專利名稱：一種不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備一種RH精煉用耐火材料，尤其涉及一種RH精煉用的不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料及其制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著冶金工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋼材質(zhì)量的要求越來越高，而且純凈鋼的需求量不斷增加，因而促進(jìn)了 RH多功能精煉技術(shù)的迅速發(fā)展。由于Cr2O3能提高鎂質(zhì)耐火材料的抗侵蝕性和抗熱震性、降低熱導(dǎo)率，所以傳統(tǒng)的鎂鉻磚在熱震穩(wěn)定性和抗渣性等方面表現(xiàn)都比較出色，因此煉鋼工業(yè)中，鎂鉻磚是現(xiàn)在我國大多數(shù)鋼廠爐外精煉設(shè)備中所廣泛使用的內(nèi)襯材料。但是，含Cr2O3耐火材料在氧化性氣氛或大量堿性氧化物如1(20、似20乂&0等存在時，在一定溫度下其三價鉻(Cr3+)會轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶅r鉻(Cr6+)，而六價鉻是一種對人類健康有嚴(yán)重危害的物質(zhì)。這些六價鉻離子形成的有水溶性的、能毒害人畜并能致癌的六價鉻鹽化合物，通過在用后的廢磚存放過程中受水淋而外滲，污染環(huán)境，尤其是污染水源。對環(huán)境的污染不可忽略，因此研發(fā)出一種不含鉻元素的耐火材料取代鎂鉻磚刻不容緩。氮化硅鐵是氮化硅與鐵及硅鐵的復(fù)合材料，普遍采用以FeSi75鐵合金為原料經(jīng)高溫直接氮化制備合成，氮化硅鐵的出現(xiàn)實現(xiàn)了氮化物的低成本生產(chǎn)，其原因在于合成氮化物的硅源使用相對便宜的FeSi75鐵合金以替代昂貴的金屬硅。洪彥若等在研究非氧化物復(fù)合材料時，提出了金屬塑性相復(fù)合耐火材料的理論及實現(xiàn)該材料的工藝，即過渡塑性相工藝。在剛性的無機氧化物中加入一定量的金屬，金屬的大部分為過渡塑性相，少部分為金屬塑性相。兩者初始時均起塑性成型作用，在常溫壓制成型時金屬的塑性使剛性成型轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄猿尚?，提高制坯的密度和降低氣孔率；在燒結(jié)過程，金屬液化或軟化，充填空隙，起助燒劑作用，提高制品致密度。區(qū)別之處在于燒結(jié)過程，過渡塑性相的金屬與環(huán)境氣氛及材料發(fā)生了反應(yīng)，生成了非金屬增強相，提高材料的高溫強度和抗熱震性。為了滿足RH精煉用耐火材料無鉻化的發(fā)展要求，本發(fā)明以過渡塑性理論為基礎(chǔ)，將氮化硅鐵以細(xì)粉形式加入，使得耐火材料基質(zhì)中同時存在高溫增強相和塑性相，并且氮化硅鐵、氮化硅、硅鐵和鎂鋁尖晶石等都具有良好的抗侵蝕性，制備出一種成本較低的優(yōu)良RH精煉用無鉻化耐火材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在制備出一種RH精煉用不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料，其無需高溫?zé)?、生產(chǎn)工序簡單,原料價格低廉,大大降低了生產(chǎn)成本。同時產(chǎn)品具有強度高、熱震穩(wěn)定性好、抗侵蝕性好、 壽命長等特點，滿足了 RH精煉用耐火材料無鉻化的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料，其特征在于:按重量百分比計，所述滑板原料組成為55-90%的剛玉、5-20%的鎂鋁尖晶石、5-30%的氮化硅鐵，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。所述剛玉有3-lmm、l-0.1mm及0-0.1mm三種粒度，所述鎂招尖晶石為0-0.1mm,所述氮化硅鐵粒度為0-0.1mm。原料中三種不同粒度的比例為:
3 ≤粒度 < 1_ 45-65%
I ≤粒度< 0.1mm 18-30%
0.1 ≤粒度 < 0_ 17-30% 。 上述不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料的制備方法，其特征在于:按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在120-600°C下干燥5-25h。本發(fā)明的積極效果:
1、本發(fā)明利用 過渡塑性相工藝制備了氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料。其無需高溫?zé)?、生產(chǎn)工序簡單,原料價格低廉,大大降低了生產(chǎn)成本。2、本發(fā)明所得產(chǎn)品為氧化物和非氧化物結(jié)合的無碳耐火材料，其中硅鐵合金降低材料的氣孔率并發(fā)揮著塑性相的作用，提高材料的韌性和抗熱震性能，同時硅鐵合金使制品氧位降低，不會對潔凈鋼產(chǎn)生O污染。3、Si3N4高溫下被氧化為Si2N2O,兩者均為高熔點化合物；Fi3Si高溫抗氧化性好，故本產(chǎn)品具有很好的抗氧化性。4、本發(fā)明產(chǎn)品不含易于鋼液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)成分，鎂鋁尖晶石、氮化硅鐵的存在使得產(chǎn)品具有優(yōu)良的抗侵蝕性。5、本發(fā)明產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理性能指標(biāo)。顯氣孔率3-11%、體積密度2.9-3.4g/cm3、常溫耐壓強度100_290MPa、高溫抗折強度ll_60Mpa。8、本發(fā)明的耐火材料能滿足鋼鐵行業(yè)RH精煉的需求，適應(yīng)了 RH精煉用耐火材料無鉻化的發(fā)展要求，并且生產(chǎn)成本大大降低，市場潛力大，適宜于推廣應(yīng)用，將具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
具體實施例方式實施例1:一種RH精煉用不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料的制備方法，按重量百分比計，原料組成為:80%的剛玉、10%的鎂鋁尖晶石、10%的氮化硅鐵，外加3%的熱固性酚醛樹脂。生產(chǎn)時，先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機壓制成型，在120-600°C下干燥9h。所述粉料為粒度小于325目的氮化硅鐵、鎂鋁尖晶石及部分剛玉，所述骨料為粒度為3-lmm、l-0.1mm的剛玉；上述剛玉分為板狀剛玉、白剛玉和掠剛玉。 所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率4.5%，體積密度3.34g/cm3，常溫耐壓強度278MPa，高溫抗折強度26MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。實施例2:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
按重量百分比計，原料組成為:75%的剛玉、10%的鎂鋁尖晶石、15%的氮化硅鐵，外加3%的熱固性酚醛樹脂。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率5.1%，體積密度3.31/cm3，常溫耐壓強度246MPa，高溫抗折強度34MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。實施例3:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
按重量百分比計，原料組成為:72%的剛玉、8%的鎂鋁尖晶石、20%的氮化硅鐵，外加3%的熱固性酚醛樹脂。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率5.9%，體積密度3.27/cm3，常溫耐壓強度205MPa，高溫抗折強度41MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。實施例4:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
按重量百分比計，原料組成 為:67%的剛玉、8%的鎂鋁尖晶石、25%的氮化硅鐵，外加3%的熱固性酚醛樹脂。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率6.5%，體積密度3.21g/cm3,常溫耐壓強度176MPa，高溫抗折強度49MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。
權(quán)利要求
1.一種不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料，其特征在于:按重量百分比計，所述耐火材料原料組成為55-90%的剛玉、5-20%的鎂鋁尖晶石、5-30%的氮化硅鐵，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。
2.如權(quán)利要求1所述的不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料，其特征在于:所述剛玉有3-lmm、l-0.1mm及0-0.1mm三種粒度,所述鎂招尖晶石粒度為0-0.1mm,所述氮化硅鐵粒度為0-0.1mm，所述剛玉包括板狀剛玉、白剛玉和棕剛玉；原料中三種不同粒度的比例為:3≤粒度< 1_ 45-65% I ≤粒度< 0.1mm 18-30% 0.1 ≤粒度 < 0_ 17-30% 。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料的制備方法，其特征在于:按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在120-600°C下干燥 5-25h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種RH精煉用不燒氮化硅鐵-尖晶石-剛玉復(fù)合耐火材料及其制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。該滑板按重量百分比計的原料組成為55-90%的剛玉、5-20%的鎂鋁尖晶石、5-30%的氮化硅鐵，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。生產(chǎn)時按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后壓制成型，在120℃-600℃下干燥5-25h。該產(chǎn)品具有氧化物-非氧化物復(fù)合的結(jié)構(gòu)，有優(yōu)良的物理性能指標(biāo)顯氣孔率3-11%、體積密度2.9-3.4g/cm3、常溫耐壓強度100-290MPa、高溫抗折強度11-60Mpa。本發(fā)明產(chǎn)品無需高溫?zé)?，原料價格低廉，大大降低了生產(chǎn)成本，滿足了RH精煉用耐火材料無鉻化的需求。
文檔編號C04B35/66GK103145433SQ201310096899
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者李勇, 張軍杰 申請人:北京科技大學(xué)