CN108950412A - 一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法，涉及耐热材料技术领域。本发明用于电炉配件的耐热材料包括C、Mn、Cu、Cd、Cr、Be、Al、Mg、Nb、Zr、W等元素，还包括Ti、Si、Zn、Ni、稀土元素。本发明用于电炉配件的耐热材料强度高、热膨胀系数小，热疲劳强度高，具备有耐热、耐高温的特点，能够在1500‑1600度的高温条件下长期使用，并且在1500‑1600度的高温条件不氧化、不起皮、不变形，而且抗拉强度高，该材料制品在高温环境下的使用寿命长。

Description

一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐热材料技术领域，涉及一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法。
背景技术
电炉是目前发展迅速、用途广泛的一种熔化设备，广泛用于钢、铁及有色合金的铸造生产。如何提高感应电炉炉衬的使用寿命是目前铸造行业共同关心的课题。工业及科研用高温电炉一般是指工作温度为1000-2000℃的间歇式电炉，是广泛用于陶瓷、玻璃、粉末冶金、化工、机械、能源等众多领域的重要实验和生产设备。高温电炉是以电流通过导体所产生的热量为热源来加热工件，主要由炉体、发热体、测控温系统几大部分组成，其炉体一般则是由炉膛、隔热层和金属外壳构成。
炼钢生产中常用的炼钢设备是炼钢电弧炉，电炉配件作为炼钢电弧炉的重要组成部分，在炼钢中受到强大高温电弧的热辐射、频繁的热震和高温熔渣喷溅物的侵蚀，是炼钢电弧炉的薄弱环节。早期炼钢条件下，炼钢强度小、冶炼温度低，因此常用硅砖砌筑作为电炉配件，硅砖质轻、强度高、抗热震性好、蠕变效率低，得到了广泛应用；随着电炉炼钢技术的进步，炼钢强度增大、冶炼温度升高，硅砖逐渐被莫来石、高铝尖晶石等高铝质的耐火砖或耐火浇注料取代；近两年随着炼钢中铁水兑入量的增大，吹氧强度增加、电炉配件散热效果差，导致铝质的耐火砖或耐火浇注料制成的电炉配件的使用寿命大幅降低。
因此，研制一种用于电炉配件的耐热材料尤为重要。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于电炉配件的耐热材料，所述用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：0.8-2.3％、Mn：0.25-0.67％、Cu：2-4.5％、Cd：0.08-0.13％、Cr：0.05-0.17％、Be：0.05-0.17％、Al：0.21-0.36％、Mg：0.26-0.38％、Nb：0.002-0.006％、Zr：0.002-0.005％、W：0.12-0.18％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步的，所述用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：1.2-2.0％、Mn：0.31-0.59％、Cu：2.9-3.8％、Cd：0.09-0.12％、Cr：0.1-0.15％、Be：0.11-0.15％、Al：0.27-0.30％、Mg：0.29-0.34％、Nb：0.003-0.004％、Zr：0.003-0.004％、W：0.14-0.16％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步的，所述C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为5-10微米。
进一步的，所述用于电炉配件的耐热材料还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.15-0.21％、Si：0.10-0.16％、Zn：0.13-0.18％、Ni：0.25-0.37％。
进一步的，所述Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为50-100微米。
进一步的，所述用于电炉配件的耐热材料还包括稀土元素，所述稀土元素的添加量为0.003-0.01％。
进一步的，所述稀土元素为La、Ce、Pr、Nd、Er、Y中的一种。
一种用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗15-20min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗15-20min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨20-40min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
进一步的，步骤S5所述精炼的温度为1670-1720℃，精炼30-45min。
进一步的，步骤S5所述浇铸的温度为1560-1650℃,时间为40-60min；所述热处理的温度为900-980℃，时间为50-65min。
本发明提供一种用于电炉配件的耐热材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明用于电炉配件的耐热材料强度高、热膨胀系数小，热疲劳强度高，具备有耐热、耐高温的特点，能够在1500-1600度的高温条件下长期使用，并且在1500-1600度的高温条件不氧化、不起皮、不变形，而且抗拉强度高，该材料制品在高温环境下的使用寿命长；
本发明用于电炉配件的耐热材料包括C、Mn、Cu、Cd、Cr、Be、Al、Mg、Nb、Zr、W等元素，还包括Ti、Si、Zn、Ni、稀土元素，Cu配合稀土素，以补偿形成稀土化合物而造成的基体溶质元素的贫乏，改材料的高温性能；Mn具有提高再结晶温度、细化再结晶晶粒的作用，使材料基体和晶界同时得到强化，从而具有优良的高温和常温综合机械性能；Cd、Ti、Zr、Cr、Be等属于微合金元素，具有细化晶粒的作用，从而提高材料耐高温性能和延伸率，使得材料加工性能良好；添加Ti、Si、Zn、Ni、稀土元素等，提高了材料高亢蠕变强度，延长了耐热材料的高强度的持久性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例中，用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：0.8％、Mn：0.25％、Cu：2％、Cd：0.08％、Cr：0.05％、Be：0.05％、Al：0.21％、Mg：0.26％、Nb：0.002％、Zr：0.002％、W：0.12％，余量为铁和不可避免的杂质；
还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.15％、Si：0.10％、Zn：0.13％、Ni：0.25％；
还包括稀土元素0.003％；
其中，C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为5微米；Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为50微米；稀土元素为La；
本实施例用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗15min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗15min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨20min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体，其中，浇铸的温度为1560℃,时间为40min，热处理的温度为900℃，时间为50min；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
实施例2：
本实施例中，用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：2.3％、Mn：0.67％、Cu：4.5％、Cd：0.13％、Cr：0.17％、Be：0.17％、Al：0.36％、Mg：0.38％、Nb：0.006％、Zr：0.005％、W：0.18％，余量为铁和不可避免的杂质；
还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.21％、Si：0.16％、Zn：0.18％、Ni：0.37％；
还包括稀土元素0.01％；
其中，C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为10微米；Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为100微米；稀土元素为Ce；
本实施例用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗20min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗20min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨40min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体，其中，浇铸的温度为1650℃,时间为60min，热处理的温度为980℃，时间为65min；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
实施例3：
本实施例中，用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：1.6％、Mn：0.46％、Cu：33％、Cd：0.10％、Cr：0.11％、Be：0.11％、Al：0.29％、Mg：0.32％、Nb：0.004％、Zr：0.0035％、W：0.15％，余量为铁和不可避免的杂质；
还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.18％、Si：0.13％、Zn：0.16％、Ni：0.31％；
还包括稀土元素0.0065％；
其中，C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为8微米；Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为75微米；稀土元素为Pr；
本实施例用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗18min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗18min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨30min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体，其中，浇铸的温度为1600℃,时间为50min，热处理的温度为950℃，时间为58min；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
实施例4：
本实施例中，用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：1.2％、Mn：0.31％、Cu：2.9％、Cd：0.09％、Cr：0.1％、Be：0.11％、Al：0.27％、Mg：0.29％、Nb：0.003％、Zr：0.003％、W：0.14-0.16，余量为铁和不可避免的杂质；
还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.17％、Si：0.11％、Zn：0.15％、Ni：0.29％；
还包括稀土元素0.005％；
其中，C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为6-9微米；Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为70-90微米；稀土元素为Nd；
本实施例用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗16min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗16min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨38min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体，其中，浇铸的温度为1580℃,时间为55min，热处理的温度为920℃，时间为55min；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
实施例5：
本实施例中，用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：2.0％、Mn：0.59％、Cu：3.8％、Cd：0.12％、Cr：0.15％、Be：0.15％、Al：0.30％、Mg：0.34％、Nb：0.004％、Zr：0.004％、W：0.16，余量为铁和不可避免的杂质；
还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.20％、Si：0.15％、Zn：0.17％、Ni：0.35％；
还包括稀土元素0.008％；
其中，C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为7-8微米；Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为70-80微米；稀土元素为Er；
本实施例用于电炉配件的耐热材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗19min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗19min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨25min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体，其中，浇铸的温度为1630℃,时间为45min，热处理的温度为970℃，时间为60min；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于电炉配件的耐热材料，其特征在于，所述用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：0.8-2.3％、Mn：0.25-0.67％、Cu：2-4.5％、Cd：0.08-0.13％、Cr：0.05-0.17％、Be：0.05-0.17％、Al：0.21-0.36％、Mg：0.26-0.38％、Nb：0.002-0.006％、Zr：0.002-0.005％、W：0.12-0.18％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于，所述用于电炉配件的耐热材料包括由以下重量百分比的原料：C：1.2-2.0％、Mn：0.31-0.59％、Cu：2.9-3.8％、Cd：0.09-0.12％、Cr：0.1-0.15％、Be：0.11-0.15％、Al：0.27-0.30％、Mg：0.29-0.34％、Nb：0.003-0.004％、Zr：0.003-0.004％、W：0.14-0.16％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于，所述C为石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的粒径为5-10微米。
4.根据权利要求1或2所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于，所述用于电炉配件的耐热材料还包括由以下重量百分比的原料：Ti：0.15-0.21％、Si：0.10-0.16％、Zn：0.13-0.18％、Ni：0.25-0.37％。
5.根据权利要求4所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于：所述Si为晶体硅研磨制成，且研磨后的硅粉末粒径为50-100微米。
6.根据权利要求1或2所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于：所述用于电炉配件的耐热材料还包括稀土元素，所述稀土元素的添加量为0.003-0.01％。
7.根据权利要求6所述的用于电炉配件的耐热材料，其特征在于：所述稀土元素为La、Ce、Pr、Nd、Er、Y中的一种。
8.一种如权利要求1-7任一所述用于电炉配件的耐热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量百分比称取各个原料；
S2、将各个原料置于容器中，然后加入丙酮溶液，超声清洗15-20min，去除表面附着的油污及杂质，得到除杂后的各原料；
S3、再将除杂后的各原料置于容器中，加入无水乙醇超声清洗15-20min，然后置于烘干箱中进行烘干，得到超声处理后的各原料；
S4、将步骤S3超声处理后的各原料放入球磨机中，在通入惰性气体状态下球磨20-40min，得到复合粉；
S5、将步骤S4得到的复合粉投入真空感应炉中，加热至完全熔融，熔化过程中采用精炼剂精炼、浇铸、铸后热处理，再冷却后制成坯体；
S6、将坯体进行热轧制、退火以及冷却，即可。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤S5所述精炼的温度为1670-1720℃，精炼30-45min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤S5所述浇铸的温度为1560-1650℃,时间为40-60min；所述热处理的温度为900-980℃，时间为50-65min。
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