一種耐高溫、耐沖刷材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體為一種耐高溫、耐沖刷的材料及其制備方法，該材料可廣泛應(yīng)用于鋁電解工業(yè)及有色金屬行業(yè)。該材料基體使用碳化硅，并對(duì)該基體進(jìn)行浸漬滲碳處理和二次焙燒處理。其工藝流程為：碳化硅基體→浸入液體改質(zhì)瀝青→高溫高壓滲碳→二次焙燒。本發(fā)明作為電解槽的流態(tài)阻擋材料可保持形狀穩(wěn)定，不污染鋁液及電解質(zhì)，較大地提升了鋁液品相，降低了鋁電解的成本。本發(fā)明作為耐高溫、耐沖刷的材料，應(yīng)用于冶金行業(yè)，可有效提高各類(lèi)窯爐的壽命，減少對(duì)冶煉金屬的污染，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種耐高溫、耐沖刷材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體為一種用于冶金行業(yè)的耐高溫、耐沖刷材料及其制備方法。該材料廣泛應(yīng)用于節(jié)能降耗型鋁電解槽，可以降低槽電耗，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是鋁電解技術(shù)的一部分。同時(shí)，應(yīng)用于鋼鐵、有色冶金的窯爐砌筑和鋼水包及鋁液抬包的砌筑坐寸O

【背景技術(shù)】
[0002]鋁電解過(guò)程是一個(gè)耗能高、污染大的過(guò)程，提高鋁電解的效率，應(yīng)用新型鋁電解技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗便成為提高鋁廠競(jìng)爭(zhēng)力，快速提升經(jīng)濟(jì)效益的較佳選擇。
[0003]目前，為能達(dá)到節(jié)能降耗的目的，可通過(guò)擋塊方式抑制槽內(nèi)鋁液的流動(dòng)，進(jìn)而降低槽極距，減小槽電壓，節(jié)省耗電成本。
[0004]隨著擋塊式鋁電解槽技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對(duì)工藝要求的擋塊材料有著嚴(yán)格的要求，舊工藝擋塊在金屬熔液中的熔解，形狀不穩(wěn)定等現(xiàn)象直接影響了鋁電解槽內(nèi)鋁液的流動(dòng)方式，降低了節(jié)能效率，污染了鋁液及電解質(zhì)，影響了鋁錠的品質(zhì)，減少了擋塊的壽命，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本,降低了鋁電解槽的生產(chǎn)效率。
[0005]在有色冶金的窯爐砌筑和鋼水包及鋁液抬包的砌筑中，對(duì)內(nèi)襯材料有著較高的要求，如:耐高溫、耐金屬熔液沖刷等，目前的老式材料存在著在高溫金屬溶液的沖刷下溶解的問(wèn)題，污染生產(chǎn)產(chǎn)品，降低了產(chǎn)品品質(zhì)。由于冶煉窯爐、抬包等設(shè)備需要頻繁的維修、砌筑,因此占用企業(yè)生產(chǎn)成本及大量的人力物力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫、耐沖刷材料及其制備方法，解決現(xiàn)有冶金技術(shù)中所使用耐高溫、耐沖刷材料及其加工工藝上的不足，因此造成的材料的熔解、形狀不穩(wěn)定等問(wèn)題。
[0007]為達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種耐高溫、耐沖刷材料，該材料基體使用碳化硅，并對(duì)該基體進(jìn)行浸潰滲碳處理和二次焙燒處理。
[0009]所述的耐高溫、耐沖刷材料，浸潰滲碳處理前，該材料基體的技術(shù)參數(shù)如下:體積密度大于等于2.76g/cm3,顯氣孔率小于等于14%，常溫耐壓強(qiáng)度大于等于150MPa，抗折強(qiáng)度大于等于42MPa。
[0010]所述的耐高溫、耐沖刷材料，浸潰滲碳處理前，該材料基體的優(yōu)選技術(shù)參數(shù)如下:體積密度范圍為2.76-2.8g/cm3,顯氣孔率范圍為9.0-14.0%，常溫耐壓強(qiáng)度范圍為150-200MPa，抗折強(qiáng)度范圍為55-lOOMPa。
[0011]所述的耐高溫、耐沖刷材料，浸潰滲碳處理后，滲碳層體積密度大于等于2.85g/cm3、顯氣孔率小于等于1.7%。
[0012]所述的耐高溫、耐沖刷材料，浸潰滲碳處理后，優(yōu)選的，滲碳層體積密度范圍為2.85-3.0g/cm3、顯氣孔率范圍為 1.0-1.5%。
[0013]所述的耐高溫、耐沖刷材料的制備方法，其工藝流程為:碳化硅基體一浸入液體改質(zhì)浙青一高溫高壓滲碳一二次焙燒；其中，
[0014]滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青，溫度180-20(TC，對(duì)基體材料預(yù)熱到250-280°C，放入浸潰罐，控制壓力1.5-2.0MPa，時(shí)間5-7小時(shí)，真空度1300_2700Pa，浸潰過(guò)程使改質(zhì)浙青完全浸入碳化硅材料，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為700-900°C，時(shí)間為80-100小時(shí)，成品處理。
[0015]所述的耐高溫、耐沖刷材料的制備方法，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的40-60%。
[0016]本發(fā)明中，改質(zhì)浙青(modified pitch)是煤焦油或普通煤浙青經(jīng)深度加工所得的浙青，符合YB/T5194-93改質(zhì)浙青標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)指標(biāo)如下:常溫下為黑色脆性塊狀物，有光澤；有臭味，有毒，沸點(diǎn):小于470°C，閃點(diǎn):204.4°C，相對(duì)密度(水=1):1.15-1.25。軟化點(diǎn)(環(huán)球法)，80-85°C ;甲苯不溶物含量，12-14wt% ;喹啉不溶物含量，〈0.3% ； β -樹(shù)脂含量，彡18%wt ;結(jié)焦值，彡50% ;灰分，(0.lwt% ;水分，(5wt%。
[0017]本發(fā)明中，采用改質(zhì)浙青進(jìn)行浸潰滲碳處理的設(shè)計(jì)思想是:
[0018]碳化硅基體本身在高溫金屬液體高沖刷條件下耐磨條件差，材料本身有氣孔，通過(guò)高壓高溫使改質(zhì)浙青滲入到碳化硅中，減少材料的顯氣孔率，再經(jīng)過(guò)二次焙燒，增加材料的密度及抗沖刷能力。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
[0020]1、本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料，可廣泛應(yīng)用于耐高溫、耐沖刷的鋁電解工業(yè)、有色金屬及其他冶金行業(yè)。
[0021]2、本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料在電解鋁生產(chǎn)工藝中降低電解生產(chǎn)的電耗，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是目前鋁電解技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0022]3、本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料可以應(yīng)用于電解鋁生產(chǎn)工藝，起到穩(wěn)定電解生產(chǎn)的鋁液界面波動(dòng)，減低電解生產(chǎn)能耗。
[0023]4、本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料滿足鋼鐵冶煉中煉鋼(鐵)窯爐、鋼水包，鋁冶煉的鋁液抬包、混合爐等對(duì)耐高溫、耐沖刷的材料的需求。
[0024]5、本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料的基體采用特殊的碳化硅材料，該材料的技術(shù)參數(shù)需符合本發(fā)明所述要求，并進(jìn)行了特殊滲碳處理及二次焙燒。本發(fā)明所述要求的材料，作為電解槽的流態(tài)阻擋材料可保持形狀穩(wěn)定，不污染鋁液及電解質(zhì)，較大地提升了鋁液品相，降低了鋁電解的成本；作為耐高溫、耐沖刷的材料，應(yīng)用于冶金行業(yè)，可有效提高各類(lèi)窯爐的壽命，減少對(duì)冶煉金屬的污染，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
[0025]6、本發(fā)明材料針對(duì)使用擋塊方式進(jìn)行節(jié)能的鋁電解槽，采用獨(dú)特的材質(zhì)及制造工藝，很好地解決了該電解槽采用阻流技術(shù)使用的阻擋塊產(chǎn)品中所存在的問(wèn)題。
[0026]7、本發(fā)明材料制作的阻流塊在鋁電解槽內(nèi)熔融電解質(zhì)及鋁液中形狀穩(wěn)定，不易溶解。
[0027]8、本發(fā)明材料制作的阻流塊在該熔融電解質(zhì)及鋁液中不污染鋁液及電解質(zhì)。
[0028]9、本發(fā)明材料應(yīng)用于冶金爐窯及抬包等設(shè)備，可大大增加設(shè)備壽命，可以大幅減少窯爐及抬包等設(shè)備的維修周期，提高產(chǎn)品品質(zhì)，節(jié)約生產(chǎn)成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為耐高溫、耐沖刷材料滲碳工藝簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，耐高溫、耐沖刷材料滲碳工藝包括:碳化硅基體一改質(zhì)浙青浸潰一高溫高壓滲碳一二次焙燒一成品處理。
[0032]本實(shí)施例中，耐高溫、耐沖刷材料基體為碳化硅的技術(shù)參數(shù)如下:體積密度大于等于2.76g/cm3,典型值為2.8g/cm3 ;顯氣孔率小于等于14%，典型值為13% ;常溫耐壓強(qiáng)度大于等于150MPa，典型值為180MPa ;常溫抗折強(qiáng)度大于等于42MPa，典型值為55MPa。
[0033]將上述未滲碳的碳化硅基體預(yù)熱后，在浸潰罐中真空加入改質(zhì)浙青，在高溫高壓的條件下進(jìn)行滲碳后，得到滲碳后滲碳層的體積密度大于等于2.85g/cm3(典型值為2.89g/cm3)、顯氣孔率小于等于1.7% (典型值為1.5%)的材料。
[0034]其中，滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青,溫度180-200°C，對(duì)基體材料預(yù)熱到250-280°C，放入浸潰罐，控制壓力1.5-2.0MPa,時(shí)間5_7小時(shí)，真空度1300_2700Pa，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為700-900°C，時(shí)間為80-100小時(shí)，成品處理，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的40-60%。
[0035]本實(shí)施例中，滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青,溫度190°C，對(duì)基體材料預(yù)熱到260°C，放入浸潰罐，控制壓力1.8MPa，時(shí)間6小時(shí)，真空度1800Pa，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為800°C，時(shí)間為90小時(shí)，成品處理，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的50%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]與實(shí)施例1不同之處在于:
[0038]本實(shí)施例中，耐高溫、耐沖刷材料基體為碳化硅的技術(shù)參數(shù)如下:體積密度為2.78g/cm3 ;顯氣孔率為10% ;常溫耐壓強(qiáng)度為190MPa ;常溫抗折強(qiáng)度為70MPa。
[0039]將上述未滲碳的碳化硅基體預(yù)熱后，在浸潰罐中真空加入改質(zhì)浙青，在高溫高壓的條件下進(jìn)行滲碳后，得到滲碳后滲碳層的體積密度為2.95g/cm3、顯氣孔率為1.2%的材料。
[0040]本實(shí)施例中，滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青,溫度180°C，對(duì)基體材料預(yù)熱到270°C，放入浸潰罐，控制壓力1.6MPa，時(shí)間5.5小時(shí)，真空度1400Pa，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為750°C，時(shí)間為85小時(shí)，成品處理，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的45%。
[0041]實(shí)施例3
[0042]與實(shí)施例1不同之處在于:
[0043]本實(shí)施例中，耐高溫、耐沖刷材料基體為碳化硅的技術(shù)參數(shù)如下:體積密度為
2.76g/cm3 ;顯氣孔率為9% ;常溫耐壓強(qiáng)度為170MPa ;常溫抗折強(qiáng)度為85MPa。
[0044]將上述未滲碳的碳化硅基體預(yù)熱后，在浸潰罐中真空加入改質(zhì)浙青，在高溫高壓的條件下進(jìn)行滲碳后，得到滲碳后滲碳層的體積密度為2.98g/cm3、顯氣孔率為1.3%的材料。
[0045]本實(shí)施例中，滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青,溫度200°C，對(duì)基體材料預(yù)熱到275°C，放入浸潰罐，控制壓力1.9MPa，時(shí)間6.5小時(shí)，真空度2300Pa，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為850°C，時(shí)間為95小時(shí)，成品處理，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的55%。
[0046]應(yīng)用例
[0047]采用本實(shí)施例耐高溫、耐沖刷材料制成的阻擋塊在放入電解槽熔液中，電解槽內(nèi)電解質(zhì)、熔融狀態(tài)下的鋁及氧化鋁熔液，溫度約為950°C，液體流動(dòng)速度為0.2m/s，可正常使用1800天以上。
[0048]實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明材料可廣泛應(yīng)用于使用擋塊方式進(jìn)行節(jié)能的鋁電解槽以及鋼鐵、有色冶金的窯爐砌筑和鋼水包及鋁液抬包的砌筑等。本發(fā)明所述材料的基體采用特殊的碳化硅材料，該材料的技術(shù)參數(shù)需符合本發(fā)明所述要求，并進(jìn)行了特殊滲碳處理。經(jīng)滲碳處理，符合本發(fā)明所述要求的耐高溫、才沖刷材料，本發(fā)明材料在高溫金屬液體沖刷時(shí)，可保持形狀穩(wěn)定，不熔化，在保證生產(chǎn)及節(jié)能的情況下不污染鋁液及電解質(zhì)，較大地提升了鋁液品相，本發(fā)明耐高溫、耐沖刷材料在鋼鐵、有色冶金的窯爐砌筑和鋼水包及鋁液抬包的砌筑上的應(yīng)用，可以大大的降低生產(chǎn)的成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
【權(quán)利要求】
1.一種耐高溫、耐沖刷材料，其特征在于:該材料基體使用碳化硅，并對(duì)該基體進(jìn)行浸潰滲碳處理和二次焙燒處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫、耐沖刷材料，其特征在于:浸潰滲碳處理前，該材料基體的技術(shù)參數(shù)如下:體積密度大于等于2.76g/cm3，顯氣孔率小于等于14%，常溫耐壓強(qiáng)度大于等于150MPa，抗折強(qiáng)度大于等于42MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高溫、耐沖刷材料，其特征在于，浸潰滲碳處理前，該材料基體的優(yōu)選技術(shù)參數(shù)如下:體積密度范圍為2.76-2.8g/cm3,顯氣孔率范圍為9.0-14.0%，常溫耐壓強(qiáng)度范圍為150-200MPa，抗折強(qiáng)度范圍為55_100MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫、耐沖刷材料，其特征在于，浸潰滲碳處理后，滲碳層體積密度大于等于2.85g/cm3、顯氣孔率小于等于1.7%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耐高溫、耐沖刷材料，其特征在于，浸潰滲碳處理后，優(yōu)選的，滲碳層體積密度范圍為2.85-3.0g/cm3、顯氣孔率范圍為1.0-1.5%。
6.一種權(quán)利要求1所述的耐高溫、耐沖刷材料的制備方法，其特征在于，其工藝流程為:碳化硅基體一浸入液體改質(zhì)浙青一高溫高壓滲碳一二次焙燒；其中， 滲碳過(guò)程具體工藝參數(shù)如下:液體改質(zhì)浙青，溫度180-20(TC，對(duì)基體材料預(yù)熱到250-280°C，放入浸潰罐，控制壓力1.5-2.0MPa,時(shí)間5-7小時(shí)，真空度1300_2700Pa，浸潰過(guò)程使改質(zhì)浙青完全浸入碳化硅材料，浸潰完成后進(jìn)行二次焙燒，二次焙燒的溫度為700-900°C，時(shí)間為80-100小時(shí)，成品處理。
7.按照權(quán)利要求6所述的耐高溫、耐沖刷材料的制備方法，其特征在于，浸潰滲碳層的厚度為材料基體的40-60%。
【文檔編號(hào)】C04B35/565GK104418593SQ201310368382
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】呂圣楠, 張國(guó)斌, 趙冰洋, 丁大勇, 李斌, 曹得志, 宋海琛 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)鋁鎂科技有限公司