CN104478415A

CN104478415A - 一种氧化铝基复相耐磨板及其制备方法

Info

Publication number: CN104478415A
Application number: CN201410807209.9A
Authority: CN
Inventors: 张新年; 高建立; 孙煜; 钱玉东; 张新成
Original assignee: SHANDONG WANQIAO GROUP CO Ltd
Current assignee: SHANDONG WANQIAO GROUP CO Ltd
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN104478415B

Abstract

一种氧化铝基复相耐磨板及其制备方法，属于炼焦扶着设备技术领域。复相耐磨板的特征在于重量份组成为：Al₂O₃微粉75~85份，硅酸锆微粉10~15份，熟滑石2~6份，苏州土2~4份，熔融石英2~6份，CeO₂0~3份，Y₂O₃0~3份。制备方法的特征在于：将上述原料中加入原料总质量的30%水及3%的有机分散剂球磨混磨后置的料浆；再直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；最后采用弱还原气氛、低烧成温度长保温时间的烧成制度烧制耐磨板；本发明在保持了氧化铝陶瓷优良的耐磨性能和耐高温性能的同时，极大地提高了材料的抗热震性能，很好地满足了导焦车工况环境对材料的热震性能的要求。

Description

一种氧化铝基复相耐磨板及其制备方法

技术领域

一种氧化铝基复相耐磨板及其制备方法，属于炼焦扶着设备技术领域。

背景技术

在一个炼焦周期完成后，焦炉碳化室中的红焦均由导焦车转运到后续的熄焦装置。焦炭在进入导焦车时的温度达到1100℃，因此要求导焦车底板具有极好的耐高温性能和极高的抗热震性能；同时厚达4~7米的焦炭在导焦车中被推导输送过程中，会对导焦车底板产生极大的切割磨削作用，因此要求导焦车底板要具有极好的耐磨性能。焦炉导焦车是将碳化室中的成品红焦转运到后续的熄焦工序的专用设备，焦炭在进入导焦车时的温度达到1100℃，因此要求导焦车底板具有极好的耐高温性能和极高的抗热震性能。

目前焦化行业使用的导焦车底板均采用耐磨铸铁制造。现有导焦车底板采用耐磨铸铁制造，存在两个主要缺点，一是铁质材料高温氧化严重，二是耐磨性能较差，这两个原因造成其在使用过程中迅速损毁，使用寿命仅为三个月左右。受工况环境及材料自身限制，其使用寿命仅为三月左右。

氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨及高耐热性等优良的机械性能，但其抗热震性能较差，临界温差只有200℃，无法满足高热震工况条件，限制了其在具有高热震领域的应用。导焦车的工作状况是从常温到1100℃频繁周期性热震，在此工况环境中普通氧化铝耐磨陶瓷无法使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高抗热震、适用于导焦车底板的氧化铝基复相耐磨板。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该氧化铝基复相耐磨板，其特征在于，重量份组成为Al₂O₃微粉75~85份，硅酸锆微粉10~15份，熟滑石2~6份，苏州土2~4份，熔融石英2~6份，CeO₂0~3份，Y₂O₃0~3份。

所述的重量份组成为：Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉12~14份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英4份，CeO₂1~2份，Y₂O₃1~2份。

所述的CeO₂和Y₂O₃的质量比为1:1。

所述氧化铝基复相耐磨板的制备工艺为：

1）将复相耐磨板的各原料按上述重量份组成配料后加入上述原料总质量30%的水及上述原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占45%~60%，2μm＜料浆粒度≤5μm占30%~45%，200目筛余（孔径74μm）≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

2）采用注浆成型或机压成型方式成型，坯体进烘干室恒温干燥至残余水分≤0.3%；

3）采用弱还原气氛、低烧成温度长保温时间的烧成制度烧制耐磨板。

烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。

步骤3中所述的烧成制度为：步骤3中所述的烧成制度为：由室温至1200℃连续升温24 h，温度变化速率为50℃/h，由1200℃至1480℃连续升温14 h，温度变化速率为20℃/h，之后由1480℃保温10 h后自然降温。

采用弱还原气氛、低烧成温度长保温时间的烧成制度，保证各组分原料在烧成过程中充分完成分解及再合成反应，生成预期的复合物相结构，同时避免结晶相的过分生长，以得到性能优良的复相微晶结构。

氧化铝基复相耐磨板最突出的特性是在保留了微晶氧化铝陶瓷高强度、高耐磨性的同时，具有优良的高抗热震性能，除可用于导焦车耐磨底板外，还可广泛用于其它高温高热震高磨损装备上。

在Al₂O₃微粉中合理地添加一定数量的硅酸锆、熟滑石、碳化硅、熔融石英，引入ZrO₂、MgO、SiO₂、SiC；同时添加少量稀土氧化物CeO₂、Y₂O₃，改善材料内部结构及性能；通过设计合理的烧成制度使部分添加物分解后再与基质中的Al₂O₃重新结合，生成新的物相，从而形成在微晶刚玉基质中莫来石、镁铝尖晶石、锆石及残余碳化硅、锆英石多相共存的内部结构。稀土氧化物CeO₂、Y₂O₃的作用一是与硅酸锆微粉高温分解出的ZrO₂形成立方晶系固溶体以避免ZrO₂体积变化所带来的对材料的性能影响，二是有效地阻止刚玉晶体的过分发育，以保证基质的微晶结构。材料的抗热震性能取决于其热学及力学性能，受材料的热导率、热膨胀系数、抗弯强度、断裂韧性等因素影响。提高材料的强度、降低热膨胀系数、提高热导率是通过材料的抗热震性的有效途径。在氧化铝基复相耐磨板的技术方案中，根据材料的复相及相变补强理论，材料内部形成的莫来石、镁铝尖晶石及稳定型立方晶系ZrO₂使材料具有较高的断裂功和初始强度，抑制了热震裂纹的成核；同时产生的相变微裂纹对材料起到增韧作用，特别是微裂纹能够起到吸收大量能量消解热应力的作用，从而提高材料的抗热震损伤能力。材料中的碳化硅具有较高的热导率，可以迅速缓解因热震温差产生的热应力。

与现有技术相比，本发明的高抗热震氧化铝基复相耐磨板所具有的有益效果是：本发明的高抗热震氧化铝基复相结构陶瓷材料在保持了氧化铝陶瓷优良的耐磨性能和耐高温性能的同时，极大地提高了材料的抗热震性能，很好地满足了导焦车工况环境对材料的热震性能的要求。采用该种材料制成耐磨板，然后按照导焦车底板的结构组装成导焦车底板，其耐磨性能得到了极大的提高并彻底消除了原用底板表面高温氧化现象，使用寿命可达到一年以上。与目前所用的耐磨铸铁底板相比，延长使用寿命在四倍以上。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。

实施例1

1）将原料按Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉12份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英4份，CeO₂2份，Y₂O₃2份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占50%，2μm＜料浆粒度≤5μm占38%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

3）采用弱还原气氛烧制，由室温至1200℃连续升温24 h，温度变化速率为50℃/h，由1200℃至1480℃连续升温14 h，温度变化速率为20℃/h，之后由1480℃保温10 h后自然降温。低烧成温度长保温时间的烧成制度烧制耐磨板；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1450℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为12000转，最高为14000转；导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

实施例2

1）将原料按Al₂O₃微粉78份，硅酸锆微粉11份，熟滑石5份，苏州土3份，熔融石英3份，CeO₂2份，Y₂O₃2份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占55%，2μm＜料浆粒度≤5μm占35%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1445℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为12000转，最高为14000转；该导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

实施例3

1）将原料按Al₂O₃微粉82份，硅酸锆微粉13份，熟滑石3份，苏州土4份，熔融石英5份，Y₂O₃1份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占48%，2μm＜料浆粒度≤5μm占38%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1446℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为12000转，最高为13500转；该导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

实施例4

1）将原料按Al₂O₃微粉77份，硅酸锆微粉11份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英5份，CeO₂2份，Y₂O₃ 3份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占52%，2μm＜料浆粒度≤5μm占42%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1448℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为11500转，最高为14000转；该导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

实施例5

1）将原料按Al₂O₃微粉75份，硅酸锆微粉15份，熟滑石2份，苏州土4份，熔融石英2份，CeO₂3份，Y₂O₃2份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占60%，2μm＜料浆粒度≤5μm占30%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1440℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为11500转，最高为13500转；该导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

实施例6

1）将原料按Al₂O₃微粉85份，硅酸锆微粉10份，熟滑石6份，苏州土2份，熔融石英6份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占45%，2μm＜料浆粒度≤5μm占45%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到1380℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为11000转，最高为12500转；该导焦车不间断使用一年，底板无损坏。

对比例1

1）将原料按Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉25份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占50%，2μm＜料浆粒度≤5μm占38%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到202℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为4000转，最高为6000转；该导焦车不间断使用6个月后损坏。

对比例2

1）将原料按Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉12份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英4份，CeO₂·Y₂O₃2份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占30%，2μm＜料浆粒度≤5μm占20%，200目筛余占5%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到900℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为8000转，最高为10000转；该导焦车不间断使用8个月后损坏。

对比例3

1）将原料按Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉12份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英4份，CeO₂·Y₂O₃2份的重量份组成配料后加入上述原料总质量的30%水及原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占50%，2μm＜料浆粒度≤5μm占38%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

3）采用弱还原气氛烧制，由室温至1200℃连续升温12h，温度变化速率为100℃/h，由1200℃至1480℃连续升温28h，温度变化速率为40℃/h，之后由1480℃保温2 h后自然降温。低烧成温度长保温时间的烧成制度烧制耐磨板；

4）烧成后的耐磨板经拣选，用氧化铝基复相耐磨板制成的导焦车耐磨底板。该耐磨板临界温差达到600℃，按照国家标准测定，耐磨转数最低为3500转，最高为4500转；该导焦车不间断使用5个月后损坏。

各实施例与对比例1相较可以看出耐磨板的原料配方在不添加适量熟滑石、苏州土、熔融石英、CeO₂·Y₂O₃配料时，其临界温差和耐磨性能均受到损害，抗震耐磨性能无法满足导焦车的长期使用。各实施例与对比例2相较可以看出选用原料的粒度配比会影响耐磨板内的晶相成型，导致耐磨板的抗震耐磨性能无法达到最佳效果。各实施例与对比例3相较可以看出即使在原料合适的情况下，若不采用弱还原气氛、低烧成温度长保温时间的烧成制度，耐磨板内的晶相仍无法有效成形，无法得到适用于导焦车底板的具有高抗震耐磨性能氧化铝基复相耐磨板。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种氧化铝基复相耐磨板，其特征在于，重量份组成为Al₂O₃微粉75~85份，硅酸锆微粉10~15份，熟滑石2~6份，苏州土2~4份，熔融石英2~6份，CeO₂0~3份，Y₂O₃0~3份。

2.根据权利要求1所述的一种氧化铝基复相耐磨板，其特征在于：所述的重量份组成为Al₂O₃微粉80份，硅酸锆微粉12~14份，熟滑石4份，苏州土3份，熔融石英4份，CeO₂1~2份，Y₂O₃1~2份。

3.根据权利要求1或2所述的一种氧化铝基复相耐磨板，其特征在于：所述的CeO₂和Y₂O₃的质量比为1:1。

4.一种权利要求1~3中任一项所述氧化铝基复相耐磨板的制备方法，其特征在于，具体制备工艺为：

1）将复相耐磨板的各原料按上述重量份组成配料后加入上述原料总质量30%的水及上述原料总质量3%的有机分散剂，球磨混磨后制得料浆；料浆中各物料粒度要求：小于等于2μm的占45%~60%，2μm＜料浆粒度≤5μm占30%~45%，200目筛余≤0.1%；所得料浆直接用于注浆成型或喷雾造粒后机压成型；

3）采用弱还原气氛、低烧成温度、长保温时间的烧成制度烧制耐磨板。

5.根据权利要求4所述氧化铝基复相耐磨板的制备方法，其特征在于：步骤3中所述的烧成制度为：由室温至1200℃连续升温24 h，温度变化速率为50℃/h，由1200℃至1480℃连续升温14 h，温度变化速率为20℃/h，之后由1480℃保温10 h后自然降温。