CN104418593B - 一种耐高温、耐冲刷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金领域，具体为一种耐高温、耐冲刷的材料及其制备方法，该材料可广泛应用于铝电解工业及有色金属行业。该材料基体使用碳化硅，并对该基体进行浸渍渗碳处理和二次焙烧处理。其工艺流程为：碳化硅基体→浸入液体改质沥青→高温高压渗碳→二次焙烧。本发明作为电解槽的流态阻挡材料可保持形状稳定，不污染铝液及电解质，较大地提升了铝液品相，降低了铝电解的成本。本发明作为耐高温、耐冲刷的材料，应用于冶金行业，可有效提高各类窑炉的寿命，减少对冶炼金属的污染，提升了企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体为一种用于冶金行业的耐高温、耐冲刷材料及其制备方法。该材料广泛应用于节能降耗型铝电解槽，可以降低槽电耗，提升企业的经济效益，是铝电解技术的一部分。同时，应用于钢铁、有色冶金的窑炉砌筑和钢水包及铝液抬包的砌筑等。
背景技术
铝电解过程是一个耗能高、污染大的过程，提高铝电解的效率，应用新型铝电解技术进行节能降耗便成为提高铝厂竞争力，快速提升经济效益的较佳选择。
目前，为能达到节能降耗的目的，可通过挡块方式抑制槽内铝液的流动，进而降低槽极距，减小槽电压，节省耗电成本。
随着挡块式铝电解槽技术的广泛应用，对工艺要求的挡块材料有着严格的要求，旧工艺挡块在金属熔液中的熔解，形状不稳定等现象直接影响了铝电解槽内铝液的流动方式，降低了节能效率，污染了铝液及电解质，影响了铝锭的品质，减少了挡块的寿命，增加了企业的生产成本，降低了铝电解槽的生产效率。
在有色冶金的窑炉砌筑和钢水包及铝液抬包的砌筑中，对内衬材料有着较高的要求，如：耐高温、耐金属熔液冲刷等，目前的老式材料存在着在高温金属溶液的冲刷下溶解的问题，污染生产产品，降低了产品品质。由于冶炼窑炉、抬包等设备需要频繁的维修、砌筑，因此占用企业生产成本及大量的人力物力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温、耐冲刷材料及其制备方法，解决现有冶金技术中所使用耐高温、耐冲刷材料及其加工工艺上的不足，因此造成的材料的熔解、形状不稳定等问题。
为达到上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温、耐冲刷材料，该材料基体使用碳化硅，并对该基体进行浸渍渗碳处理和二次焙烧处理。
所述的耐高温、耐冲刷材料，浸渍渗碳处理前，该材料基体的技术参数如下：体积密度大于等于2.76g/cm3，显气孔率小于等于14%，常温耐压强度大于等于150MPa，抗折强度大于等于42MPa。
所述的耐高温、耐冲刷材料，浸渍渗碳处理前，该材料基体的优选技术参数如下：体积密度范围为2.76-2.8g/cm3，显气孔率范围为9.0-14.0%，常温耐压强度范围为150-200MPa，抗折强度范围为55-100MPa。
所述的耐高温、耐冲刷材料，浸渍渗碳处理后，渗碳层体积密度大于等于2.85g/cm3、显气孔率小于等于1.7%。
所述的耐高温、耐冲刷材料，浸渍渗碳处理后，优选的，渗碳层体积密度范围为2.85-3.0g/cm3、显气孔率范围为1.0-1.5%。
所述的耐高温、耐冲刷材料的制备方法，其工艺流程为：碳化硅基体→浸入液体改质沥青→高温高压渗碳→二次焙烧；其中，
渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青，温度180-200℃，对基体材料预热到250-280℃，放入浸渍罐，控制压力1.5-2.0MPa，时间5-7小时，真空度1300-2700Pa，浸渍过程使改质沥青完全浸入碳化硅材料，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为700-900℃，时间为80-100小时，成品处理。
所述的耐高温、耐冲刷材料的制备方法，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的40-60%。
本发明中，改质沥青（modified pitch）是煤焦油或普通煤沥青经深度加工所得的沥青，符合YB/T5194-93改质沥青标准。其技术指标如下：常温下为黑色脆性块状物，有光泽；有臭味，有毒，沸点：小于470℃，闪点：204.4℃，相对密度（水=1）：1.15-1.25。软化点（环球法），80-85℃；甲苯不溶物含量，12-14wt%；喹啉不溶物含量，<0.3%；β-树脂含量，≥18%wt；结焦值，≥50%；灰分，≤0.1wt%；水分，≤5wt%。
本发明中，采用改质沥青进行浸渍渗碳处理的设计思想是：
碳化硅基体本身在高温金属液体高冲刷条件下耐磨条件差，材料本身有气孔，通过高压高温使改质沥青渗入到碳化硅中，减少材料的显气孔率，再经过二次焙烧，增加材料的密度及抗冲刷能力。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明耐高温、耐冲刷材料，可广泛应用于耐高温、耐冲刷的铝电解工业、有色金属及其他冶金行业。
2、本发明耐高温、耐冲刷材料在电解铝生产工艺中降低电解生产的电耗，提升企业的经济效益，是目前铝电解技术发展的关键。
3、本发明耐高温、耐冲刷材料可以应用于电解铝生产工艺，起到稳定电解生产的铝液界面波动，减低电解生产能耗。
4、本发明耐高温、耐冲刷材料满足钢铁冶炼中炼钢（铁）窑炉、钢水包，铝冶炼的铝液抬包、混合炉等对耐高温、耐冲刷的材料的需求。
5、本发明耐高温、耐冲刷材料的基体采用特殊的碳化硅材料，该材料的技术参数需符合本发明所述要求，并进行了特殊渗碳处理及二次焙烧。本发明所述要求的材料，作为电解槽的流态阻挡材料可保持形状稳定，不污染铝液及电解质，较大地提升了铝液品相，降低了铝电解的成本；作为耐高温、耐冲刷的材料，应用于冶金行业，可有效提高各类窑炉的寿命，减少对冶炼金属的污染，提升了企业的经济效益。
6、本发明材料针对使用挡块方式进行节能的铝电解槽，采用独特的材质及制造工艺，很好地解决了该电解槽采用阻流技术使用的阻挡块产品中所存在的问题。
7、本发明材料制作的阻流块在铝电解槽内熔融电解质及铝液中形状稳定，不易溶解。
8、本发明材料制作的阻流块在该熔融电解质及铝液中不污染铝液及电解质。
9、本发明材料应用于冶金炉窑及抬包等设备，可大大增加设备寿命，可以大幅减少窑炉及抬包等设备的维修周期，提高产品品质，节约生产成本。
附图说明
图1为耐高温、耐冲刷材料渗碳工艺简图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，耐高温、耐冲刷材料渗碳工艺包括：碳化硅基体→改质沥青浸渍→高温高压渗碳→二次焙烧→成品处理。
本实施例中，耐高温、耐冲刷材料基体为碳化硅的技术参数如下：体积密度大于等于2.76g/cm3，典型值为2.8g/cm3；显气孔率小于等于14%，典型值为13%；常温耐压强度大于等于150MPa，典型值为180MPa；常温抗折强度大于等于42MPa，典型值为55MPa。
将上述未渗碳的碳化硅基体预热后，在浸渍罐中真空加入改质沥青，在高温高压的条件下进行渗碳后，得到渗碳后渗碳层的体积密度大于等于2.85g/cm3（典型值为2.89g/cm3）、显气孔率小于等于1.7%（典型值为1.5%）的材料。
其中，渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青，温度180-200℃，对基体材料预热到250-280℃，放入浸渍罐，控制压力1.5-2.0MPa，时间5-7小时，真空度1300-2700Pa，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为700-900℃，时间为80-100小时，成品处理，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的40-60%。
本实施例中，渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青，温度190℃，对基体材料预热到260℃，放入浸渍罐，控制压力1.8MPa，时间6小时，真空度1800Pa，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为800℃，时间为90小时，成品处理，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的50%。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
本实施例中，耐高温、耐冲刷材料基体为碳化硅的技术参数如下：体积密度为2.78g/cm3；显气孔率为10%；常温耐压强度为190MPa；常温抗折强度为70MPa。
将上述未渗碳的碳化硅基体预热后，在浸渍罐中真空加入改质沥青，在高温高压的条件下进行渗碳后，得到渗碳后渗碳层的体积密度为2.95g/cm3、显气孔率为1.2%的材料。
本实施例中，渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青，温度180℃，对基体材料预热到270℃，放入浸渍罐，控制压力1.6MPa，时间5.5小时，真空度1400Pa，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为750℃，时间为85小时，成品处理，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的45%。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
本实施例中，耐高温、耐冲刷材料基体为碳化硅的技术参数如下：体积密度为2.76g/cm3；显气孔率为9%；常温耐压强度为170MPa；常温抗折强度为85MPa。
将上述未渗碳的碳化硅基体预热后，在浸渍罐中真空加入改质沥青，在高温高压的条件下进行渗碳后，得到渗碳后渗碳层的体积密度为2.98g/cm3、显气孔率为1.3%的材料。
本实施例中，渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青，温度200℃，对基体材料预热到275℃，放入浸渍罐，控制压力1.9MPa，时间6.5小时，真空度2300Pa，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为850℃，时间为95小时，成品处理，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的55%。
应用例
采用本实施例耐高温、耐冲刷材料制成的阻挡块在放入电解槽熔液中，电解槽内电解质、熔融状态下的铝及氧化铝熔液，温度约为950℃，液体流动速度为0.2m/s，可正常使用1800天以上。
实施例结果表明，本发明材料可广泛应用于使用挡块方式进行节能的铝电解槽以及钢铁、有色冶金的窑炉砌筑和钢水包及铝液抬包的砌筑等。本发明所述材料的基体采用特殊的碳化硅材料，该材料的技术参数需符合本发明所述要求，并进行了特殊渗碳处理。经渗碳处理，符合本发明所述要求的耐高温、才冲刷材料，本发明材料在高温金属液体冲刷时，可保持形状稳定，不熔化，在保证生产及节能的情况下不污染铝液及电解质，较大地提升了铝液品相，本发明耐高温、耐冲刷材料在钢铁、有色冶金的窑炉砌筑和钢水包及铝液抬包的砌筑上的应用，可以大大的降低生产的成本，提升了企业的经济效益。
Claims (2)
1.一种耐高温、耐冲刷材料的制备方法，其特征在于：该材料基体使用碳化硅，并对该基体进行浸渍渗碳处理和二次焙烧处理；
浸渍渗碳处理前，该材料基体的技术参数如下：体积密度范围为2.76-2.8g/cm3，显气孔率范围为9.0-14.0%，常温耐压强度范围为150-200MPa，抗折强度范围为55-100MPa；浸渍渗碳处理后，渗碳层体积密度范围为2.85-3.0g/cm3、显气孔率范围为1.0-1.5%；
其工艺流程为：碳化硅基体→浸入液体改质沥青→高温高压渗碳→二次焙烧；其中，
渗碳过程具体工艺参数如下：液体改质沥青温度180-200℃，对基体材料预热到250-280℃，放入浸渍罐，控制压力1.5-2.0MPa，时间5-7小时，真空度1300-2700Pa，浸渍过程使改质沥青完全浸入碳化硅材料，浸渍完成后进行二次焙烧，二次焙烧的温度为700-900℃，时间为80-100小时，成品处理；
改质沥青是煤焦油或普通煤沥青经深度加工所得的沥青，符合YB/T5194-93改质沥青标准。
2.按照权利要求1所述的耐高温、耐冲刷材料的制备方法，其特征在于，浸渍渗碳层的厚度为材料基体的40-60%。
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