CN103553668A

CN103553668A - 一种铁沟Sialon浇注体的制备方法

Info

Publication number: CN103553668A
Application number: CN201310509406.8A
Authority: CN
Inventors: 李明建; 李仲翟; 李云霄; 李明君; 赵超
Original assignee: 李明建
Current assignee: GONGYI SHICHUANG NEW MATERIAL INCUBATOR CO., LTD.
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: CN103553668B

Abstract

本发明公开了一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，包括以下步骤：在铁沟浇注体内预埋易烧损管材，在铁沟壁上设有管材的进口和出口；在铁沟使用中，易烧损管材烧毁形成通道，向通道内通入氮气，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，停止通氮气，向通道内压入压入料即可。本发明方法制备的风冷铁沟Sialon浇注体冷却效率高，能进一步延长铁沟的使用寿命；所得完整铁沟Sialon浇注体，将铁沟整体的热态强度提高数十倍，铁沟材料中含有氮化物，增大了对渣铁的润湿角，使铁沟的抗渣侵蚀和抗渗透能力大大提高，延长了铁沟的使用寿命，为企业节约了成本，并且减少了工业垃圾的产生和耐火原料资源的浪费，保护了环境。

Description

一种铁沟Sialon浇注体的制备方法

技术领域

本发明属于铁沟材料生产技术领域，具体涉及一种铁沟Sialon浇注体的制备方法。

背景技术

现在所用的较好的铁沟材料，使用寿命为45-60天，修补后整体寿命也不会超过75天，严重影响了企业的生产效率。

人们在陶瓷研究中发现在Si₃N₄与Al₂O₃热压烧成时，发现Al₂O₃可以固熔到Si₃N₄晶格中达60-70wt%，形成一种含Si、Al、O、N的固溶体，四个元素罗列缩写为“Sialon”（这就是Sialon的由来），因Si₃N₄分为α、β型，β型的形成的产物叫β- Sialon或β`-Sialon，其化学通式为：Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z，Z表示氮化硅中被取代的硅原子和氮原子的数目，进一步研究发现Sialon各项性能极其优越，开发了Sialon结合的刚玉砖和Sialon结合的Al₂O₃-SiC制品，在世界上二十多座特大型高炉炉缸、炉腹上使用寿命可达二十五年之久。我国的耐火材料研究人员也做了大量工作，北京科技大学的洪彦若、孙加林等把Sialon材料的研究成果汇编成《非氧化物复合耐火材料》一书，使人们对Sialon和Sialon复合耐火材料有了普遍认识。我国在过去的二十五年中至少有十家大学做过这类材料的高温试验，发表了很多文章，充分证明了Sialon材料的优越性。因高炉内部温度比铁沟高有500℃且环境条件、气氛、碱度等比铁沟恶劣得多,高炉上能用,铁沟上应该更好用。但是，Sialon结合Al₂O₃-SiC耐火材料必须在氮气氛围中烧成，成本较高，一次性投入较大，在我们国内始终未形成有规模的生产，国内主要靠进口，很多钢铁企业并不愿意投入较高成本来利用这种优越性较好的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、成本较低的铁沟Sialon浇注体的制备方法，使不定形耐火材料也实现Sialon化。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：.

一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，包括以下步骤：

（1）在铁沟浇注体内预埋易烧损管材，在铁沟壁上设有管材的进口和出口；

（2）在铁沟使用初期，易烧损管材烧毁形成通道，向通道内通入氮气，持续通入氮气7-15天，在大于1300℃的高温下金属Al与金属Si首先氮化与Al₂O₃逐渐形成Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z，反应方程式为Al+Si+N₂+Al₂O₃= Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z；当通道的进、出口氮气流量近似相同时，说明Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z形成趋于稳定，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口；

（3）持续通氮气8-10小时停止通氮气，向通道内压入压入料并压实（具体操作为：从通道一端压入压入料压实，如果压入料能从通道的另一端压出来关闭通道出口压实，继续通入氮气5-8小时；如果不能从一端压实，则一端压入后继续通入氮气2-8小时，然后从通道的另一端压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气5-10小时，使压入料也形成Sialon。），即可成为铁沟Sialon浇注体。

当需要得道完整密实的铁沟Sialon浇注体时，步骤（3）中向所有通道内压入压入料压实。

当需要制成内部风冷铁沟Sialon浇注体时，步骤（3）中向通道压入压入料时，预留部分通道，150mm≤预留通道与铁沟工作面的距离≤400mm，所述预留通道正好成为最好的、效率最高的铁沟风冷的气体通道，这比铁沟水冷要安全得多，热交换效率也高，其他部分压入压入料压实即可。在风冷铁沟Sialon浇注体制备完成后即可通氮气或压缩空气对铁沟Sialon浇注体进行冷却；冷却风压力为0.5-1Mpa。

步骤（2）中通入氮气的压力为0.01-0.02Mpa，较好的，所述氮气为炼钢过程中产生的富余氮气，氮气中氧分压越低越好；所述易烧损管材为聚乙烯塑料。步骤（3）中增大后的氮气压力为0.05-0.1MPa。

在易烧损管材的设置中，管材的分布要均匀，长短粗细要适中，无交叉分布情况，这是为了防止氮气短路和压入压入料时物料短路造成浇注体内部存在孔洞过多，影响铁沟的使用寿命。

较好的，浇注体内易烧损管材平行设置，进口和出口引出铁沟壁外。每根易烧损管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为50-100mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况。

在铁沟的使用中，如果易烧损管材燃烧不尽，应当先用高压气体吹出残留物，再通入氮气进行反应。

本方法中所用浇注料包括以下重量份的物质：Al₂O₃材料 50-60份、SiC 10-35份、硅铝合金粉5-10份、C粉 0-3份、稀土氧化物0-2份、粘土0-5份。所述压入料包括以下重量份的物质：Al₂O₃材料 50-60份、SiC 10-35份、硅铝合金粉5-10份、C粉 0-3份、稀土氧化物0-2份、粘土0-5份；所述压入料的粒度≤3mm。

所述浇注料和压入料中所述硅铝合金粉中Al与Si的质量比为1∶（3-4）。

较好的，所述稀土氧化物为Y2O3或La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd等的氧化物或其混合氧化物，所述稀土氧化物来自氟碳铈矿或磷钇矿；浇注料和压入料中所述Al₂O₃材料中低碳棕刚玉质量百分比≥90%，其余为白刚玉微粉或α-Al₂O₃超微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃质量百分含量为0.4-0.8%，TiO₂质量百分含量为1-3%；所述浇注料和压入料根据浇注施工具体需要添加4-5份的水，压入料施工水用量一般压入料质量的5-10%。

本发明方法制备的风冷铁沟Sialon浇注体冷却效率高，能进一步延长铁沟的使用寿命。

利用本发明方法制备成铁沟Sialon浇注体，将铁沟整体的热态强度提高数十倍，铁沟材料中含有氮化物，增大了对渣铁的润湿角，使铁沟的抗渣侵蚀和抗渗透能力大大提高，延长了铁沟的使用寿命，为企业节约了成本，并且减少了工业垃圾的产生，保护了环境。

附图说明

图1为本发明铁沟施工结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的解释说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料50份（其中低碳棕刚玉为90wt%，其余为α- Al₂O₃超微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.6wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC10份、硅铝合金粉 8份（硅铝质量比4：1）、施工水5份。

所用压入料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料50份（其中低碳棕刚玉为90wt%，其余为α- Al₂O₃超微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.6wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC10份、硅铝合金粉 8份（硅铝质量比4：1）、施工水5份；压入料的粒度≤2mm。

（1）在铁沟Sialon浇注体1施工时，浇注体1中预埋聚乙烯塑料管材2，聚乙烯塑料管材2固定在浇注体内部，聚乙烯塑料管材2平行设置，相邻管距为200mm，每根聚乙烯塑料管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为50mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述每根聚乙烯塑料管材的管径为15mm，长度为13m（与铁沟长度相同）。

（2）在铁沟的使用过程中，预埋的聚乙烯塑料管材完全烧掉，浇注体内形成通道，先用高压气体吹出残留物，再向通道内通入氮气，持续通入氮气7天，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，持续通氮气8小时，让氮气向远处深处渗透，所述氮气为炼钢制氧过程中产生的富余氮气，通入氮气的压力为0.01Mpa。

（3）停止通氮气，向通道内压入压入料压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气5小时，然后从通道的出口压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气5小时，即得铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.05MPa。

使用后对所得铁沟浇注体残衬进行检测，所得Sialon浇注体的Z值为1.5-2.5，耐压强度≥150Mpa，抗折强度≥35Mpa，热膨胀系数为2-3×10^-6/K，符合Sialon材料的标准。

实施例2

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料60份（其中低碳棕刚玉质量占Al₂O₃的95wt%，其余为白刚玉微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.6wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC35份、硅铝合金粉8份（硅铝质量比为3:1）、C粉3份、稀土氧化物（来自氟碳铈矿）2份、粘土5份、水5份。

所述压入料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料60份（其中低碳棕刚玉质量占Al₂O₃的95wt%，其余为白刚玉微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.6wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC35份、硅铝合金粉8份（硅铝质量比为3:1）、C粉3份、稀土氧化物（来自氟碳铈矿）2份、粘土5份、施工水5份，压入料组成与浇注料相同,压入料粒度≤1mm。

（1）在铁沟Sialon浇注体施工时，浇注体中预埋PVC管材，PVC管材固定在浇注体内部，PVC管材平行设置，相邻管道的距离为250mm，每根PVC管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为100mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述PVC管材的管径为25mm，长度为12m（与铁沟长度相同）。

（2）在铁沟使用过程中，预埋的PVC管材完全烧掉，浇注体内形成通道，先用高压气体吹出残留物，再向通道内通入氮气，持续通入氮气15天，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，持续通氮气10小时，让氮气向深处远处渗透，所述氮气为炼钢制氧过程中产生的富余氮气，通入氮气的压力为0.02Mpa。

（3）停止通氮气，向通道内压入压入料压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气2小时，然后从通道的出口压入浇注料压实，然后增大氮气压力继续通氮气10小时，即得铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.1MPa。

实施例3

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料55份（其中低碳棕刚玉为95wt%，白刚玉微粉为2wt%，α-Al₂O₃超微粉为3wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.7wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC20份、硅铝合金粉10份（硅铝质量比为3.5:1）、C粉2.5份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1份、粘土3份、施工水4份。

所用压入料以下重量份的物质组成Al₂O₃材料55份（其中低碳棕刚玉为95wt%，白刚玉微粉为2wt%，α-Al₂O₃超微粉为3wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃量为0.4-0.7wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC20份、硅铝合金粉10份（硅铝质量比为3.5:1）、C粉2.5份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1份、粘土3份、施工水4份；压入料的粒度≤3mm。

（1）在铁沟Sialon浇注体施工时，浇注体中预埋氯化聚乙烯管材，所述氯化聚乙烯管材平行，相邻管材的距离为220mm，每根氯化聚乙烯管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为100mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述每根氯化聚乙烯管材的管径为17mm，长度为15m（与铁沟长度相同）。

（2）在铁沟使用过程中，预埋的氯化聚乙烯管材完全烧掉，浇注体内形成通道，先用高压气体吹出残留物，再向通道内通入氮气，持续通入氮气10天，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，持续通氮气9小时，让氮气向深处远处渗透，所述氮气为炼钢过程中产生的富余氮气，通入氮气的压力为0.015Mpa。

（3）停止通氮气，向通道内压入压入料压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气5.5小时，然后从通道的出口压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气8小时，即得铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.07MPa。

实施例4

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料58份（其中低碳棕刚玉为92wt%，白刚玉微粉为3wt%，α-Al₂O₃超微粉为5wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.5-0.8wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC25份、硅铝合金粉5份（硅铝质量比为4:1）、C粉2.8份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1.5、粘土4份、施工水4.5份。

所用压入料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料58份（其中低碳棕刚玉为92wt%，白刚玉微粉为3wt%，α-Al₂O₃超微粉为5wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.5-0.8wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC25份、硅铝合金粉5份（硅铝质量比为4:1）、C粉2.8份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1.5、粘土4份、水4.5份；压入料的粒度≤3mm。

（1）在铁沟Sialon浇注体施工时，浇注体中预埋聚丁烯管材，聚丁烯管材平行设置，相邻管材的距离为250mm。每根聚丁烯管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为80mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述每根聚丁烯管材的管径为25mm，长度为10m（与铁沟长度相同）。

（2）在铁沟使用的过程中，预埋的聚丁烯管材完全烧掉，浇注体内形成通道，先用高压气体吹出残留物，再向通道内通入氮气，持续通入氮气12天，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，持续通氮气8.5小时，让氮气向深处远处渗透，所述氮气为炼钢过程中产生的富余氮气，通入氮气的压力为0.018Mpa。

（3）停止通氮气，向通道内压入压入料压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气7小时，然后从通道的出口压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气9小时，即得铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.07MPa。

实施例5

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料60份（其中低碳棕刚玉60wt%，高铝钒土30wt%，其余为白刚玉微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.6wt%，TiO₂为1-3wt%；高铝钒土体积密度≥3.3g/cm³、Al₂O₃含量≥85wt%）、SiC35份、硅铝合金粉8份（硅铝质量比3:1）、C粉2份、稀土氧化物（来自氟碳铈矿）2份、粘土2份、水5份。

所述压入料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料60份（其中低碳棕刚玉60wt%，高铝钒土占Al₂O₃材料质量的30%，其余为白刚玉微粉；低碳棕刚玉中Fe₂O₃质量百分含量为0.4-0.6%，TiO₂质量百分含量为1-3%；高铝矾土体积密度≥3.3g/cm³、Al₂O₃ 含量≥85wt%）、SiC35份、硅铝合金粉8份（硅铝质量比3:1）、C粉2份、稀土氧化物（来自氟碳铈矿）2份、粘土2份、施工水10份，压入料的粒度≤1mm。

（1）在铁沟Sialon浇注体施工时，浇注体中预埋氯化聚乙烯管材，所述氯化聚乙烯管材平行，相邻管材的距离为220mm，每根氯化聚乙烯管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为100mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述每根氯化聚乙烯管材的管径为51mm，长度为15m（与铁沟长度相同）。

（3）停止通氮气，预留部分通道，150mm≤预留通道与铁沟工作面的距离≤300mm，其他部分进行压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气5小时，然后从通道的出口压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气5小时，即得风冷铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.06MPa。

（4）整个氮化工艺和压入工艺完成后，接通风源对风冷铁沟Sialon浇注体实施风冷，届时完成了整个风冷铁沟Sialon浇注体的制作过程。

实施例6

本实施例所用浇注料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料58份（其中低碳棕刚玉为92wt%，白刚玉微粉为3wt%，α-Al₂O₃超微粉为5wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.5-0.8wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC25份、硅铝和金粉9份（硅铝质量比3.5：1）、C粉1.5份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1.5、粘土4份、浇注施工水4.5份。

所用压入料由以下重量份的物质组成Al₂O₃材料58份（其中低碳棕刚玉为92wt%，白刚玉微粉为3wt%，α-Al₂O₃超微粉为5wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.5-0.8wt%，TiO₂为1-3wt%）、SiC25份、硅铝和金粉9份（硅铝质量比3.5：1）C粉1.5份、稀土氧化物（来自磷钇矿）1.5、粘土4份、水10份；压入料的粒度≤3mm。

（1）在风冷铁沟Sialon浇注体施工时，浇注体中预埋聚丁烯管材，聚丁烯管材平行设置，相邻管材的距离为250mm。每根聚丁烯管材的两端设有耐热钢管接头，为了防止钢管融化对浇注体质量造成危害，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为80mm。进出口耐热管材从施工体内引出铁沟后分别与氮源减压阀及流量计相连，以便观测施工体内氮化反应情况；其中，所述每根聚丁烯管材的管径为25mm，长度为10m（与铁沟长度相同）。

（2）在铁沟使用的过程中，预埋的聚丁烯管材完全烧掉，浇注体内形成通道，先用高压气体吹出残留物，再向通道内通入氮气，持续通入氮气12天，在氮气通道的进出口流量相同时封闭通道出口，持续通氮气8.5小时，让氮气向施工体深处远处渗透，所述氮气为炼钢过程中产生的富余氮气，通入氮气的压力为0.018Mpa。

（3）停止通氮气，预留部分通道，200mm≤预留通道与铁沟工作面的距离≤400mm，其他部分进行压实，具体操作为：从通道进口压入压入料压实，继续通入氮气5小时，然后从通道的出口压入压入料压实，然后增大氮气压力继续通氮气5小时，即得内部风冷铁沟Sialon浇注体，其中增大后的氮气压力为0.07MPa。

Claims

1.一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）在铁沟使用中，易烧损管材烧毁形成通道，向通道内通入氮气，在通道的进出口氮气流量相同时封闭通道出口；

（3）持续通氮气8-10小时后停止，向通道压入压入料，即可成为铁沟Sialon浇注体。

2.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中向通道内压入压入料压实。

3.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中向通道压入压入料时，预留部分通道，150mm≤预留通道与铁沟工作面的距离≤400mm，其他部分压入压入料压实。

4.如权利要求1-3任一所述的铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，所述易烧损管材平行设置。

5.如权利要求4所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，每根易烧损管材的两端设有耐热钢管接头，耐热钢管接头进入浇注体内部的长度为50-100mm，进出口端钢管接头引出沟外后分别与氮源减压阀及流量计连接。

6.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，所述浇注料包括以下重量份的物质：Al₂O₃材料50-60份、SiC10-35份、硅铝合金粉5-10份、C粉0-3份、稀土氧化物0-2份、粘土0-5份，其中所述硅铝合金粉中Al与Si的质量比为1∶（3-4）。

7.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，所述压入料包括以下重量份的物质：Al₂O₃材料50-60份、SiC10-35份、硅铝合金粉5-10份、C粉0-3份、稀土氧化物0-2份、粘土0-5份；其中所述硅铝合金粉中Al与Si的质量比为1∶（3-4），所述压入料的粒度≤3mm。

8.如权利要求6或7所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，所述Al₂O₃材料中低碳棕刚玉≥90wt%；低碳棕刚玉中Fe₂O₃为0.4-0.8wt%，TiO₂为1-3wt%。

9.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中通入氮气的压力为0.01-0.02Mpa。

10.如权利要求1所述一种铁沟Sialon浇注体的制备方法，其特征在于，所述氮气为炼钢制氧过程中产生的富余氮气；所述易烧损管材为聚乙烯塑料管材。