的Al₄O₄C。并且氮气是唯一的氮源，试样尺寸较大时难以实现均匀氮化及Al₂OC-AlN固溶体的合成。为得到大尺寸的Al₂OC-AlN固溶体结合刚玉耐火材料，需考虑引入固态氮源。固态氮源氮化硅的引入通过与铝的反应得到较多的AlN从而降低 Al₄O₄C的含量，并在液相金属的作用下通过液相烧结得到Al₂OC-AlN固溶体。以Al₂OC-AlN固溶体增强相为主几乎不含Al₄O₄C的Al₂OC-AlN固溶体结合刚玉耐火材料有望成为满足高炉使用的陶瓷杯砖。

发明内容