CN117263662B - 一种低内应力干熄焦柱部砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及干熄焦柱部砖的技术领域，更具体地说，它涉及一种低内应力干熄焦柱部砖及其制备方法。一种低内应力干熄焦柱部砖，包括以下重量份的原料：35‑40份碳化硅、25‑30份矾土、5‑10份莫来石、15‑20份氧化铝、10‑15份低膨胀骨料、1‑3份硅粉、3‑5份苏州土及3‑4份糊精。本申请的低内应力干熄焦柱部砖兼具优良的热震稳定性及高温强度。

Description

一种低内应力干熄焦柱部砖及其制备方法
技术领域
本申请涉及干熄焦柱部砖的技术领域，更具体地说，它涉及一种低内应力干熄焦柱部砖及其制备方法。
背景技术
随着高炉炼铁和炼钢技术的不断发展，干熄焦项目量也在持续扩大，但是根据近年来干熄焦检维修情况可以看出，干熄焦项目存在的问题主要是干熄室柱部容易出现断裂和剥损。
从柱部砖损坏规律来看，柱部砖在使用过程中从端部砖的中间砖缝开始膨胀，并随着焦粉、循环风量的冲蚀和柱部支腿上下部位温度波动的影响，裂纹发生持续延伸和扩展，直至柱部砖从某一层开始剥落缺损，进而影响整个柱部受力的分布，加快柱部砖的破损，即柱部砖的破损与其热震稳定性能存在密切关联。
莫来石红柱石具有优良的热震稳定性能，因此其逐渐被干熄焦项目所应用。但是莫来石红柱石低膨胀耐火材料的高温强度不高，存在前部砖容易出现缺损或损毁的现象。因此，目前亟需一种兼具优良热震稳定性及高温强度的耐火材料以应用至干熄焦柱部砖中。
发明内容
为了改善干熄焦柱部砖的热震稳定性及高温强度，本申请提供一种低内应力干熄焦柱部砖及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低内应力干熄焦柱部砖，采用如下的技术方案：
一种低内应力干熄焦柱部砖，包括以下重量份的原料：35-40份碳化硅、25-30份矾土、5-10份莫来石、15-20份氧化铝、10-15份低膨胀骨料、1-3份硅粉、3-5份苏州土及3-4份糊精。
碳化硅具有较低的热膨胀系数和优异的热震稳定性，其能够在急剧温度变化下保持稳定，不易发生热裂纹和破坏。同时，碳化硅还具有较高的硬度和刚性，能够承载较大的压力和重载，但是在高温下，莫来石碳化硅砖仍存在脆性断裂及柱腿压裂的问题。
矾土、氧化铝、低膨胀骨料及硅粉均能够在急剧温度变化下保持较好的稳定性，不易发生热裂纹和破坏，同时还具有较低的热膨胀系数和优异的热震稳定性。另外，矾土及氧化铝还具有优良的抗压强度，能承受较大的压力和载荷，在高温下强度不会明显下降，仍能承受一定压力。
因此，在矾土、氧化铝、低膨胀骨料及硅粉与碳化硅莫来石配合后，制备得到的干熄焦柱部砖在具有极为优良的热震稳定性的同时，还具有优良的高温强度，有效改善莫来石碳化硅砖容易脆性断裂及柱腿压裂的问题。
优选的，所述低内应力干熄焦柱部砖中，碳化硅粒径为0.5-1mm、矾土粒径为1-3mm和3-5mm，莫来石粒径为1-3mm，0-0.5mm和200目；氧化铝粒径为5um，硅粉粒径为200目，苏州土粒径为325目，低膨胀骨料粒径为1-3mm。
通过采用上述技术方案，将低内应力干熄焦柱部砖各原料进行不同粒径的级配，从而形成更为致密的堆积，有效提高低内应力干熄焦柱部砖的致密度，进而提高低内应力干熄焦柱部砖的常温强度及高温强度。
优选的，所述低膨胀骨料包括以下重量份的原料：20-30份氮化硅、10-20份碳化钛、4-10份氮化钛、1-2份氧化铝、1-2份氧化钇及2-4份辅助碳化物，所述低膨胀骨料内含有多气孔。
由于低膨胀骨料内含有多气孔，而气孔相当于一个应力集中器，即有气孔的区域就有应力集中现象。当裂纹到达气孔处时，气孔会迫使裂纹出现偏转或分叉，而裂纹的偏转和分叉延长了裂纹扩展的路径，弱化了裂纹尖端的扩展动力，减小了裂纹尖端的应力集中，很大程度上消耗了基体内储存的弹性应变力，进而提高材料本身的热震稳定性。
但是，由于气孔的存在，低膨胀骨料的常温强度及高温强度均明显降低。而氮化硅、碳化钛及氮化钛的配合使用时，碳化钛及氮化钛可以作为硬质相，氮化硅可以作为粘接相，进而形成钛（碳氮）硅金属基体系。再加上当氮化硅、碳化钛、碳化钛及辅助碳化物采用上述质量比例时，碳氮比获得平衡，进而促使低膨胀骨料的晶粒变细，提高低膨胀骨料的硬度和强度。
另外，氧化铝及氧化钇则作为烧结助剂促进钛（碳氮）硅金属基体系的形成，同时提高低膨胀骨料骨架部分的致密性，进而提高低膨胀骨料的常温强度及高温强度。
优选的，所述辅助碳化物为碳化钼、碳化锆及碳化铌的混合物。
碳化钼可以提高碳化硅对干熄焦柱部砖的润湿性，提高干熄焦柱部砖的细度，提高干熄焦柱部砖的抗弯性能，碳化锆可以抑制晶粒的变大，间接提高干熄焦柱部砖的强度，而碳化铌可以直接改善干熄焦柱部砖的硬度及高温抗弯性。因此，当碳化钼、碳化锆及碳化铌混合时候时，制备得到的干熄焦柱部砖将具有更为优良的高温强度及热震稳定性。
优选的，所述碳化钼、碳化锆及碳化铌的质量比例为（2-4）：1：（1-2）。
当碳化钼、碳化锆及碳化铌采用上述质量比例时，制备得到的干熄焦柱部砖将具有更为优良的高温强度及热震稳定性。
优选的，所述低膨胀骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氮化硅、碳化钛、氮化钛、氧化铝、氧化钇及辅助碳化物进行混合，随后添加乙醇并进行球磨，得到混合粉料；
步骤二、采用模压成型方法对混合粉料进行预压，得到骨料基体，其中通过调节成型压力控制骨料基体气孔率；
步骤三、将骨料基体进行烧结成型，烧结温度1700-1900℃，保温时间2-3h，N2气氛，最后破碎得到低膨胀骨料。
优选的，步骤三中，首先在1700℃烧结0.5-1h，而后在1800℃烧结1-3h，之后在1900℃烧结0.5-1h。
当采用上述烧结操作时，低膨胀骨料的骨架的致密性将显著提升，从而有效提高低膨胀骨料的高温强度。
第二方面，本申请提供一种低内应力干熄焦柱部砖的制备方法，采用如下的技术方案：
一种低内应力干熄焦柱部砖的制备方法，包括以下步骤：
S1、将矾土、氧化铝、低膨胀骨料、硅粉及苏州土预混制成混合粉备用；
S2、将莫来石及碳化硅进行初步混合，之后加入糊精进行混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；
S3、将泥料模压成型制成砖坯，而后干燥烧结8-12h，得到低内应力干熄焦柱部砖。
优选的，S3中，使用500t压力机重压，使用隧道式干燥器干燥，控制干燥水分＜1%，使用隧道窑烧结，烧结温度1350-1400℃。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、矾土、氧化铝、低膨胀骨料及硅粉均能够在急剧温度变化下保持较好的稳定性，不易发生热裂纹和破坏，同时还具有较低的热膨胀系数和优异的热震稳定性，矾土及氧化铝还具有优良的抗压强度，能承受较大的压力和载荷，在高温下强度不会明显下降，仍能承受一定压力。
因此，在矾土、氧化铝、低膨胀骨料及硅粉与碳化硅莫来石配合后，制备得到的干熄焦柱部砖在具有极为优良的热震稳定性的同时，还具有优良的高温强度，有效改善莫来石碳化硅砖容易脆性断裂及柱腿压裂的问题。
2、将低内应力干熄焦柱部砖各原料进行不同粒径的级配，从而形成更为致密的堆积，有效提高低内应力干熄焦柱部砖的致密度，进而提高低内应力干熄焦柱部砖的常温强度及高温强度。
3、当裂纹到达气孔处时，气孔会迫使裂纹出现偏转或分叉，而裂纹的偏转和分叉延长了裂纹扩展的路径，弱化了裂纹尖端的扩展动力，减小了裂纹尖端的应力集中，很大程度上消耗了基体内储存的弹性应变力，进而提高材料本身的热震稳定性。
氮化硅、碳化钛及氮化钛的配合使用时，碳化钛及氮化钛可以作为硬质相，氮化硅可以作为粘接相，进而形成钛（碳氮）硅金属基体系。再加上当氮化硅、碳化钛、碳化钛及辅助碳化物采用上述质量比例时，碳氮比获得平衡，进而促使低膨胀骨料的晶粒变细，提高低膨胀骨料的硬度和强度。
具体实施方式
以下结合实施例1-11和对比例1-2对本申请作进一步详细说明。
原料
碳化硅 CAS：409-21-2；矾土 CAS：1333-84-2；莫来石 CAS：37287-16-4；氧化铝CAS：1344-28-1；硅粉 CAS：7440-21-3；苏州土；糊精 银鹤047；氮化硅 CAS：12033-89-5；碳化钛 CAS：12070-08-5；氮化钛 CAS：25583-20-4；氧化铝 CAS：1344-28-1；氧化钇 CAS：1314-36-9；碳化钼 CAS：12069-89-5；碳化锆 CAS：12070-14-3；碳化铌 CAS：12069-94-2；乙醇 CAS：64-17-5。
实施例
实施例1
一种低内应力干熄焦柱部砖，包括以下质量的原料：37kg碳化硅、26kg矾土、8kg莫来石、17kg氧化铝、13kg低膨胀骨料、2kg硅粉、4kg苏州土及3.5kg糊精。
其中，碳化硅粒径为0.5-1mm、矾土粒径为1-3mm和3-5mm，质量比例为1：1，莫来石粒径为1-3mm，0-0.5mm和200目，质量比例为1：1：1；氧化铝粒径为5um，硅粉粒径为200目，苏州土粒径为325目，低膨胀骨料粒径为1-3mm。
低膨胀骨料包括以下质量的原料：25kg 氮化硅、15kg碳化钛、7kg氮化钛、1.5kg氧化铝、1.5kg氧化钇及3kg辅助碳化物，低膨胀骨料内含有多气孔。辅助碳化物为碳化钼、碳化锆及碳化铌的混合物，碳化钼、碳化锆及碳化铌的质量比例为3：1：1.5。
低膨胀骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氮化硅、碳化钛、氮化钛、氧化铝、氧化钇及辅助碳化物进行混合，随后添加乙醇并进行球磨，得到混合粉料；
步骤二、采用模压成型方法对混合粉料进行预压，得到骨料基体，其中通过调节成型压力控制骨料基体气孔率，成型压力20MPa，气孔率介于40-50%；
步骤三、将骨料基体首先在1700℃烧结1h，而后在1800℃烧结2h，之后在1900℃烧结1h，最后破碎得到低膨胀骨料。
低内应力干熄焦柱部砖的制备方法包括以下步骤：
S1、将矾土、氧化铝、低膨胀骨料、硅粉及苏州土预混制成混合粉备用；
S2、将莫来石及碳化硅进行初步混合，之后加入糊精进行混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；
S3、将泥料通过500t压力机模压成型制成砖坯，使用隧道式干燥器干燥，控制干燥水分＜1%，使用隧道窑烧结，烧结温度1400℃，烧结时间10h，得到低内应力干熄焦柱部砖。
实施例2-3
与实施例1的不同之处在于，低内应力干熄焦柱部砖的各原料添加量有所不同，具体如表1所示。
表1 实施例1-3低内应力干熄焦柱部砖的各原料添加量表/kg
实施例4
与实施例1的不同之处在于，低内应力干熄焦柱部砖的各原料组分粒径均为200目。
实施例5-6
与实施例1的不同之处在于，低膨胀骨料的各组分添加量有所不同，具体如表2所示。
表2 实施例1、实施例5-6的低膨胀骨料的各组分添加量表/kg
实施例7-8
与实施例1的不同之处在于，辅助碳化物各组分的质量比例有所不同，具体如表3所示。
表3 实施例1、实施例7-8的辅助碳化物的质量比例表
实施例9
与实施例1的不同之处在于，低膨胀骨料中不再添加辅助碳化物。
实施例10
与实施例9的不同之处在于，低膨胀骨料中不再添加碳化钛及氮化钛。
实施例11
与实施例1的不同之处在于，低膨胀骨料的制备方法中，步骤三中只进行单次烧结，烧结温度1800℃，烧结时间4h。
对比例
对比例1
一种莫来石-红柱石低膨胀耐火材料，包括以下质量的原料：37kg莫来石、27kg红柱石、17kg氧化铝、2kg硅粉、4kg苏州土及3.5kg糊精。
莫来石-红柱石低膨胀耐火材料的制备方法包括以下步骤：
A1、将氧化铝、硅粉及苏州土预混制成混合粉备用；
A2、将莫来石及红柱石进行初步混合，之后加入糊精进行混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；
A3、将泥料通过500t压力机模压成型制成砖坯，使用隧道式干燥器干燥，控制干燥水分＜1%，使用隧道窑烧结，烧结温度1600℃，得到莫来石-红柱石低膨胀耐火材料。
对比例2
与实施例 1的不同之处在于，低内应力干熄焦柱部砖中不再添加矾土、氧化铝及低膨胀骨料。
性能检测试验
检测方法
一、热震稳定性测试
从实施例1-4及对比例1-2中分别取出三份样品，随后参照YB/T 376.1-1995《耐火制品抗热震试验方法》对上述样品进行热震稳定性测试，检测得到热震次数并取平均值，其中测试温度1100℃。
检测数据如表4所示。
二、高温抗折强度
从实施例1-11及对比例1-2中分别取出三份样品，随后参照GB/T3002-2017《耐火制品高温抗折强度试验方法》对上述样品进行高温抗折强度测试并取平均值，测试温度1100℃，测试时间0.5h。
检测数据如表5所示。
表4 实施例1-4及对比例1-2的热震稳定性能表
表5 实施例1-11及对比例1-2的高温抗折强度表
参照实施例1及对比例1-2并结合表4-5可以看出，相对于对比例1来说，对比例2的热震次数略微有所增加，而对比例2的高温抗折强度明显有所增加，由此说明，相对于莫来石-红柱石体系来说，莫来石-碳化硅体系除了具有优良的热震稳定性之外，还具有更为优良的高温强度。
究其原因在于，碳化硅具有较低的热膨胀系数和优异的热震稳定性，其能够在急剧温度变化下保持稳定，不易发生热裂纹和破坏。同时，碳化硅还具有较高的硬度和刚性，能够承载较大的压力和重载。
但是相对于对比例2来说，实施例1的热震次数及高温抗折强度均明显有所提升，由此说明，矾土、氧化铝及低膨胀骨料可以有效提高干熄焦柱部砖的热震稳定性及高温强度。
究其原因在于，虽然莫来石-碳化硅体系能够承载较大的压力和重载，但是在高温下，莫来石碳化硅砖仍存在脆性断裂及柱腿压裂的问题。而矾土、氧化铝、低膨胀骨料及硅粉均能够在急剧温度变化下保持较好的稳定性，不易发生热裂纹和破坏，同时还具有较低的热膨胀系数和优异的热震稳定性。
其中，低膨胀骨料具有优良的热震稳定性的原因在于，低膨胀骨料内含有多气孔，而气孔相当于一个应力集中器，即有气孔的区域就有应力集中现象。当裂纹到达气孔处时，气孔会迫使裂纹出现偏转或分叉，而裂纹的偏转和分叉延长了裂纹扩展的路径，弱化了裂纹尖端的扩展动力，减小了裂纹尖端的应力集中，很大程度上消耗了基体内储存的弹性应变力，进而提高材料本身的热震稳定性。
另外，矾土及氧化铝还具有优良的抗压强度，能承受较大的压力和载荷，在高温下强度不会明显下降，仍能承受一定压力。而低膨胀骨料中含有大量具有优良的高温强度的添加物，因此，矾土、氧化铝及低膨胀骨料的添加可以有效改善低内应力干熄焦柱部砖的热震稳定性及高温强度。
参照实施例1-3并结合表4-5可以看出，相对于实施例1来说，实施例2-3的热震次数及高温抗折强度均明显有所降低，由此说明，低内应力干熄焦柱部砖的各组分采用实施例1的配比时，制备得到的低内应力干熄焦柱部砖将具有更为优良的热震稳定性及高温强度。
参照实施例1及实施例4并结合表4-5可以看出，相对于实施例1来说，实施例4的热震次数及高温抗折强度均明显有所降低，由此说明，原料的不同粒径级配可以影响低内应力干熄焦柱部砖的热震稳定性及高温强度。
究其原因在于，将低内应力干熄焦柱部砖各原料进行不同粒径的级配时，各原料将形成更为致密的堆积，有效提高低内应力干熄焦柱部砖的致密度，进而提高低内应力干熄焦柱部砖的热震稳定性及高温强度。
参照实施例1、实施例5-6并结合表5可以看出，相对于实施例1来说，实施例5-6的高温抗折强度明显有所降低，由此说明，低膨胀骨料的各组分采用实施例1的配比时，制备得到的低内应力干熄焦柱部砖将具有更为优良的高温强度。
参照实施例1、实施例7-8并结合表5可以看出，相对于实施例1来说，实施例7-8的高温抗折强度略微有所降低，由此说明，辅助碳化物采用实施例1的质量比例时，制备得到的低内应力干熄焦柱部砖将具有更为优良的高温强度。
参照实施例1及实施例9并结合表5可以看出，相对于实施例1来说，实施例9的高温抗折其强度明显有所降低，由此说明，辅助碳化物具有改善低内应力干熄焦柱部的高温强度的效果。
究其原因在于，碳化钼可以提高碳化硅对干熄焦柱部砖的润湿性，提高干熄焦柱部砖的细度，提高干熄焦柱部砖的抗弯性能，碳化锆可以抑制晶粒的变大，间接提高干熄焦柱部砖的强度，而碳化铌可以直接改善干熄焦柱部砖的硬度及高温抗弯性。因此，当碳化钼、碳化锆及碳化铌混合时候时，制备得到的低内应力干熄焦柱部砖将具有更为优良的高温强度。
参照实施例9及实施例10并结合表5可以看出，相对于实施例9来说，实施例10的高温抗折强度进一步降低，由此说明，碳化钛及氮化钛的添加也会影响低内应力干熄焦柱部砖的高温强度。
究其原因在于，氮化硅、碳化钛及氮化钛的配合使用时，碳化钛及氮化钛可以作为硬质相，氮化硅可以作为粘接相，进而形成钛（碳氮）硅金属基体系。再加上当氮化硅、碳化钛、碳化钛及辅助碳化物采用上述质量比例时，碳氮比获得平衡，进而促使低膨胀骨料的晶粒变细，提高低膨胀骨料的硬度和强度，进而改善低内应力干熄焦柱部砖的高温强度。
参照实施例1及实施例11并结合表5可以看出，相对于实施例1来说，实施例11的高温抗折强度略微有所下降，由此说明，阶梯式烧结操作可以有效改善低内应力干熄焦柱部砖的高温强度。
究其原因在于，阶梯式烧结操作可以有效提升低膨胀骨料的骨架的致密性，从而有效提高低膨胀骨料的高温强度，进而改善低内应力干熄焦柱部砖的高温强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于，包括以下重量份的原料：35-40份碳化硅、25-30份矾土、5-10份莫来石、15-20份氧化铝、10-15份低膨胀骨料、1-3份硅粉、3-5份苏州土及3-4份糊精；
所述低膨胀骨料包括以下重量份的原料：20-30份氮化硅、10-20份碳化钛、4-10份氮化钛、1-2份氧化铝、1-2份氧化钇及2-4份辅助碳化物，所述低膨胀骨料内含有多气孔。
2.根据权利要求1所述的低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于：所述低内应力干熄焦柱部砖中，碳化硅粒径为0.5-1mm、矾土粒径为1-3mm和3-5mm，莫来石粒径为1-3mm，0-0.5mm和200目；氧化铝粒径为5um，硅粉粒径为200目，苏州土粒径为325目，低膨胀骨料粒径为1-3mm。
3.根据权利要求1所述的低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于：所述辅助碳化物为碳化钼、碳化锆及碳化铌的混合物。
4.根据权利要求3所述的低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于：所述碳化钼、碳化锆及碳化铌的质量比例为（2-4）：1：（1-2）。
5.根据权利要求1所述的低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于，所述低膨胀骨料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、将氮化硅、碳化钛、氮化钛、氧化铝、氧化钇及辅助碳化物进行混合，随后添加乙醇并进行球磨，得到混合粉料；
步骤二、采用模压成型方法对混合粉料进行预压，得到骨料基体，其中通过调节成型压力控制骨料基体气孔率；
步骤三、将骨料基体进行烧结成型，烧结温度1700-1900℃，保温时间2-3h，N2气氛，最后破碎得到低膨胀骨料。
6.根据权利要求5所述的低内应力干熄焦柱部砖，其特征在于：步骤三中，首先在1700℃烧结0.5-1h，而后在1800℃烧结1-3h，之后在1900℃烧结0.5-1h。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的低内应力干熄焦柱部砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将矾土、氧化铝、低膨胀骨料、硅粉及苏州土预混制成混合粉备用；
S2、将莫来石及碳化硅进行初步混合，之后加入糊精进行混合，最后加入混合粉混合均匀制成泥料；
S3、将泥料模压成型制成砖坯，而后干燥烧结8-12h，得到低内应力干熄焦柱部砖。
8.根据权利要求7所述的低内应力干熄焦柱部砖的制备方法，其特征在于：S3中，使用500t压力机重压，使用隧道式干燥器干燥，控制干燥水分＜1%，使用隧道窑烧结，烧结温度1350-1400℃。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07309665A (ja) * 1994-05-10 1995-11-28 Noritake Co Ltd 異粒子添加による高破壊靱性を持った窒化珪素焼結体とその製造方法
JPH08245264A (ja) * 1995-03-08 1996-09-24 Hitachi Ltd 窒化珪素−窒化チタン系複合セラミックス及びその製造方法
JPH11310456A (ja) * 1998-04-27 1999-11-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 固体電解質セラミックス複合材料及びその製造方法
JP2008143757A (ja) * 2006-12-12 2008-06-26 Ngk Insulators Ltd 不定形耐火物
CN103130515A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 河南省新密市青屏耐火材料有限责任公司 用于干熄焦炉上的莫来石砖
CN103922750A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 淄博大方新材料科技有限公司 耐磨氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN104744059A (zh) * 2015-03-20 2015-07-01 湖南湘钢瑞泰科技有限公司 一种干熄焦莫来石砖及其制备方法
CN107188548A (zh) * 2017-07-14 2017-09-22 山东耐材集团鲁耐窑业有限公司 耐磨砖及其制备方法
CN111548164A (zh) * 2020-05-19 2020-08-18 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种持续自增韧氮化物结合碳化硅耐火材料
CN112552053A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 首钢集团有限公司 一种干熄焦炉用碳化硅耐火砖及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07309665A (ja) * 1994-05-10 1995-11-28 Noritake Co Ltd 異粒子添加による高破壊靱性を持った窒化珪素焼結体とその製造方法
JPH08245264A (ja) * 1995-03-08 1996-09-24 Hitachi Ltd 窒化珪素−窒化チタン系複合セラミックス及びその製造方法
JPH11310456A (ja) * 1998-04-27 1999-11-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 固体電解質セラミックス複合材料及びその製造方法
JP2008143757A (ja) * 2006-12-12 2008-06-26 Ngk Insulators Ltd 不定形耐火物
CN103130515A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 河南省新密市青屏耐火材料有限责任公司 用于干熄焦炉上的莫来石砖
CN103922750A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 淄博大方新材料科技有限公司 耐磨氮化硅陶瓷材料及其制备方法
CN104744059A (zh) * 2015-03-20 2015-07-01 湖南湘钢瑞泰科技有限公司 一种干熄焦莫来石砖及其制备方法
CN107188548A (zh) * 2017-07-14 2017-09-22 山东耐材集团鲁耐窑业有限公司 耐磨砖及其制备方法
CN111548164A (zh) * 2020-05-19 2020-08-18 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种持续自增韧氮化物结合碳化硅耐火材料
CN112552053A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 首钢集团有限公司 一种干熄焦炉用碳化硅耐火砖及其制备方法

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