CN101423407A - 一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Al4SiC4－Al2OC复合耐火材料及其制备方法。本发明采用的技术方案是：先将30～70wt％的铝矾土、10～45wt％的工业炭粉和20～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型后或在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4－Al2OC复合耐火材料。本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。所制备的Al4SiC4－Al2OC复合耐火材料不仅性能优良，且使用寿命延长，适用于有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料、尤其适用于生产低碳钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬。
Description
技术领域
本发明属于复合耐火材料技术领域。尤其涉及一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。
背景技术
Al4SiC4-Al2OC复合材料具有优良的耐高温性能和热稳定性能，是制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料的原料，也是含碳耐火材料和非氧化物耐火材料防止氧化的抗氧化剂，尤其适用于生产低炭钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，取代氧化铝—碳质和高铝矾土—碳质复合耐火材料，有利于提高钢的质量，具有良好的使用效果。
碳硅化铝(Al4SiC4)具有高熔点(大约2037℃)、高强度、高化学稳定性、低热膨胀系数以及优异的抗氧化和抗水化性能，是一种高温结构材料和高性能耐火材料，也是含碳材料和非氧化物使用的抗氧化剂。目前国内外合成Al4SiC4材料的主要方法是金属Al粉、Si粉和C粉或Al、SiC和C粉或Al4C3和SiC粉在1600-1700℃高温反应生成；Al2OC材料主要是Al2O3粉和Al粉、C粉或Al2O3粉和Al4C3在1500-1800℃高温反应生成。但相应的成本比较高，很难实现生产的工业化。
发明内容
本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法。用该方法制备的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的性能优良和使用寿命延长。
为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：先将30～70wt％的铝矾土、10～45wt％的工业炭粉和20～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型后或在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时，然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
其中：铝矾土的Al2O3含量≥48wt％，粒径为0.1～0mm；工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；金属铝粉的Al含量≥90wt％，粒径为0.1～0mm；结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或为酚醛树脂。
由于采用上述技术方案，本发明所用的工业炭粉、金属铝粉和铝矾土来源广泛，复合材料中的Al4SiC4-Al2OC都是在材料内部由铝矾土、Al和C反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。Al4SiC4和Al2OC不仅是非常耐高温的材料，具有优良的抗氧化和抗渣性能，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起炉衬材料的开裂和剥落。另外，在高温下部分Al4SiC4氧化变成气态SiO迁移到材料的表层，然后又与高温空气反应氧化变成固态的SiO2，可填塞炉衬材料的表面孔隙，使衬体材料表层致密化，一方面阻止氧气进入材料内部，保护材料不被氧化；另一方面阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。
因此，本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料不仅性能优良，能延长使用寿命，且适用于含碳耐火材料或者非氧化物耐火材料作为抗氧化剂使用，也适合制备有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料，尤其适用于生产低碳钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将30～35wt％的铝矾土、40～45wt％的工业炭粉和20～25wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物5～8wt％的木质素磺酸钙，木质素磺酸钙先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～15分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和在1600～1700℃×5～6小时的条件下进行烧结，经自然冷却后即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例1中混合物的理化指标：铝矾土的Al2O3含量≥48wt％，粒径为0.1～0mm；工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；金属铝粉的Al含量≥90％，粒径为0.1～0mm。
实施例2
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将35～40wt％的铝矾土、35～40wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物6～7wt％的木质素磺酸钠，木质素磺酸钠先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌15～25分钟，压制成型后在80～100℃条件下干燥18～30小时；然后在氩气气氛下和在1700～1800℃×4～5小时的条件下进行烧结，经自然冷却后即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例2中混合物的理化指标同实施例1。
实施例3
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将40～45wt％的铝矾土、30～35wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～6wt％的亚硫酸纸浆废液，搅拌10～20分钟，压制成型后在60～80℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×2～3小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例3中混合物的理化指标同实施例1。
实施例4
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将45～50wt％的铝矾土、25～30wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物8～10wt％的工业糊精粉，搅拌15～25分钟，压制成型后在室内自然干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1700～1800℃×4～5小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例4中混合物的理化指标同实施例1。
实施例5
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将50～55wt％的铝矾土、20～25wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～7wt％的聚乙烯醇，搅拌5～15分钟，压制成型后在室内自然干燥36～48小时；然后在氩气气氛下和在1700～1800℃×3～4小时的条件下进行烧结，自然冷却后即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例5中混合物的理化指标同实施例1。
实施例6
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将55～60wt％的铝矾土、15～20wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物4～8wt％的酚醛树脂，搅拌10～20分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得l4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例6中混合物的理化指标同实施例1。
实施例7
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将60～65wt％的铝矾土、10～15wt％的工业炭粉和25～30wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物8～10wt％的工业糊精粉和亚硫酸纸浆废液，搅拌15～25分钟，压制成型后在80～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×5～6小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例7中混合物的理化指标同实施例1。
实施例8
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将65～70wt％的铝矾土、10～15wt％的工业炭粉和20～25wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物7～9wt％的结合剂，搅拌5～15分钟，压制成型，在60～80℃条件下干燥12～36小时；然后在氩气气氛下和在1650～1750℃×5～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例8中的结合剂为木质素磺酸钙、亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉；混合物的理化指标同实施例1。
实施例9
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将40～45wt％的铝矾土、20～25wt％的工业炭粉和30～35wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～6wt％的木质素磺酸钙和亚硫酸纸浆废液，搅拌10～20分钟，压制成型后在80～100℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×2～3小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例9中混合物的理化指标同实施例1。
实施例10
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将35～40wt％的铝矾土、20～25wt％的工业炭粉和35～40wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物6～8wt％的工业糊精粉和木质素磺酸钠，工业糊精粉和木质素磺酸钠先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～25分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1700～1750℃×2～3小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例10中混合物的理化指标同实施例1。
实施例11
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将40～45wt％的铝矾土、15～20wt％的工业炭粉和40～45wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～5wt％的结合剂，搅拌15～25分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×3～4小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例11中结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉和聚乙烯醇；混合物的理化指标同实施例1。
实施例12
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将30～35wt％的铝矾土、20～25wt％的工业炭粉和45～50wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～6wt％的酚醛树脂，搅拌5～15分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×4～5小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例12中混合物的理化指标同实施例1。
实施例13
一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先将30～35wt％的铝矾土、15～20wt％的工业炭粉和50～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～6wt％的酚醛树脂，搅拌15～25分钟，压制成型后在90～110℃条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛下和在1750～1800℃×5～6小时的条件下进行烧结，经自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
本实施例13中混合物的理化指标同实施例1。
本具体实施方式具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料不仅性能优良，能延长使用寿命，且适用于含碳耐火材料或者非氧化物耐火材料作为抗氧化剂，或者适用于有色金属和钢铁冶炼设备的新型炉衬材料，尤其适用于生产低碳钢和超低碳钢等洁净钢的钢包内衬与精炼炉衬，有利于钢质量的提高。
Claims (6)
1、一种Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法，其特征在于先将30～70wt％的铝矾土、10～45wt％的工业炭粉和20～55wt％的金属铝粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型后或在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时，然后在氩气气氛下和在1600～1800℃×2～6小时的条件下进行烧结，自然冷却即制得Al4SiC4-Al2OC复合材料。
2、根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的铝矾土的Al2O3含量≥48wt％，粒径为0.1～0mm。
3、根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的工业炭粉的C含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm。
4、根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的金属铝粉的Al含量≥90wt％，粒径为0.1～0mm。
5、根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂或为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上，或为酚醛树脂。
6、根据权利要求1～5项中任一项所述的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料的制备方法所制备的Al4SiC4-Al2OC复合耐火材料。
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