CN102320848B - 一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法 - Google Patents

一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。其技术方案是：先以40～70wt％的矾土、30～60wt％的工业碳粉和0～30wt％的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料1～10wt％的结合剂，混合5～60分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥12～36小时；然后在氩气气氛和1600～2000℃条件下保温2～8小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。本发明具有原料丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。所制备的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。本发明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。

Description

一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。
背景技术
Al4SiC4-Al8SiC7耐火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，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，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。
Al4SiC4具有熔点高(约2037℃)、强度高、化学稳定性好、热膨胀系数低以及非常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。目前国内外合成Al4SiC4材料主要是由单质(Al，Si，C)或者单质反应的中间产物(SiC，Al4C3)进行制备，原料价格昂贵，限制了这种材料的工业研究及使用。
Al8SiC7具有熔点高(约2085℃)和高温下化学稳定性好的特点。目前国内外对Al8SiC7材料研究较少，主要由单质反应的中间产物(SiC，Al4C3)进行制备，原料价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料丰富、生产成本低和易于工业化生产的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的制备方法。用该方法制备的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的性能优良和使用寿命延长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以40～70wt％的矾土、30～60wt％的工业碳粉和0～30wt％的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料1～10wt％的结合剂，混合5～60分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥12～36小时；然后在氩气气氛和1600～2000℃条件下保温2～8小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。
上述技术方案中：矾土的Al2O3含量大于70wt％，粒径小于0.1mm；工业碳粉的C含量大于80wt％，粒径小于0.1mm；二氧化硅微粉的SiO2含量大于90wt％，粒径小于0.01mm；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、聚乙烯醇和酚醛树脂中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明所采用的矾土、工业碳粉和二氧化硅微粉来源广泛，复合材料中的Al4SiC4及Al8SiC7材料在材料内部由矾土、C和SiO2反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。另外，在高温下部分Al4SiC4及Al8SiC7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，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。本发明所制备的Al4SiC4-Al8SiC7材料不仅具有优良的耐高温性能和优良的抗渣性能，且热膨胀率低，能有效地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。
因此，本发明具有原料丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。本发明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。
具体实施方式。
下面结合实施实例对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及到原料的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：矾土的Al2O3含量大于70wt％，粒径小于0.1mm；工业碳粉的C含量大于80wt％，粒径小于0.1mm；二氧化硅微粉的SiO2含量大于90wt％，粒径小于0.01mm。
实施例1
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。先以40～50wt％的矾土、30～40wt％的工业碳粉和20～30wt％的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料2～6wt％的结合剂，混合5～15分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和1600～1700℃条件下保温6～8小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。
本实施例中的结合剂为酚醛树脂。
实施例2
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。除结合剂为工业糊精粉外，其余同实例1。
实施例3
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。先以50～60wt％的矾土和40～50wt％的工业碳粉为原料，外加上述原料1～5wt％的结合剂，混合15～30分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛和1750～1850℃条件下保温5～7小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。
本实施例中的结合剂为聚乙烯醇。
实施例4
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。先以60～70wt％的矾土、20～40wt％的工业碳粉和10～20wt％的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料5～10wt％的结合剂，混合30～45分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥12～24小时；然后在氩气气氛下和1800～1900℃条件下保温4～6小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。
本实施例中的结合剂为木质素磺酸钙。
实施例5
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。先以40～48wt％的矾土、50～58wt％的工业碳粉和1～10wt％的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料4～8wt％的结合剂，混合45～60分钟，压制成型，在60～110℃的条件下干燥24～36小时；然后在氩气气氛和1900～2000℃条件下保温2～4小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料。
本实施例中的结合剂为酚醛树脂。
实施例6
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。除结合剂为亚硫酸纸浆废液外，其余同实例5。
实施例7
一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料及其制备方法。除结合剂为木质素磺酸钠外，其余同实例5。
本具体实施方式的矾土、工业碳粉和二氧化硅微粉来源广泛，复合材料中的Al4SiC4及Al8SiC7材料在材料内部由矾土、C和SiO2反应生成，结合良好，有利于提高材料的性能。另外，在高温下部分Al4SiC4及Al8SiC7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，阻止渣的渗透，减缓材料的蚀损，延长使用寿命。本具体实施方式所制备的Al4SiC4-Al8SiC7材料不仅具有优良的耐高温性能和优良的抗渣性能，且热膨胀率低，能有效地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。
因此，本具体实施方式具有原料丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料不仅性能优良，且能延长使用寿命。本具体实施方式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 (4)

1.一种Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的制备方法，其特征在于先以40~70wt%的矾土、30~60wt%的工业碳粉和0~30wt%的二氧化硅微粉为原料，外加上述原料1~10wt%的结合剂，混合5~60分钟，压制成型，在60~110℃的条件下干燥12~36小时；然后在氩气气氛下和1600~2000℃条件下保温2~8小时，自然冷却，即得Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料；
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、聚乙烯醇和酚醛树脂中的一种。
2.根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的制备方法，其特征在于所述的矾土的Al2O3含量大于70wt%，粒径小于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的制备方法，其特征在于所述的工业碳粉的C含量大于80wt%，粒径小于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的Al4SiC4-Al8SiC7耐火材料的制备方法，其特征在于所述的二氧化硅微粉的SiO2含量大于90wt%，粒径小于0.01mm。
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