CN102718515A - 一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖。其是以刚玉、氮化铝、金属硅、金属铝、硅微粉、铝酸盐水泥为基本原料，加入外加剂，采用搅拌机将各种原料和分散剂干混至均匀，物料混匀后加入水搅拌至均匀，注入模具中成型为预制件，将脱模并自然养护后的预制砖在烘烤窑中进行烘烤，最后放入高温氮化窑内氮气气氛下于1400℃~1550℃的高温下烧成，烧成冷却至室温即可。与传统产品相比，本发明产品热态强度，热震稳定性、高温体积稳定性都得到显著提高。

Description

一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖

技术领域

 本发明涉及一种耐火材料，特别是涉及一种通过氮化烧成的高热态强度刚玉氮化铝质预制砖。

背景技术

目前，耐火材料在材质上主要以氧化物材料和碳复合材料为主。以氧化物为主的耐火材料通常脆性较大，难以同时满足高强度和良好热震稳定性的要求；碳复合耐火材料引入石墨等炭质组分，虽然改善了氧化物类耐火材料的脆性，但此类材料存在抗氧化性差、热导率高等缺点。因此，在氧化物体系中引入氮化物、Sialon、SiC等非氧化物相的做法成为耐火材料领域的一个新的研究热点。

众多研究表明，氧化物非氧化物复合材料具有较高的高温强度和抗氧化性能，优良的抗热震性、抗侵蚀性能，可望成为高温工业关键部位使用的新一代优质高性能耐火材料。

刚玉质预制砖是一种工业窑炉所用的耐火材料，生产上艺既可采用定形制品的机压成形思路，也可采用浇注料的办法预制成形。浇注成形的刚玉质预制砖是以刚玉质浇注料经浇注预制成型之后再高温烧成而得的高性能耐火制品。普通刚玉质预制砖产品的综合性能不够高，例如：高温强度低、脆性大，热震稳定性差，膨胀系数大难以满足使用要求，应用领域有限；开发性能优异的预制砖，并对产品质量实现可控，是一种有效保证产品性能的途径，也是耐火材料行业目前急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，该预制砖的高温抗折强度、热震稳定性、高温体积稳定性均优于普通刚玉质预制砖。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

   一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，以重量百分比计，一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，以重量百分比计，其制备原料含刚玉60~65%、氮化铝10~15%、金属硅粉10-18%、金属铝粉3~10%、铝酸盐水泥3-6%、硅微粉2~4%、以及占上述原料总重量的0.08%的外加剂。

所述刚玉的氧化铝含量为90~96%之间，氮化铝含量≥90%，金属硅粉中的单质硅≥99.6%，金属铝粉中的单质铝≥99.6%，铝酸盐水泥中的铝含量≥68%，硅微粉中的二氧化硅≥94%。

所述刚玉、莫来石的粒度分布范围如下：

8~5mm刚玉的占15~25%、5~3mm的刚玉占10~20%、3~1mm的刚玉占10~20%、0.08~1mm的刚玉占15~25%、200目的氮化铝占5~10%、325目的氮化铝占5~10%。

所述金属硅是由粒度325目和200目的金属硅粉按1：1的重量比构成的混合物。

所述外加剂为聚羧酸盐、聚丙烯酰胺中的至少一种。

所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖的制备方法，包括以下步骤：

一、按照配方组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；

二、向干混物料中加入适量水，加入水后控制混合物料的含水率为5±1％，搅拌均匀，然后注入模具中，振动棒振动成型，成型后得到预制件；

三、将预制砖在模中于室温20℃下养护l天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制件放入烘干窑中烘烤，烘烤温度180～200℃，烘烤时间10～20小时；

四、将烘烤后的预制砖放入封闭式高温氮化炉中，于1400～1550℃下高温氮化烧成，在最高温度下保温12～20小时，之后停窑，冷却至室温，即获得氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖产品。

本发明具有的积极有益的技术效果：

    本发明产品在原有刚玉质预制砖的基础上引入氮化铝、金属硅粉、金属铝粉，并在氮气气氛下烧成，引入体系中的Si、Al在氮化铝存在下，更易发生原位反应，生成AlN 、Sialon等增强相。由于该反应存在气相传质机理，所生成的原位非氧化物增强相多呈纤维状，且在制品基质及气孔里可趋向弥散分布，均匀性好。这种原位增强相可大幅提高刚玉氮化铝质预制砖材料的热态抗折强度和热稳定性。

本发明产品解决了普通刚玉质预制砖热态强度不高，热稳定性差、高温体积不稳定等原因造成炉顶垮塌的疑难问题。本发明产品具有较高的高温抗折强度，详见表1。

表1  本发明产品的性能简测数据：

项目	指标
		Al2O3，%	≥68
显气孔率，%	≤12
		体积密度，g/cm3	≥2.79
1250℃高温抗折强度，Mpa	≥20
		热震稳定性，1100℃，次数	≥35

具体实施方式

  以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。

实施例1：一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖：

(1) 原料组成：以重量百分比表示，刚玉60％、氮化铝15％、金属硅粉10%、硅灰2％、金属铝粉8%，铝酸盐水泥5%，及占上述原料总重量的0.08%的外加剂。(2) 称取各种原料，用搅拌机干混均匀，得到干混物料；(3) 在干混物料中加入适量的水，加水后控制混合物制的含水率为4.0％，搅拌均匀，然后注入模具中，振动棒振动成型，成型后得到预制件；(4) 将得到的预制砖在模中于室温20℃下养护l天，然后脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，将自然养护后的预制砖放入烘干窑中烘烤，烘烤温度为180℃，烘烤时间为10小时；(5)放入封闭式高温氮化炉中，于1450℃下高温氮化烧成，在最高温度1450℃下保温20小时，之后停窑，冷却至室温，即即获得氮化烧成的莫来石高铝质预制砖产品，其性能指标符合表l中的相关要求。

实施例2：与实施例l基本相同，不同之处在于：

(1) 原料组成：以重量百分比表示，刚玉62％、氮化铝10％、金属硅粉18%、硅灰3％；金属铝粉3%，铝酸盐水泥4%，及占上述原料总重量的0.06%的外加剂。(2) 称取各种原料，用搅拌机干混均匀，得到干混物料；(3) 在干混物料中加入适量的水，加水后控制混合物制的含水率为4.5％，搅拌均匀，然后注入模具中，振动棒振动成型，成型后得到预制件；(4) 将得到的预制砖在模中于室温20℃下养护l天，然后脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，将自然养护后的预制砖放入烘干窑中烘烤，烘烤温度为190℃，烘烤时间为9小时；(5)放入封闭式高温氮化炉中，于1500℃下高温氮化烧成，在最高温度1500℃下保温16小时，之后停窑，冷却至室温，即即获得氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖产品，其性能指标符合表l中的相关要求。

实施例3：与实施例l基本相同，不同之处在于：

(1) 原料组成：以重量百分比表示，刚玉65％、氮化铝10％、金属硅粉12%、硅灰4％；金属铝粉3%，铝酸盐水泥6%，及占上述原料总重量的0.08%的外加剂。(2) 称取各种原料，用搅拌机干混均匀，得到干混物料；(3) 在干混物料中加入适量的水，加水后控制混合物制的含水率为5.5％，搅拌均匀，然后注入模具中，振动棒振动成型，成型后得到预制件；(4) 将得到的预制砖在模中于室温20℃下养护l天，然后脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，将自然养护后的预制砖放入烘干窑中烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤时间为8小时；(5)放入封闭式高温氮化炉中，于1550℃下高温氮化烧成，在最高温度1550℃下保温10小时，之后停窑，冷却至室温，即即获得氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖产品，其性能指标符合表l中的相关要求。 

Claims (6)

1.一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，以重量百分比计，其制备原料含刚玉60~65%、氮化铝 20~25%、金属硅粉0.1-0.8%、金属铝粉3~10%、铝酸盐水泥3-6%、硅微粉2~4%、以及占上述原料总重量的0.08%的外加剂。

2.根据权利要求1所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，所述刚玉铝含量为90~96%之间，氮化铝含量≥90%，金属硅粉中的单质硅≥99.6%，金属铝粉中的单质铝≥99.6%，铝酸盐水泥中的铝含量≥68%，硅微粉中的二氧化硅≥94%。

3.根据权利要求1所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，所述刚玉、氮化铝的粒度分布范围如下：

8~5mm刚玉的占15~25%、5~3mm的刚玉占10~20%、3~1mm的刚玉占10~20%、0.08~1mm的刚玉占15~25%、200目的氮化铝占5~15%、325目的氮化铝占10~25%。

4.根据权利要求3所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，所述金属硅是由粒度325目和200目的金属硅粉按1：1的重量比构成的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸盐、聚丙烯酰胺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖的制备方法，包括以下步骤：

一、按照配方组成称取原料，采用搅拌机干混均匀，得到干混物料；

二、向干混物料中加入适量水，加入水后控制混合物料的含水率为5±1％，搅拌均匀，然后注入模具中，振动棒振动成型，成型后得到预制件；

三、将预制砖在模中于室温20℃下养护l天，脱模，脱模后再于室温20℃下自然养护1天，然后将预制砖放入烘干窑中烘烤，烘烤温度180～200℃，烘烤时间10～20小时；

四、将烘烤后的预制砖放入封闭式高温氮化炉中，于1400～1550℃下高温氮化烧成，在最高温度下保温12～20小时，之后停窑，冷却至室温，即获得氮化烧成的刚玉氮化铝质预制砖产品。