原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于澆注料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干法熄焦技術(shù)是將紅焦置于“密封”容器內(nèi)，由底部通入循環(huán)N2進行冷卻的過程。與濕法熄焦相比，干法熄焦具有節(jié)約能源、減少水資源浪費、改善焦炭質(zhì)量和保護環(huán)境等優(yōu)點，但由于干熄焦?fàn)t內(nèi)襯耐火材料的損毀導(dǎo)致干熄焦?fàn)t使用壽命不長。其中斜道立柱是干熄焦?fàn)t中關(guān)鍵和復(fù)雜的部位，其以傾斜懸挑的方式承受上部耐火材料及設(shè)備的重量，同時處于500~1000°C頻繁的溫度波動中，并受到高速氣流與焦粉的沖刷，極易損毀。目前，干熄焦?fàn)t斜道立柱用耐火材料主要為莫來石碳化硅磚，在惡劣的工作條件下容易出現(xiàn)開裂和剝落的現(xiàn)象，該部位的過早損毀不僅增加了生產(chǎn)成本，也降低了干熄焦?fàn)t的使用壽命。近年來，不定形耐火材料逐漸在干熄焦?fàn)t中應(yīng)用，但干熄焦?fàn)t中溫度不超過100tC，普通澆注料難以燒結(jié)，強度不高、耐磨性能和抗熱震性能不好。
[0003]“一種堇青石-莫來石-紅柱石抗熱震磚”(CN201210520207.2)專利技術(shù)，制備出來的耐火磚具有熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能好的優(yōu)點，但其強度較低、耐磨損性較差和使用壽命較短?！耙环N干熄焦?fàn)t碳化硅磚及其制備方法”(CN103864440 A)專利技術(shù)，從一定程度提高了其強度和耐磨損性能，但生產(chǎn)過程燒結(jié)困難，容易氧化，使用壽命依然不夠理想?！耙环N用于干熄焦?fàn)t的高導(dǎo)熱Sialon-SiC復(fù)相陶瓷耐火材料及其生產(chǎn)方法”(CN101891487A)專利技術(shù)，生產(chǎn)的高導(dǎo)熱高強度耐火材料由于氮化溫度太高、氮化工藝較為復(fù)雜、生產(chǎn)成本太高，難以大規(guī)模推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料的制備方法；用該方法制備的澆注料:中溫和高溫力學(xué)性能優(yōu)異，耐磨性能和熱震穩(wěn)定性能好，使用壽命長和節(jié)能環(huán)保；適用于干熄焦?fàn)t斜道立柱部位。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:以45~65wt%的莫來石、15~35wt%的碳化娃、2~8wt%的招粉、0~5wt%的招娃合金粉、0~2wt%的單質(zhì)娃粉、4~6wt%的α -氧化招微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的鋁酸鈣水泥為原料，以占原料0.1-0.3wt%的催化劑、0.2-0.5wt%的防水化劑和0.1-0.3wt%的減水劑為添加劑。再按上述百分含量，先將鋁粉、鋁硅合金粉、催化劑和防水化劑預(yù)混，得到預(yù)混料；然后將預(yù)混料、減水劑和其余原料混合，攪拌均勻，即得原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料。
[0006]所述莫來石為燒結(jié)莫來石、或為電熔莫來石；所述莫來石的顆粒級配是:粒徑小于5mm且大于等于3mm占原料10~15wt%，粒徑小于3mm且大于等于Imm占原料20~25wt%，粒徑小于Imm且大于等于0.088mm占原料15~25wt%。
[0007]所述碳化娃的SiC含量彡97wt% ;碳化娃的顆粒級配是:粒徑小于3mm且大于等于1mm占原料5~8wt%，粒徑小于Imm且大于等于0.088mm占原料5~15wt%，粒徑小于0.088mm占原料5~12wt%。
[0008]所述招粉的Al含量彡98wt%，招粉的粒徑彡38 μ m。
[0009]所述鋁硅合金粉中:A1含量為60~88wt%，Si含量為12~40wt% ;鋁硅合金粉的粒徑
<38 μ m0
[0010]所述單質(zhì)娃粉的Si含量彡97wt%，單質(zhì)娃粉的粒徑< 38 μ m。
[0011 ] 所述的α -氧化鋁微粉的Al2O3含量彡95wt%，α -氧化鋁微粉的粒徑彡8 μ m。
[0012]所述硅微粉的S12含量彡92wt%,硅微粉的粒徑彡0.6 μ m。
[0013]所述純鋁酸鈣水泥的主要成分是:A1203含量為50~60wt%，S1 2含量<8wt%，F(xiàn)e 203含量〈2.5wt% ;純鋁酸鈣水泥的粒徑彡10 μ m。
[0014]所述減水劑為三聚磷酸鈉、四聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的一種或兩種。
[0015]所述的催化劑為金屬鐵粉、硅鐵粉、金屬鈷粉和金屬鎳粉中的一種以上。
[0016]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明采用經(jīng)過防水化處理的鋁粉和鋁硅合金粉，在干熄焦?fàn)t中的氮氣循環(huán)氣體氣氛和催化劑條件下，能夠從500°C開始梯度原位生成氮化鋁結(jié)合相，并在干熄焦?fàn)t斜道立柱部位使用的工作溫度800~1000°C時完全反應(yīng)。由于該反應(yīng)存在氣相傳質(zhì)機理，原位生成的氮化鋁相多為纖維狀，起到增強增韌的效果，能極大地提高材料的熱態(tài)抗折強度。氮化鋁具有中高溫強度大、熱導(dǎo)率高和熱膨脹系數(shù)低的特點，能顯著提高干熄焦?fàn)t澆注料在使用過程中的中高溫力學(xué)性能、耐磨性能和抗熱震性能；在增強的同時也能避免因環(huán)境溫度急劇變化導(dǎo)致材料體積變化出現(xiàn)的裂紋，具有較高的熱震穩(wěn)定性。受到保護的鋁粉和鋁硅合金粉在梯度氮化過程中，部分在500°C即熔融成液相，填充于顆粒之間，使得材料更加致密，同時，液相燒結(jié)促進了活性氧化鋁微粉與硅微粉生成莫來石相。本發(fā)明省去了一般氮化物耐火磚在實際生產(chǎn)過程中的復(fù)雜氮化工藝與高溫氮化過程，實現(xiàn)了干熄焦?fàn)t中循環(huán)氮氣的多重利用，有利于降低成本和節(jié)能環(huán)保。
[0017]因此，本發(fā)明制備的原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料:中溫和高溫力學(xué)性能優(yōu)異，耐磨性能和熱震穩(wěn)定性能好，使用壽命長和節(jié)能環(huán)保；適用于干熄焦?fàn)t斜道立柱部位。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
[0019]為避免重復(fù)，先將本【具體實施方式】所采用的原料和添加劑統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述:
所述莫來石為燒結(jié)莫來石、或為電熔莫來石；所述莫來石的顆粒級配是:粒徑小于5_且大于等于3mm占原料10~15wt%，粒徑小于3mm且大于等于Imm占原料20~25wt%，粒徑小于1_且大于等于0.088mm占原料15~25wt%。
[0020]所述碳化娃的SiC含量彡97wt% ;碳化娃的顆粒級配是:粒徑小于3mm且大于等于1mm占原料5~8wt%，粒徑小于Imm且大于等于0.088mm占原料5~15wt%，粒徑小于0.088mm占原料5~12wt%。
[0021]所述招粉的Al含量彡98wt%，招粉的粒徑彡38 μ m。
[0022]所述鋁硅合金粉中:A1含量為60~88wt%，Si含量為12~40wt% ;鋁硅合金粉的粒徑
<38 μ m0
[0023]所述單質(zhì)娃粉的Si含量彡97wt%，單質(zhì)娃粉的粒徑< 38 μ m。
[0024]所述的α -氧化鋁微粉的Al2O3含量彡95wt%，α -氧化鋁微粉的粒徑彡8 μ m。
[0025]所述硅微粉的S12含量彡92wt%，硅微粉的粒徑彡0.6 μ m。
[0026]所述純鋁酸鈣水泥的主要成分是:A1203含量為50~60wt%，S1 2含量<8wt%，F(xiàn)e 203含量〈2.5wt% ;純鋁酸鈣水泥的粒徑彡10 μ m。
[0027]所述減水劑為三聚磷酸鈉、四聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的一種或兩種。
[0028]所述的催化劑為金屬鐵粉、硅鐵粉、金屬鈷粉和金屬鎳粉中的一種以上。
[0029]實施例1
一種原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料及其制備方法。以60~65wt%的莫來石、15~20wt%的碳化硅、5~8wt%的鋁粉、4~6wt%的α -氧化鋁微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的鋁酸鈣水泥為原料，以占原料0.1-0.3wt%的催化劑、0.2-0.5wt%的防水化劑和0.1-0.3wt%的減水劑為添加劑。再按上述百分含量，先將鋁粉、鋁硅合金粉、催化劑和防水化劑預(yù)混，得到預(yù)混料；然后將預(yù)混料、減水劑和其余原料混合，攪拌均勻，即得原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料。
[0030]本實施例所制備的原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料中加入所述原料4~6wt%的水，混合均勻，振動澆注成型，室溫養(yǎng)護24~30小時，脫模。100~120°C條件下烘烤24~30小時，經(jīng)檢測:體積密度為2.59-2.63g/cm3;顯氣孔率為12~16% ;N2條件下1000°C X5h燒后抗折強度為30~34MPa ;N2條件下1000°C X5h燒后耐壓強度為125~145MPa ;經(jīng)1000°C水冷5次后殘余抗折強度為22~26MPa。
[0031]實施例2
一種原位生成氮化鋁的干熄焦?fàn)t用澆注料及其制備方法。以55~60wt%的莫來石、20~25wt%的碳化硅、4~7wt%的鋁粉、0.l~2wt%的鋁硅合金粉、4~6wt%的α -氧化鋁微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的鋁酸鈣水泥為原料，以占原料0.1-0.3wt