一種燃燒爐用的特種耐火材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐火材料及生產技術領域，尤其涉及的是一種燃燒爐用的特種耐火材 料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 耐火材料包括天然礦石以及按照一定的工業(yè)要求制造，具有一定的高溫力學性 能、良好的體積穩(wěn)定性，并且是各種耐高溫設備必需的材料。耐火材料廣泛應用于化工、石 油、冶金、硅酸鹽、機械制造、動力等工業(yè)領域，尤其在冶金中用量最大。鋼鐵工業(yè)、有色金屬 冶煉、水泥、玻璃等產業(yè)的窯爐和焚燒爐、熔融爐等保護窯爐需要高溫處理的部位。
[0003] 隨著工業(yè)以及經(jīng)濟的發(fā)展，各行業(yè)對耐高溫材料不斷提出新的要求。特別是近年 來燃燒技術的發(fā)展對燃燒裝備的性能要求越來越高，耐火材料作為燃燒裝備中的關鍵部件 是實現(xiàn)多種燃燒技術的材料保障。特別是在諸如生物質、垃圾等低熱值燃料燃燒技術中，燃 燒技術的關鍵在于能夠將高溫燃燒區(qū)域的熱量有效傳遞至低溫預熱區(qū)，因此要求選擇的耐 火材料必須具備耐高溫和耐高溫腐蝕的同時還具備有高溫下高導熱系數(shù)的特性。而且長 期置于爐內燃燒區(qū)，需要該材料具備抗氧化性好、膨脹系數(shù)低、使用壽命長等特點。但目前 的耐火材料主要是以金屬硅、莫來石、碳化硅、剛玉石和粘土為原料，經(jīng)高噸位壓機壓制，在 1500°C左右的溫度條件下燒制而成。但這種材料的抗氧化性不好，且在頻繁熱沖擊的環(huán)境 下，材料內部會產生溫度梯度而形成熱應力，易發(fā)生斷裂。
[0004] 為了實現(xiàn)多種燃燒技術的工程應用，急需突破現(xiàn)有耐火材料不能同時滿足燃燒過 程中的耐高溫、耐高溫腐蝕及高溫下導熱等要求的局限性，研制出適應新燃燒條件下的功 能型耐火材料用以提高燃燒過程中燃燒場溫度、增大燃燒效率。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種抗熱震抗氧化 性好、強度高、導熱率大、膨脹系數(shù)低的燃燒爐用特種耐火材料，這種耐火材料可提高燃燒 過程中燃燒場溫度、增大燃燒效率，性能優(yōu)良，使用壽命長。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn)： 一種燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于：制成該材料的原料組份與質量配比如 下： 碳化硅50-70份、氮化硅粉10-25份、硅粉3-10份、鋁粉0. 1-1份、氧化鋁微粉5-15份、 稀土添加劑氧化釔和氧化鑭各0. 3-1. 8份，結合劑1-2份。
[0007] 進一步地優(yōu)選，所述碳化娃由粒度l-3mm的碳化娃粗顆粒及粒度小于1mm碳化娃 細顆粒混合而成。
[0008] 進一步地優(yōu)選，所述碳化娃粗顆粒和碳化娃細顆粒的比例為5:1~1:1。
[0009] 進一步地優(yōu)選，所述碳化娃粗顆粒和碳化娃細顆粒的比例為4. 36:1。
[0010] 進一步地優(yōu)選，所述結合劑為質量百分比為18%的聚乙烯醇溶液； 進一步地優(yōu)選，所述的氮化娃粉粒度< 5 y m，所述的娃粉粒度< 44 y m，所述的錯粉粒 度< 88 y m，所述的氧化錯微粉粒度< 5 y m，所述的稀土添加劑粒度< 10 y m。
[0011] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種燃燒爐用的特種耐火材料的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： a、 配料、基質預混合：將按權利要求1所述的材料比例稱量好的稀土添加劑氧化釔和 氧化鑭、氮化硅粉、硅粉、鋁粉、氧化鋁微粉放入攪拌機內預混合，混合時間60min以上； b、 干混、靜置困料：將步驟a預混合好的料、碳化硅以及結合劑按比例放入輪碾機中混 合，混合時間25-30min，混合后靜置24h以上； c、 振動加壓成型：將步驟b靜置好的料加入振動壓力機壓制成型，振動頻率為100Hz， 壓力為50-80MPa，成型后靜置24h以上； d、 烘干：將步驟c靜置好的料進入干燥窯烘干，烘干溫度為80-200°C，時間24-48h，確 保殘余水分低于〇. 5% ; e、 充氮燒結：將步驟d烘干后的半成品放入電加熱爐內反應燒結，并通純氮進行保 護，電加熱爐內的升溫制度為：先由室溫升至800°C，升溫速度為10°C /min ;800°C升至 1200°C，升溫速度為5°C /min ;1200°C升至1400°C，升溫速度為3°C /min ;1400°C升至 1450°C，升溫速度為1_2°C /min，溫度達到1450°C后保溫6-10h，保溫好后斷電，通氮自然冷 卻。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是： (1)本發(fā)明的特種耐火材料利用氮化燒結技術，添加稀土復合添加劑，在高溫下原位合 成Sialon結合SiC復合材料，保留了 Si3N4的優(yōu)良性質，如強度、耐熱性和硬度等，而且比 Si3N 4具有更好的化學穩(wěn)定性、韌性和抗氧化性，并且還具有較高的低、高溫強度，較低的熱 膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗熱震穩(wěn)定性。
[0013] (2)本發(fā)明以SiC為主要原料，加入一定的A120 3粉、單質Si粉、金屬A1粉，以Y203、 La20 3為添加劑，采用振動加壓成型方法，經(jīng)干燥，在充氮環(huán)境下，經(jīng)高溫生產出的耐火材料 的導熱率較大，高溫下起到迅速將熱量傳遞到外層，以減緩磚內部的熱應力，從而提高材料 的抗熱震穩(wěn)定性。且材料經(jīng)ll〇〇°C至水冷熱沖擊后，仍保持較高的殘余抗折強度。該耐火 材料比莫來石-SiC耐火材料常溫強度提高了 40-60%，900-1100°C中溫度強度提高一倍以 上，抗熱震性能提高了 15-40%，能承受爐體上部的總量和抵抗不均勻負荷的高溫蠕變性能， 不發(fā)生斷裂和掉磚，體積密度也有所提高。
[0014]
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明，但下述實施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非全部。 基于實施方式中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實 施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0016] 實施例1 將稱好的1. 2份氧化釔和0. 5份氧化鑭與17份氮化硅粉、8份硅粉、0. 1份金屬鋁粉、 9份氧化鋁微粉，放入錐形攪拌機預混合60分鐘；然后，將預混合好的料和51份粒度為 l-3mm碳化娃、11. 7份粒度小于1mm碳化娃一同放入輪碾機干混10分鐘，加入1. 5份濃 度18% (質量百分比）的聚乙烯醇溶液作結合劑，攪拌15分鐘：靜置24小時后，經(jīng)200T振 動壓力機壓制成型，振動壓力機振動頻率為100Hz、壓力為50-80MPa ;靜置24小時后，進 入干燥窯l〇〇°C下干燥48小時烘干，確保殘余水分低于0. 5%，將烘干后的半成品放入通入 99. 99%N2的電加熱爐內反應燒結，電加熱爐內的升溫制度為：先由室溫升至800°C，升溫速 度為10°C /min ;800°C升至1200°C，升溫速度為5°C /min ;1200°C升至1400°C，升溫速度為 3°C /min ;1400°C升至1450°C，升溫速度為1_2°C /min，溫度達到1450°C后保溫6-10h，保溫 好后斷電，通氮自然冷卻。
[0017] 實施例2 將稱好的〇. 5份氧化釔和和1. 2份氧化鑭與12份氮化硅粉、3份硅粉、0. 5份金屬鋁 粉、14份氧化鋁微粉，放入錐形攪拌機預混合80分鐘；然后，將預混合好的料和39份粒度 為l-3mm碳化娃、13份粒度小于1mm碳化娃一同放入輪碾機干混15分鐘，加入1份濃度18% (質量百分比）的聚乙烯醇溶液作結合劑，攪拌15分鐘：靜置30小時后，經(jīng)200T振動壓力 機壓制成型，振動壓力機振動頻率為100Hz、壓力為50-80MPa ;靜置24小時后，進入干燥窯 200°C下干燥24小時烘干，確保殘余水分低于0. 5%，將烘干后的半成品放入通入99. 99%N2 電加熱爐內反應燒結，電加熱爐內的升溫制度為：先由室溫升至800°C，升溫速度為10°C / min ;800°C升至 1200°C，升溫速度為 5°C /min ;1200°C 升至 1400°C，升溫速度為 3°C /min ; 1400°C升至1450°C，升溫速度為1_2°C /min，溫度達到1450°C后保溫6-10h，保溫好后斷電， 通氮自然冷卻。
[0018] 表1為實施例1和實施例2的材料性能結果。
[0019] 表 1
【主權項】
1. 一種燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于：制成該材料的原料組份與質量配比如 下： 碳化硅50-70份、氮化硅粉10-25份、硅粉3-10份、鋁粉0. 1-1份、氧化鋁微粉5-15份、 稀土添加劑氧化釔和氧化鑭各0. 3-1. 8份，結合劑1-2份。
2. 根據(jù)權利要求1所述的燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于，所述碳化硅由粒度 l-3mm的碳化娃粗顆粒及粒度小于Imm碳化娃細顆?；旌隙?。
3. 根據(jù)權利要求2所述的燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于，所述碳化硅粗顆粒 和碳化硅細顆粒的比例為5:1~1:1。
4. 根據(jù)權利要求3所述的燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于，所述碳化硅粗顆粒 和碳化硅細顆粒的比例為4. 36:1。
5. 根據(jù)權利要求1所述的燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于，所述結合劑為質量 百分比為18%的聚乙烯醇溶液。
6. 根據(jù)權利要求1所述的燃燒爐用的特種耐火材料，其特征在于，所述的氮化硅粉 粒度< 5ym，所述的娃粉粒度< 44ym，所述的錯粉粒度< 88ym，所述的氧化錯微粉粒度 < 5ym，所述的稀土添加劑粒度< 10ym。
7. -種權利要求1所述的燃燒爐用的特種耐火材料的制備方法，其特征在于，包括以 下步驟： a、 配料、基質預混合：將按權利要求1所述的材料比例稱量好的稀土添加劑氧化釔和 氧化鑭、氮化硅粉、鋁粉、氧化鋁微粉放入攪拌機內預混合，混合時間60min以上； b、 干混、靜置困料：將步驟a預混合好的料、碳化硅以及結合劑按比例放入輪碾機中混 合，混合時間25-30min，混合后靜置24h以上； c、 振動加壓成型：將步驟b靜置好的料加入振動壓力機壓制成型，振動頻率為100Hz， 壓力為50-80MPa，成型后靜置24h以上； d、 烘干：將步驟c靜置好的料進入干燥窯烘干，烘干溫度為80-200°C，時間24-48h，確 保殘余水分低于〇. 5% ; e、充氮燒結：將步驟d烘干后的半成品放入電加熱爐內反應燒結，并通純氮進行保 護，電加熱爐內的升溫制度為：先由室溫升至800°C，升溫速度為10°C/min;800°C升至 1200°C，升溫速度為5°C/min;1200°C升至1400°C，升溫速度為3°C/min;1400°C升至 1450°C，升溫速度為1_2°C/min，溫度達到1450°C后保溫6-10h，保溫好后斷電，通氮自然冷 卻。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃燒爐用的特種耐火材料及其制備方法，涉及耐火材料及生產技術領域，制成該材料的原料組份與質量配比如下：碳化硅50-70份、氮化硅粉10-25份、硅粉3-10份、鋁粉0.1-1份、氧化鋁微粉5-15份、稀土添加劑氧化釔和氧化鑭各0.3-1.8份，結合劑1-2份。該耐火材料抗熱震抗氧化性好、強度高、導熱率大、膨脹系數(shù)低，可提高燃燒過程中燃燒場溫度、增大燃燒效率，性能優(yōu)良，使用壽命長。
【IPC分類】C04B35-56, C04B35-64, C04B35-66
【公開號】CN104844233
【申請?zhí)枴緾N201510231715
【發(fā)明人】邢獻軍
【申請人】邢獻軍
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月8日