CN102898164B - 一种步进式加热炉用SiSiC 质垫块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种步进式加热炉用SiSiC质垫块的制备方法，取90~99份SiC粉、1~10份炭粉和0.5~1.5份外加剂和16~20份水，经过混磨制浆、浇注成型、湿坯烘干、渗硅反应烧结和机械加工等步骤实现制备。本发明的制备方法工艺简单、成本低，可以直接烧成，不需要氮化反应烧结。所制备的SiSiC质垫块耐高温、强度很大、抗蠕变性能强、导热系数小、抗热震性好，可取代耐热合金钢垫块。

Description

一种步进式加热炉用SiSiC 质垫块及其制备方法

【技术领域】

本发明属于复合高温陶瓷技术领域，具体涉及一种热轧步进式加热炉用SiSiC质垫块及其制备方法。

【背景技术】

目前，冶金工业热轧厂步进式加热炉中水冷梁上的垫块都是采用耐热合金钢制作，由于耐热合金钢存在导热系数大、高温蠕变而被“压缩”和氧化损坏等先天性缺陷，易造成被加热钢坯出现“走偏”、与垫块接触部位产生“水冷瘢”（低温黑印）而影响轧材质量等问题，已经成为制约热轧薄板等高技术钢材轧钢生产的“瓶颈”问题；同时“水冷瘢”（低温黑印）的温度低、降低了钢坯的热塑性和延展性，使钢板容易出现轧制裂纹而产生“废品”，钢板轧制越薄则废品率越高，尤其是生产高牌号取向硅钢板时，其超薄型板材甚至无法轧制。

为解决被加热钢坯与垫块接触部位产生的“水冷瘢”（低温黑印）问题，热轧厂通常采用提高加热温度和延长加热时间的办法，以保证钢坯达到适当的热塑性和延展性，此法明显存在能耗高、钢坯烧蚀量大、生产速度慢及效率低的问题，而且更容易造成耐热钢垫块因为高温蠕变而被“压缩”和氧化损坏，造成被加热钢坯出现“走偏”而影响加热炉的正常生产。

【发明内容】

为解决上述问题，本技术团队曾开展了实验研究并申请了发明专利：一种碳化硅-氮化硅复合陶瓷垫块（CN102408242A）；经过进一步的研究表明，SiSiC质垫块具有更加优异的性能，不仅具有碳化硅-氮化硅复合陶瓷垫块的耐高温、强度高、抗蠕变性能好、导热系数小、抗热震性好、耐磨损等特性外，而且具有更高的机械强度，抵抗钢坯冲击的力学性能更好，生产方法相对简单。因此，SiSiC质垫块不仅能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”问题与因垫块高温“压缩”变形而造成钢坯走偏问题，而且具有更好的耐用性，更容易生产制备。

本发明采用以下技术步骤：

一种步进式加热炉用SiSiC质垫块的制备方法，步骤如下：

(1)配料：以重量份计称取90~99份SiC粉、1~10份炭粉和0.5~1.5份外加剂，再加入16~20份水，混磨制成料浆；所述的外加剂是以重量比计2:1的羧甲基纤维素与聚丙烯酸铵或聚丙烯酸钠的混合物；

(2)成型：将步骤(1)的料浆注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护20~30h后脱模取出垫块湿坯；

(3)干燥：将湿坯装入烘干炉中经100~120℃、保温24~48h烘干后制成垫块生坯；

(4)渗硅反应烧结：将步骤(3)的垫块生坯置于反应烧结炉中在1700~1850℃和真空度小于100Pa的条件下保温4~32小时进行高温渗硅反应烧结，制得毛坯；

(5)将毛坯进行机械加工处理，制得步进式加热炉用SiSiC质垫块。

在本发明中，所述的SiC粉的纯度为SiC≥92wt%，粒度小于2.5μm。所述的炭粉的纯度为C≥90wt%，粒度小于3μm。

在本发明中，所述羧甲基纤维素、聚丙烯酸铵和聚丙烯酸钠为市场能够购买获得的工业级原料。

根据一种优选的实施方式，所述步骤(1)的混磨是在陶瓷球磨机中，或在具有橡胶或塑料内衬的球磨机中混磨6~12h。例如河南强力路桥工程机械有限公司生产销售的陶瓷球磨机设备。

根据一种特别优选的实施方式，所述步骤(4)中在反应烧结炉中预先放置金属Si。金属Si是工业提纯的单质硅，主要用于生产有机硅、提取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等，也是陶瓷材料常用的原材料。例如安阳市定兴冶金耐材有限责任公司生产销售的金属硅粉。

本发明还涉及上述制备方法所制备的热轧步进式加热炉用SiSiC质垫块。

与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：

该制备方法工艺简单、成本低，可以直接烧成，不需要氮化反应烧结。因此，本发明可以克服现有技术的缺陷。用该方法所制备的SiSiC质垫块耐高温、强度很大、抗蠕变性能强、导热系数小、抗热震性好，用其取代耐热合金钢垫块，能够满足热轧生产的要求，能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”（水冷黑印）问题与因垫块高温“压缩”变形而造成钢坯走偏问题。

【具体实施方式】

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中如无特别说明，SiC粉的纯度均SiC≥92wt%，粒度均小于2.5μm；炭粉的纯度均C≥90wt%，粒度均小于3μm。配料比例如无特殊说明均为重量比或重量份数。

实施例1

称取SiC粉90kg、炭粉10kg、羧甲基纤维素1kg和聚丙烯酸铵0.5kg，加入20kg水在陶瓷球磨机中混磨6h制浆，注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护25h，脱模得到湿坯。

将湿坯装入烘干炉中经110℃、保温32h，再在放置了金属Si的烧结炉中在1700℃和真空度30Pa的条件保温32h制得底板毛坯。

将毛坯进行机械加工处理，制得SiSiC质垫块。

实施例2

称取SiC粉99kg、炭粉1kg、羧甲基纤维素333g和聚丙烯酸钠167g，加入16kg水在陶瓷球磨机中混磨10h制浆，注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护20h，脱模得到湿坯。

将湿坯装入烘干炉中经120℃、保温24h，再在放置了金属Si的烧结炉中在1850℃和真空度100Pa的条件保温4h制得底板毛坯。

将毛坯进行机械加工处理，制得SiSiC质垫块。

实施例3

称取SiC粉94kg、炭粉4kg、羧甲基纤维素600g和聚丙烯酸钠300g，加入18kg水在陶瓷球磨机中混磨12h制浆，注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护30h，脱模得到湿坯。

将湿坯装入烘干炉中经100℃、保温48h，再在放置了金属Si的烧结炉中在1800℃和真空度80Pa的条件保温10h制得底板毛坯。

将毛坯进行机械加工处理，制得SiSiC质垫块。

实施例4

称取SiC粉94kg、炭粉6kg、羧甲基纤维素800g和聚丙烯酸钠400g，加入20kg水在陶瓷球磨机中混磨8h制浆，注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护22h，脱模得到湿坯。

将湿坯装入烘干炉中经110℃、保温40h，再在放置了金属Si的烧结炉中在1800℃和真空度50Pa的条件保温20h制得底板毛坯。

将毛坯进行机械加工处理，制得SiSiC质垫块。

本发明的制备方法工艺简单、成本低，可以直接烧成，不需要氮化反应烧结。因此，本发明可以克服现有技术的缺陷。用该方法所制备的SiSiC质垫块耐高温、强度很大、抗蠕变性能强、导热系数小、抗热震性好，用其取代耐热合金钢垫块，能够满足热轧生产的要求，能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”（水冷黑印）问题与因垫块高温“压缩”变形而造成钢坯走偏问题。

Claims (3)

1.一种步进式加热炉用SiSiC质垫块的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)配料：以重量份计称取90～99份SiC粉、1～10份炭粉和0.5～1.5份外加剂，再加入16～20份水，混磨制成料浆；所述的外加剂是以重量比计2:1的羧甲基纤维素与聚丙烯酸铵或聚丙烯酸钠的混合物；所述的SiC粉的纯度为SiC≥92wt%，粒度小于2.5μm，所述的炭粉的纯度为C≥90%，粒度小于3μm；

(2)成型：将步骤(1)的料浆注入石膏模中浇注成型制成垫块湿坯，静置养护20～30h后脱模取出垫块湿坯；

(3)干燥：将湿坯装入烘干炉中经100～120℃、保温24～48h烘干后制成垫块生坯；

(4)渗硅反应烧结：在反应烧结炉中预先放置金属Si，将步骤(3)的垫块生坯置于反应烧结炉中在1700～1850℃和真空度小于100Pa的条件下保温4～32小时进行高温渗硅反应烧结，制得毛坯；

(5)将毛坯进行机械加工处理，制得步进式加热炉用SiSiC质垫块。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述羧甲基纤维素、聚丙烯酸铵和聚丙烯酸钠为工业级原料。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤(1)的混磨是在陶瓷球磨机中，或在具有橡胶或塑料内衬的球磨机中混磨6～12h。