CN100436376C

CN100436376C - 一种陶瓷化Al2O3－SiC质耐火砖及其制备方法

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Publication number: CN100436376C
Application number: CNB2007100517179A
Authority: CN
Inventors: 祝洪喜; 邓承继; 白晨; 刘奎然; 白中兴; 白周义; 钟喜庆
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: CN101045635A

Abstract

本发明涉及一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖及其制备方法。其技术方案是：按重量百分含量先将50～80%的高铝矾土熟料、0～30%的白刚玉、5～30%的棕刚玉，5～25%的工业碳化硅、0～20%的红柱石、1～5%的陶瓷化添加剂混合，再外加1～3%的结合剂和3～5%的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型；然后在60～110℃条件下干燥12～24h或在室内自然干燥24～48h，最后在1400～1470℃条件下4～8h烧成。本发明所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖不仅具有强度大、气孔率低、孔径小、微结构好的特点，且具有环境友好、耐铁水冲刷能力强、抗高温渣的渗透和侵蚀性好、抗氧化、使用寿命长等优点。适于炼铁高炉、出铁沟、混铁车罐、混铁炉等冶金设备内衬使用。

Description

一种陶瓷化Al2O3-SiC质耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明属于以高铝矾土、白刚玉、棕刚玉、碳化硅和红柱石为基料的耐火材料领域。尤其涉及一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖及其制备方法。

背景技术

冶炼、储存和运输高温铁水的设备包括炼铁高炉、出铁沟、混铁车罐(鱼雷罐)和铁水罐、混铁炉及化铁炉等，这些设备的内衬以前都是用黏土砖、高铝砖砌筑。随着强化冶炼和以脱硫为主的铁水预处理等冶金新技术的应用，加剧了铁水对衬砖的冲刷，衬砖使用条件显著苛刻。造成这类粘土砖、高铝砖在使用过程中不单是逐渐熔蚀，更重要的是加剧了熔渣对衬砖的破坏作用，其原因是熔渣向砖内渗透→砖内反应产生变质层→砖层性质劣化引起结构性分层剥落破坏。因此，防止渣的渗透就成了主要问题。

在耐火砖中引入石墨和SiC可有效防止渣的渗透。于是，Al₂O₃-SiC-C砖专利技术(如JP平1～320265、JP平2～51474、JP平1～528246)便随之产生和应用。这种砖在还原气氛条件下虽具有很好的使用效果，但在高温空气条件下石墨(C)容易氧化。石墨(C)被氧化后造成砖体疏松、砖的表层性质变坏等原因造成砖在中、后期使用效果不好。人们采取了很多措施防止石墨氧化，不仅增加了成本，而且没有解决根本问题。

国内外也有厂家生产和应用Al₂O₃-SiC耐火砖，但生产方法都是按照传统砖的生产工艺制作的，气孔率较大，抗渣的渗透性和侵蚀性不够好。例如“鱼雷车炉口用耐火材料”(CN98111216.1)虽然在一定程度上降低了鱼雷罐车的耐火材料消耗，但没有解决石墨(C)的氧化问题，砖的强度也偏低。“铝铬碳化硅耐火砖”(CN200410032058.0)虽抗氧化性好，抗铁、渣侵蚀性强，适于在铁水罐、混铁车罐、混铁炉上使用，但该砖中的Cr₂O₃在高温下易挥发出，对人体和环境有害。

总之，在材质选择上，国内外普遍采用的是高铝矾土熟料、白刚玉、棕刚玉、亚白刚玉、石墨(C)、工业碳化硅等材料；从耐高温的角度看，这些材料都能够满足使用要求，问题在于按照上述制砖方法所制备的耐火砖的气孔率较大容易渗渣、或是石墨(C)的氧化等原因造成砖的品质劣化，降低使用性能。

发明内容

本发明的任务是提供一种强度高、环境友好、气孔率低、孔径小、微结构好、有优良的耐侵蚀性和抗渣渗透性、抗高温铁水冲刷性能好、使用寿命长的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖及其制备方法。该耐火砖能广泛用于炼铁高炉的中上部、出铁沟、混铁炉、铁水包、混铁车罐(鱼雷罐)、化铁炉等冶金设备上。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：按重量百分含量先将50～80％的高铝矾土熟料、0～30％的白刚玉、5～30％的棕刚玉，5～25％的工业碳化硅、0～20％的红柱石、1～5％的陶瓷化添加剂混合，再外加1～3％的结合剂和3～5％的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型，然后在60～110℃条件下干燥12～24h或在室内自然干燥16～48h，最后在1400～1470℃条件下经4～8h烧成。其中：

所述组分的颗粒级配是：高铝矾土熟料为5～0mm、白刚玉为1～0mm、棕刚玉为3～0mm、工业碳化硅为1～0mm、红柱石为1～0mm、陶瓷化添加剂为8～0μm。所述的高铝矾土熟料的Al₂O₃含量≥85％、红柱石的Al₂O₃含量≥52％、工业碳化硅的SiC含量≥95％、白刚玉的Al₂O₃含量≥97％、棕刚玉的Al₂O₃含量≥92.5％。

所述的陶瓷化添加剂为活性氧化铝、一水软铝石和蒙脱石的均匀混合物；其重量百分含量是，活性氧化铝为20～50％、一水软铝石为20～50％、蒙脱石为15～40％。所述的结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种或一种以上。

由于采用上述技术方案，在混合料中不加石墨(C)，便不存在石墨(C)的氧化问题。而适量加入工业碳化硅，可提高砖的性能，由于工业碳化硅不仅是非常耐高温的材料，且热膨胀率很低，能防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起衬砖的脆化和剥落；另在高温下，部分SiC氧化变成气态SiO迁移到砖的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO₂，可填塞衬砖的表面孔隙，使衬砖表层致密化，阻止渣的渗透；同时，表层SiC的氧化物和Al₂O₃还会形成一层保护膜，可阻止空气的渗入，减缓砖的蚀损，延长使用寿命。

因此，本发明所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖不仅具有强度大、气孔率低、孔径小、微结构好的特点，且具有环境友好、耐铁水冲刷能力强、抗高温渣的渗透和侵蚀性好、抗氧化、使用寿命长等优点。故本发明制备的Al₂O₃-SiC质耐火砖是一种适用于高温铁水系统相关设备的高强度致密耐火衬砖，广泛用于砌筑铁水包、混铁车罐(鱼雷罐)、混铁炉、炼铁高炉内衬及高炉出铁沟等。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述：

实施例1一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖及其制备方法，其组分的重量百分含量是：Al₂O₃含量≥85％的高铝矾土熟料为55～70％、Al₂O₃含量≥52％的红柱石为5～10％、SiC含量≥95％的工业碳化硅为10～17％、Al₂O₃含量≥97％的白刚玉为3～10％、Al₂O₃含量≥92.5％的棕刚玉为0～8％、陶瓷化添加剂3～5％，外加1.0～2.5％的结合剂和3.5～4.5％的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型；再在60～110℃条件下干燥20～24h，然后在1430～1450℃条件下经4～6h烧成。

在本实施例中，各组分的颗粒级配是：高铝矾土熟料为5～0mm，白刚玉为1～0mm，棕刚玉3～0mm，工业碳化硅为1～0mm，红柱石为1～0mm，陶瓷化添加剂为8～0μm。

本实施例中的陶瓷化添加剂为活性氧化铝、一水软铝石和蒙脱石的均匀混合物；其重量百分含量是，活性氧化铝为30～40％、一水软铝石为30～40％、蒙脱石为25～35％；结合剂为木质素磺酸钙。

按照本实施例1所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖，其实测理化指标是：显气孔率为5.0％(110℃×24h)、5.2％(1450℃×6h)；体积密度为2.93g/cm³(110℃×24h)、2.92g/cm³(1450℃×6h)；耐压强度为256.0MPa(1450℃×6h)；用静态坩埚抗渣法经1450℃×3h试验后，基本无渗透和侵蚀。

实施例2一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖及其制备方法，其组分的重量百分含量是：Al₂O₃含量≥85％的高铝矾土熟料为55～75％、Al₂O₃含量≥52％的红柱石为5～10％、SiC含量≥95％的工业碳化硅为10～17％、Al₂O₃含量≥92.5％的棕刚玉为5～10％、陶瓷化添加剂3～5％，外加1.5～2.5％的结合剂和3.5～5.0％的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型，再在60～110℃条件下干燥20～24h，然后在1430～1450℃条件下经4～6h烧成。

在本实施例中各组分的颗粒级配是：高铝矾土熟料为5～0mm、棕刚玉3～0mm、工业碳化硅为1～0mm、红柱石为1～0mm、陶瓷化添加剂为8～0μm。

本实施例2的陶瓷化添加剂为活性氧化铝、一水软铝石和蒙脱石的均匀混合物；其重量百分含量是，活性氧化铝为30～40％、一水软铝石为30～40％、蒙脱石为25～35％；结合剂为木质素磺酸钠和工业糊精粉的混合物。

按照本实施例所述方法制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖，其实测理化指标：显气孔率为4.9％(110℃×24h)、5.1％(1450℃×6h)；体积密度为2.93g/cm³(110℃×24h)、2.94g/cm³(1450℃×6h)；耐压强度为260.0MPa(1450℃×6h)；用静态坩埚抗渣法经1450℃×3h试验后，基本无渗透和侵蚀。

实施例3一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法是，其组分的重量百分含量是：Al₂O₃含量≥85％的高铝矾土熟料为50～65％、SiC含量≥95％的工业碳化硅为10～17％、Al₂O₃含量≥97％的白刚玉为5～15％、Al₂O₃含量≥92.5％的棕刚玉为3～15％、陶瓷化添加剂3～5％进行混合，外加1.5～2.5％的结合剂和3.5～4.5％的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型，再在60～110℃条件下干燥20～24h，然后在1430～1450℃条件下经4～6h烧成。

本实施例中各组分的颗粒级配是：高铝矾土熟料为5～0mm、白刚玉为1～0mm、棕刚玉3～0mm、SiC为1～0mm、陶瓷化添加剂为8～0μm。

陶瓷化添加剂为活性氧化铝、一水软铝石和蒙脱石的均匀混合物；其重量百分含量是，活性氧化铝为30～40％、一水软铝石为30～40％、蒙脱石为25～35％。结合剂为亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉的混合物。

按照本实施例3所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖，实测理化指标：显气孔率为5.1％(110℃×24h)、5.3％(1450℃×6h)；体积密度为2.93g/cm³(110℃×24h)、2.94g/cm³(1450℃×6h)；耐压强度为265.5MPa(1450℃×6h)；用静态坩埚抗渣法经1450℃×3h试验后，基本无渗透和侵蚀。

因此，本具体实施方式所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖不仅具有强度大、气孔率低、孔径小、微结构好的特点，且具有环境友好、耐铁水冲刷能力强、抗高温渣的渗透和侵蚀性好、抗氧化、使用寿命长等优点。可广泛用于铁水包、混铁车罐(鱼雷罐)、混铁炉、炼铁高炉内衬及高炉出铁沟等部位。

Claims

1、一种陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法，其特征在于按重量百分含量先将50～80％的高铝矾土熟料、0～30％的白刚玉、5～30％的棕刚玉，5～25％的工业碳化硅、0～20％的红柱石、1～5％的陶瓷化添加剂混合，再外加1～3％的结合剂和3～5％的水，搅拌或混碾10～25分钟后压制成型，然后在60～110℃条件下干燥12～24h或在室内自然干燥16～48h，最后在1400～1470℃条件下经4～8h烧成；

陶瓷化添加剂为活性氧化铝、一水软铝石和蒙脱石的均匀混合物；其重量百分含量是，活性氧化铝为20～50％、一水软铝石为20～50％、蒙脱石为15～40％。

2、根据权利要求1所述的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法，其特征在于所述组分的颗粒级配是：高铝矾土熟料为5～0mm、白刚玉为1～0mm、棕刚玉为3～0mm、工业碳化硅为1～0mm、红柱石为1～0mm、陶瓷化添加剂为8～0μm。

3、根据权利要求1所述的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法，其特征在于所述的高铝矾土熟料的Al₂O₃含量≥85％、红柱石的Al₂O₃含量≥52％、工业碳化硅的SiC含量≥95％、白刚玉的Al₂O₃含量≥97％、棕刚玉的Al₂O₃含量≥92.5％。

4、根据权利要求1所述的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法，其特征在于所述的结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种或一种以上。

5、根据权利要求1～4项中任一项所述的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖的制备方法所制备的陶瓷化Al₂O₃-SiC质耐火砖。