[发明专利]中间包水口用氮化硅结合碳化硅耐火材料

说明书

本发明涉及中间包水口用的耐火材料，更确切地说是涉及到氮化硅结合的碳化硅耐火材料，属于非氧化物系耐火材料领域。

众所周知，碳化硅(SiC)材料具有强的共价键结合特性(共价键占有率为89％)故赋于它具有良好的稳定性；同时具有仅次于金刚石的硬度，赋于它具有优良的耐磨性。它同时具有较高的高温强度、高热导率、低的膨胀系数以及良好的抗热震性能，使它成为具有优异的高温性能、低膨胀、耐磨损、耐腐蚀的耐火材料提供了条件。

早期的碳化硅耐火材料是利用粘土、氧化硅和硅酸盐结合制成的，已显示出比常用的高铝质、锆质、铝碳材料优异的耐磨、抗热震和高热导的性质，被广泛应用于在有色金属冶炼工业中的燃烧炉、燃烧室、防护罩和窑炉。七十年代中，随着氮化硅结合碳化硅耐火材料的出现，以其优良的耐强碱、抗氧化、高热导、高强度(室温和1400℃下的高温)，良好的抗热震性能和高温耐磨损性，满足了高炉技术发展对耐火材料的要求，使炉子使用寿命从原先的4-6年提高到10年以上甚至可更长。因此，氮化硅结合的碳化硅作为新一代的耐火材料已引起各国广泛重视。

目前，国内外中间包水口通常使用的耐火材料是高铝质、锆质、铝碳质，使用中存在的主要问题是：

(1)受腐蚀渗透，主要是钢渣中的低熔点氧化物CaO，Na₂O等与耐火材料反应；

(2)结瘤，主要是因为钢水与耐火材料高温下反应；氧通过耐火材料中的气孔渗透导致钢的氧化沉淀；  固有的Al₂O₃杂质或还原反应沉淀以及水口的温差，产生凝固。

本发明的目的在于用氮化硅结合碳化硅耐火材料取代目前使用的高铝质、锆质或铝碳质材料制作中间包水口，提高寿命，改进钢水的质量。

本发明是通过一般耐火材料的混料、成型、烧结、检测等工艺步骤制作中间包水口用的氮化硅结合的碳化硅材料，具体步骤为：

粗或中级的SiC粉一般为20目～200目，粗或中级SiC与细SiC粉的混合比例一般为5∶1∶或4∶2∶4，粘结剂为普通树脂，氮化温度为1400℃ 50小时，氮化后再升温烧结1600℃。

本发明提供的氮化硅结合碳化硅耐火材料的主要组份为(wt％)：

SiC        50-80

Si₃N₄    10-30

Al₂O₃    5-20

最大颗粒尺寸范围为20-120目

表1为本发明选择的5种组成的氮化硅结合碳化硅材料的基本物性。

表2是表1所述的5种组成不同温度氧化后的抗折强度变化。结果表明经500℃、800℃、1400℃氧化处理后抗折强度不但不降低，而且还略有上升，尤其是1400℃ 10hr氧化后强度升幅最大，且基体的氧化增重量与气孔率成正比(表3)。

        表1材料组份及其物性表

        表2不同温度氧化后的抗折强度变化^*

编    号    1    2    3   4   5室温强度500℃，6hr，空气800℃，6hr，空气1400℃，10hr，空气    57   62   64  69  62    56   42   64  70  62    64   61   88  76  60    76   65   80  85  88^*编号组份同表1