CN105237001B - 原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。其技术方案是：以45~65wt%的莫来石、15~35wt%的碳化硅、2~8wt%的铝粉、0~5wt%的铝硅合金粉、0~2wt%的单质硅粉、4~6wt%的α‑氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂；再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。本发明制备的浇注料：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，使用寿命长和节能环保；适用于干熄焦炉斜道立柱部位。
Description
技术领域
本发明属于浇注料技术领域。具体涉及一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。
背景技术
干法熄焦技术是将红焦置于“密封”容器内，由底部通入循环N2进行冷却的过程。与湿法熄焦相比，干法熄焦具有节约能源、减少水资源浪费、改善焦炭质量和保护环境等优点，但由于干熄焦炉内衬耐火材料的损毁导致干熄焦炉使用寿命不长。其中斜道立柱是干熄焦炉中关键和复杂的部位，其以倾斜悬挑的方式承受上部耐火材料及设备的重量，同时处于500~1000℃频繁的温度波动中，并受到高速气流与焦粉的冲刷，极易损毁。目前，干熄焦炉斜道立柱用耐火材料主要为莫来石碳化硅砖，在恶劣的工作条件下容易出现开裂和剥落的现象，该部位的过早损毁不仅增加了生产成本，也降低了干熄焦炉的使用寿命。近年来，不定形耐火材料逐渐在干熄焦炉中应用，但干熄焦炉中温度不超过1000℃，普通浇注料难以烧结，强度不高、耐磨性能和抗热震性能不好。
“一种堇青石-莫来石-红柱石抗热震砖”（CN201210520207.2）专利技术，制备出来的耐火砖具有热膨胀系数低、抗热震性能好的优点，但其强度较低、耐磨损性较差和使用寿命较短。“一种干熄焦炉碳化硅砖及其制备方法”（CN103864440 A)专利技术，从一定程度提高了其强度和耐磨损性能，但生产过程烧结困难，容易氧化，使用寿命依然不够理想。“一种用于干熄焦炉的高导热Sialon-SiC复相陶瓷耐火材料及其生产方法”（CN101891487A）专利技术，生产的高导热高强度耐火材料由于氮化温度太高、氮化工艺较为复杂、生产成本太高，难以大规模推广使用。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法；用该方法制备的浇注料：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，使用寿命长和节能环保；适用于干熄焦炉斜道立柱部位。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以45~65wt%的莫来石、15~35wt%的碳化硅、2~8wt%的铝粉、0~5wt%的铝硅合金粉、0~2wt%的单质硅粉、4~6wt%的α-氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂。再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占原料10~15wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占原料20~25wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料15~25wt%。
所述碳化硅的SiC含量≥97wt%；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm占原料5~8wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料5~15wt%，粒径小于0.088mm占原料5~12wt%。
所述铝粉的Al含量≥98wt%，铝粉的粒径≤38μm。
所述铝硅合金粉中：Al含量为60~88wt%，Si含量为12~40wt%；铝硅合金粉的粒径≤38μm。
所述单质硅粉的Si含量≥97wt%，单质硅粉的粒径≤38μm。
所述的α-氧化铝微粉的Al2O3含量≥95wt%，α-氧化铝微粉的粒径≤8μm。
所述硅微粉的SiO2含量≥92wt%，硅微粉的粒径≤0.6μm。
所述纯铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50~60wt%，SiO2含量<8wt%，Fe2O3含量<2.5wt%；纯铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的一种或两种。
所述的催化剂为金属铁粉、硅铁粉、金属钴粉和金属镍粉中的一种以上。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明采用经过防水化处理的铝粉和铝硅合金粉，在干熄焦炉中的氮气循环气体气氛和催化剂条件下，能够从500℃开始梯度原位生成氮化铝结合相，并在干熄焦炉斜道立柱部位使用的工作温度800~1000℃时完全反应。由于该反应存在气相传质机理，原位生成的氮化铝相多为纤维状，起到增强增韧的效果，能极大地提高材料的热态抗折强度。氮化铝具有中高温强度大、热导率高和热膨胀系数低的特点，能显著提高干熄焦炉浇注料在使用过程中的中高温力学性能、耐磨性能和抗热震性能；在增强的同时也能避免因环境温度急剧变化导致材料体积变化出现的裂纹，具有较高的热震稳定性。受到保护的铝粉和铝硅合金粉在梯度氮化过程中，部分在500℃即熔融成液相，填充于颗粒之间，使得材料更加致密，同时，液相烧结促进了活性氧化铝微粉与硅微粉生成莫来石相。本发明省去了一般氮化物耐火砖在实际生产过程中的复杂氮化工艺与高温氮化过程，实现了干熄焦炉中循环氮气的多重利用，有利于降低成本和节能环保。
因此，本发明制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，使用寿命长和节能环保；适用于干熄焦炉斜道立柱部位。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所采用的原料和添加剂统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占原料10~15wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占原料20~25wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料15~25wt%。
所述碳化硅的SiC含量≥97wt%；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm占原料5~8wt%，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料5~15wt%，粒径小于0.088mm占原料5~12wt%。
所述铝粉的Al含量≥98wt%，铝粉的粒径≤38μm。
所述铝硅合金粉中：Al含量为60~88wt%，Si含量为12~40wt%；铝硅合金粉的粒径≤38μm。
所述单质硅粉的Si含量≥97wt%，单质硅粉的粒径≤38μm。
所述的α-氧化铝微粉的Al2O3含量≥95wt%，α-氧化铝微粉的粒径≤8μm。
所述硅微粉的SiO2含量≥92wt%，硅微粉的粒径≤0.6μm。
所述纯铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50~60wt%，SiO2含量<8wt%，Fe2O3含量<2.5wt%；纯铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的一种或两种。
所述的催化剂为金属铁粉、硅铁粉、金属钴粉和金属镍粉中的一种以上。
实施例1
一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。以60~65wt%的莫来石、15~20wt%的碳化硅、5~8wt%的铝粉、4~6wt%的α-氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂。再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
本实施例所制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料中加入所述原料4~6wt%的水，混合均匀，振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模。100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：体积密度为2.59~2.63g/cm3；显气孔率为12~16%；N2条件下1000℃×5h烧后抗折强度为30~34MPa；N2条件下1000℃×5h烧后耐压强度为125~145MPa；经1000℃水冷5次后残余抗折强度为22~26MPa。
实施例2
一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。以55~60wt%的莫来石、20~25wt%的碳化硅、4~7wt%的铝粉、0.1~2wt%的铝硅合金粉、4~6wt%的α-氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂。再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
本实施例所制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料中加入所述原料4~6wt%的水，混合均匀，振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模。100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：体积密度为2.60~2.64g/cm3；显气孔率为12~15%；N2条件下1000℃×5h烧后抗折强度为32~36MPa；N2条件下1000℃×5h烧后耐压强度为130~150MPa；经1000℃水冷5次后残余抗折强度为24~28MPa。
实施例3
一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。以50~55wt%的莫来石、25~30wt%的碳化硅、4~7wt%的铝粉、1~2wt%的单质硅粉、4~6wt%的α-氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂。再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
本实施例所制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料中加入所述原料4~7wt%的水，混合均匀，振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模。100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：体积密度为2.61~2.65g/cm3；显气孔率为11~15%；N2条件下1000℃×5h烧后抗折强度为31~35MPa；N2条件下1000℃×5h烧后耐压强度为125~140MPa；经1000℃水冷5次后残余抗折强度为23~27MPa。
实施例4
一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料及其制备方法。以45~50wt%的莫来石、30~35wt%的碳化硅、2~5wt%的铝粉、2~5wt%的铝硅合金粉、0.1~1wt%的单质硅粉、4~6wt%的α-氧化铝微粉、2~4wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1~0.3wt%的催化剂、0.2~0.5wt%的防水化剂和0.1~0.3wt%的减水剂为添加剂。再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
本实施例所制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料中加入所述原料4~6wt%的水，混合均匀，振动浇注成型，室温养护24~30小时，脱模。100~120℃条件下烘烤24~30小时，经检测：体积密度为2.62~2.66g/cm3；显气孔率为11~14%；N2条件下1000℃×5h烧后抗折强度为34~38MPa；N2条件下1000℃×5h烧后耐压强度为135~155MPa；经1000℃水冷5次后残余抗折强度为25~29MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式采用经过防水化处理的铝粉和铝硅合金粉，在干熄焦炉中的氮气循环气体气氛和催化剂条件下，能够从500℃开始梯度原位生成氮化铝结合相，并在干熄焦炉斜道立柱部位使用的工作温度800~1000℃时完全反应。由于该反应存在气相传质机理，原位生成的氮化铝相多为纤维状，起到增强增韧的效果，能极大地提高材料的热态抗折强度。氮化铝具有中高温强度大、热导率高和热膨胀系数低的特点，能显著提高干熄焦炉浇注料在使用过程中的中高温力学性能、耐磨性能和抗热震性能；在增强的同时也能避免因环境温度急剧变化导致材料体积变化出现的裂纹，具有较高的热震稳定性。受到保护的铝粉和铝硅合金粉在梯度氮化过程中，部分在500℃即熔融成液相，填充于颗粒之间，使得材料更加致密，同时，液相烧结促进了活性氧化铝微粉与硅微粉生成莫来石相。本具体实施方式省去了一般氮化物耐火砖在实际生产过程中的复杂氮化工艺与高温氮化过程，实现了干熄焦炉中循环氮气的多重利用，有利于降低成本和节能环保。
因此，本具体实施方式制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料：中温和高温力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性能好，使用寿命长和节能环保；适用于干熄焦炉斜道立柱部位。
Claims (12)
1.一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于以45～65wt％的莫来石、15～35wt％的碳化硅、2～8wt％的铝粉、0～5wt％的铝硅合金粉、0～2wt％的单质硅粉、4～6wt％的α-氧化铝微粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以占原料0.1～0.3wt％的催化剂、0.2～0.5wt％的防水化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂；再按上述百分含量，先将铝粉、铝硅合金粉、催化剂和防水化剂预混，得到预混料；然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
2.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述莫来石为烧结莫来石、或为电熔莫来石；所述莫来石的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于等于1mm占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料15～25wt％。
3.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述碳化硅的SiC含量≥97wt％；碳化硅的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于等于0.088mm占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm占原料5～12wt％。
4.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述铝粉的Al含量≥98wt％，铝粉的粒径≤38μm。
5.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述铝硅合金粉中：Al含量为60～88wt％，Si含量为12～40wt％；铝硅合金粉的粒径≤38μm。
6.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述单质硅粉的Si含量≥97wt％，单质硅粉的粒径≤38μm。
7.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述的α-氧化铝微粉的Al2O3含量≥95wt％，α-氧化铝微粉的粒径≤8μm。
8.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述硅微粉的SiO2含量≥92wt％，硅微粉的粒径≤0.6μm。
9.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50～60wt％，SiO2含量<8wt％，Fe2O3含量<2.5wt％；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
10.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠的一种或两种。
11.根据权利要求1所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述的催化剂为金属铁粉、硅铁粉、金属钴粉和金属镍粉中的一种以上。
12.一种原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料，其特征在于所述原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料是根据权利要求1～11项中任一项所述的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料的制备方法所制备的原位生成氮化铝的干熄焦炉用浇注料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |