CN103145433B - 一种不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RH精炼用不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。该滑板按重量百分比计的原料组成为55-90%的刚玉、5-20%的镁铝尖晶石、5-30%的氮化硅铁，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成型，在120℃-600℃下干燥5-25h。该产品具有氧化物-非氧化物复合的结构，有优良的物理性能指标：显气孔率3-11%、体积密度2.9-3.4g/cm³、常温耐压强度100-290MPa、高温抗折强度11-60Mpa。本发明产品无需高温烧成，原料价格低廉，大大降低了生产成本，满足了RH精炼用耐火材料无铬化的需求。

Description

一种不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料及制备方法

技术领域

本发明涉及制备一种RH精炼用耐火材料，尤其涉及一种RH精炼用的不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

近几年来，随着冶金工业的迅速发展，对钢材质量的要求越来越高，而且纯净钢的需求量不断增加，因而促进了RH多功能精炼技术的迅速发展。

由于Cr₂O₃能提高镁质耐火材料的抗侵蚀性和抗热震性、降低热导率，所以传统的镁铬砖在热震稳定性和抗渣性等方面表现都比较出色，因此炼钢工业中 ，镁铬砖是现在我国大多数钢厂炉外精炼设备中所广泛使用的内衬材料。但是，含Cr₂O₃耐火材料在氧化性气氛或大量碱性氧化物如K₂O、Na₂O、CaO等存在时，在一定温度下其三价铬(Cr³⁺)会转变为六价铬(Cr⁶⁺)，而六价铬是一种对人类健康有严重危害的物质。这些六价铬离子形成的有水溶性的、能毒害人畜并能致癌的六价铬盐化合物，通过在用后的废砖存放过程中受水淋而外渗，污染环境，尤其是污染水源。对环境的污染不可忽略，因此研发出一种不含铬元素的耐火材料取代镁铬砖刻不容缓。

氮化硅铁是氮化硅与铁及硅铁的复合材料，普遍采用以FeSi75铁合金为原料经高温直接氮化制备合成，氮化硅铁的出现实现了氮化物的低成本生产，其原因在于合成氮化物的硅源使用相对便宜的FeSi75铁合金以替代昂贵的金属硅。

洪彦若等在研究非氧化物复合材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属的大部分为过渡塑性相，少部分为金属塑性相。两者初始时均起塑性成型作用，在常温压制成型时金属的塑性使刚性成型转变为塑性成型，提高制坯的密度和降低气孔率；在烧结过程，金属液化或软化，充填空隙，起助烧剂作用，提高制品致密度。区别之处在于烧结过程，过渡塑性相的金属与环境气氛及材料发生了反应，生成了非金属增强相，提高材料的高温强度和抗热震性。

为了满足RH精炼用耐火材料无铬化的发展要求，本发明以过渡塑性理论为基础，将氮化硅铁以细粉形式加入，使得耐火材料基质中同时存在高温增强相和塑性相，并且氮化硅铁、氮化硅、硅铁和镁铝尖晶石等都具有良好的抗侵蚀性，制备出一种成本较低的优良RH精炼用无铬化耐火材料。

发明内容

本发明旨在制备出一种RH精炼用不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料，其无需高温烧成、生产工序简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。同时产品具有强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点，满足了RH精炼用耐火材料无铬化的需要。

本发明的技术方案：

一种不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，所述滑板原料组成为55-90%的刚玉、5-20%的镁铝尖晶石、5-30%的氮化硅铁，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。

所述刚玉有3-1mm、1-0.1mm及0-0.1mm三种粒度，所述镁铝尖晶石为0-0.1mm，所述氮化硅铁粒度为0-0.1mm。原料中三种不同粒度的比例为：

3≤粒度＜1mm   45-65%

1≤粒度＜0.1mm  18-30%

0.1≤粒度＜0mm  17-30%  。

上述不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在120-600℃下干燥5-25h。 

本发明的积极效果：

1、本发明利用过渡塑性相工艺制备了氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料。其无需高温烧成、生产工序简单，原料价格低廉，大大降低了生产成本。

2、本发明所得产品为氧化物和非氧化物结合的无碳耐火材料，其中硅铁合金降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提高材料的韧性和抗热震性能，同时硅铁合金使制品氧位降低，不会对洁净钢产生O污染。

3、Si₃N₄高温下被氧化为Si₂N₂O，两者均为高熔点化合物；Fi₃Si高温抗氧化性好，故本产品具有很好的抗氧化性。

4、本发明产品不含易于钢液发生反应的化学成分，镁铝尖晶石、氮化硅铁的存在使得产品具有优良的抗侵蚀性。

5、本发明产品具有优良的物理性能指标。显气孔率3-11%、体积密度2.9-3.4g/cm³、常温耐压强度100-290MPa、高温抗折强度11-60Mpa。

8、本发明的耐火材料能满足钢铁行业RH精炼的需求，适应了RH精炼用耐火材料无铬化的发展要求，并且生产成本大大降低，市场潜力大，适宜于推广应用，将具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

实施例1：一种RH精炼用不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：80%的刚玉、10%的镁铝尖晶石、10%的氮化硅铁，外加3%的热固性酚醛树脂。

生产时，先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在120-600℃下干燥9h。

所述粉料为粒度小于325目的氮化硅铁、镁铝尖晶石及部分刚玉，所述骨料为粒度为3-1mm、1-0.1mm的刚玉；上述刚玉分为板状刚玉、白刚玉和棕刚玉。

所得产品的性能指标为：显气孔率4.5%，体积密度3.34g/cm³，常温耐压强度278MPa，高温抗折强度26MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例2：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：75%的刚玉、10%的镁铝尖晶石、15%的氮化硅铁，外加3%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率5.1%，体积密度3.31/cm³，常温耐压强度246MPa，高温抗折强度34MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例3：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：72%的刚玉、8%的镁铝尖晶石、20%的氮化硅铁，外加3%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率5.9%，体积密度3.27/cm³，常温耐压强度205MPa，高温抗折强度41MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例4：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：67%的刚玉、8%的镁铝尖晶石、25%的氮化硅铁，外加3%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率6.5%，体积密度3.21g/cm³，常温耐压强度176MPa，高温抗折强度49MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

Claims (2)

1.一种不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，所述耐火材料原料组成为55-90%的刚玉、5-20%的镁铝尖晶石、5-30%的氮化硅铁，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂；所述刚玉有3-1mm、1-0.1mm及0-0.1mm三种粒度，所述镁铝尖晶石粒度为0-0.1mm，所述氮化硅铁粒度为0-0.1mm，所述刚玉包括板状刚玉、白刚玉和棕刚玉；原料中三种不同粒度的比例为：            

 1＜粒度≤3mm   45-65%

0.1＜粒度≤1mm  18-30%

 0＜粒度≤0.1mm  17-30%  。

2.根据权利要求1所述的不烧氮化硅铁-尖晶石-刚玉复合耐火材料的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在120-600℃下干燥5-25h。