CN1810724A - 赛隆复合刚玉系列耐火砖及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赛隆复合刚玉系列耐火砖及其生产方法。以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉55～90％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或活性氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％等成分，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。原料混合后，经压制成型，干燥后装入炉窑内，直接烧成；或原料混合后，经压制成型，干燥后装入炉窑内或充入氮气、或在还原气氛下充入氮气，在一定温度下，保温一定的时间即得成品。本发明具有较高的高温性能，具有抵抗铁、渣、碱等化学侵蚀性强的特别优势，可广泛用于大中型高炉炉腹、炉腰、炉缸、炉底部位的工作层，可延长高炉炉龄，净化铁水的作用。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种耐火材料及其生产方法，特别涉及一种赛隆复合刚玉系列耐火砖及其生产方法。
二、背景技术：
高炉采用碳砖-陶瓷砌体复合炉衬以来，炉底、炉缸内衬的使用寿命较过去有明显提高，同时具有节能、降耗的使用效果。随着高炉内衬结构、碳质材料和陶瓷砌体材料性能的不断改善，一些采用这种碳砖--陶瓷砌体复合内衬的高炉已经达到十年以上的炉役寿命。然而随着高炉冶炼强度的不断提高，钢铁联合企业需要更长的高炉一代寿命。碳砖-陶瓷砌体复合内衬目前采用的陶瓷质材料，在抵抗熔融铁水、炉渣、碱金属和煤气联合侵蚀的综合性能方面尚有一定的缺陷，难于满足更长的高炉炉役寿命要求。另外高炉中部(炉腹，炉腰和炉身下部)还存在剧烈的热冲击，碱金属、熔融渣铁等导致的热震破坏、化学侵蚀和机械磨损等。目前采用的氮化硅结合碳化硅砖，烧成铝碳砖也难以满足高炉更长寿命的要求。一代炉役中往往对这些部位进行中修，往往造成巨大的经济损失。研究得知，高炉目前采用的耐火砖组分含有主晶相和结合相，结合相均为陶瓷结合和化学结合。在高炉内的熔融渣铁，煤气和碱金属等侵蚀介质共存的高温状态下，侵蚀介质先与结合相发生化学反应，生成恶化材料性质的低熔点化合物，从而降低了耐火砖抵抗熔融渣铁、碱金属等的化学侵蚀及热震冲击和机械磨损的性能。
赛隆(Sialon)材料是以Si3N4为基并含Si、Al、O、N的固溶体，有α-Si3N4及β-Si3N4两种变形体，是近三十年来发展起来的一种高性能工程陶瓷材料。与传统氧化物结构材料相比，该材料综合性能十分优越，其中包括机械性能(高强度、高硬度、高韧性和高耐磨等)，热学性能(耐高温、抗热冲击等)，物理性能(密度小、膨胀系数低)和化学性能(耐腐蚀、耐冲刷等)，有着广泛的应用前景。
耐火材料工业开发的赛隆结合耐火砖，通过赛隆结合相来改善耐火砖的使用性能，并取得了明显的使用效果。赛隆结合耐火砖采用在耐火砖中直接加入预先制成赛隆料的方法，生产成本高，难于获得大规模实际应用。
三、发明内容：
本发明的目的：
为克服现有耐火材料的不足与缺陷，发明了一种抗侵蚀性能优良的赛隆复合刚玉系列耐火砖；本发明的另一目的是提供了一种赛隆复合刚玉系列耐火砖的生产方法。
本发明的技术方案是：
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉55～90％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉65～80％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉30～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉40～75％，莫来石5～20％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉50～65％，莫来石10～15％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉40～87％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉50～80％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉60～70％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉20～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉30～70％，莫来石5～20％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉40～60％，莫来石10～15％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉20～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，300～500目的金属硅粉0＜用量≤5％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉30～75％，莫来石5～20％，金属硅粉1～4％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉40～60％，莫来石10～15％，金属硅粉1～4％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖，以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉40～80％，300～500目的金属硅粉0＜用量≤5％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其中电熔刚玉55～76％，金属硅粉1～3％，碳化硅7～16％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
一种赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，烧成温度在300～1670℃之间，保温8～60小时。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，直接烧成；或称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内在充入氮气气氛下，或在还原气氛下，或在还原气氛下充入氮气，烧成温度在300～800℃之间，保温10～24小时，冷却出窑。
所述的赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，直接烧成；或在充入氮气气氛下，或在还原气氛下，或在还原气氛下充入氮气，烧成温度在1400～1580℃之间，保温15～35小时，冷却出窑。
本发明的积极有益效果：
(1)本发明产品具有优良的抗氧化性能。高温过程中通过物理化学反应，在氮化硅粉与氧化物之间原位合成赛隆结合非氧化物耐火材料，结合相形成赛隆结合相，在赛隆颗粒周围形成SiO2、Al2O3的薄膜，从而使制品具有优良的抗氧化性能。
(2)本发明产品对熔融金属如铁、铜、锌及碱的侵蚀，显示出优良的抗侵蚀性能，可广泛用于大中型高炉炉腹、炉腰、炉缸和炉底等部位的工作层，提高高炉的使用寿命。
表1为原位赛隆复合刚玉耐火砖性能指标，从表1可以看出本发明产品具有抗铁水侵蚀高，抗碱侵蚀性强，常温下耐压强度高，荷重软化开始温度高，抗渣侵蚀性强等优点。
(3)本发明生产工艺成熟，生产成本低，易于推广应用，具有较好的经济和社会效益。
表1 赛隆复合刚玉系列耐火砖的性能指标：
| 性能 | 实施例三或五 | 实施例十二或十四 | 实施例二十或三十 |
| 显气孔率％ | 14～15 | ≤16 | ≤16 |
| 体积密度g/cm3 | ≥3.0 | ≥2.9 | ≥2.95 |
| 常温耐压强度MPa | ≥120 | ≥100 | ≥100 |
| 荷重软化开始温度℃ | ≥1660 | ≥1660 | ≥1680 |
| 线膨胀率1000℃；％ | ≤0.7 | ≤0.5 | ≤0.5 |
| 耐火度℃ | ≥1790 | ≥1790 | ≥1790 |
| 抗铁水侵蚀 | 微 | 0 | 0 |
| 抗碱侵蚀 | 优 | 优 | 优 |
| 抗渣侵蚀 | 优 | 优 | 优 |
四、具体实施方式：
下面举例说明赛隆复合刚玉系列耐火砖的生产方法
实施例一～十按表1指定的各组分重量百分比称取原料，均按以下方法生产：
将称取的原料混合，经压制成型，干燥后装入窑炉内，烧成温度为1400℃，保温20小时，随炉冷却出窑。
产品出窑后，对其理化性能，表面质量和外形尺寸进行检验；将检验合格的赛隆复合刚玉耐火砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。最后将产品入库，保管和发货后即得成品。
表1实施例中各原料重量百分比配比
实施例十一～十六按表1指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施一基本相同，不同之处在于：烧成温度为1600℃，保温35小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例一，不重述。
实施例十七～二十按表2指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施一基本相同，不同之处在于：烧成温度为1450℃，保温25小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例一，不重述。
实施例二十一～二十五按表2指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施一基本相同，不同之处在于：烧成温度为1550℃，保温30小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例一，不重述。
实施例二十六～三十按表2指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施一基本相同，不同之处在于：烧成温度为1500℃，保温28小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例一，不重述。
实施例三十一～三十四按表2指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施一基本相同，不同之处在于：烧成温度为1580℃，保温33小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例一，不重述。
表2实施例中各原料重量百分比配比
实施例三十五～三十八按表3指定的各组分重量百分比称取原料，均按以下方法生产：
按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，烧成温度为300℃，保温24小时，冷却出窑。
产品出窑后，对其理化性能，表面质量和外形尺寸进行检验；将检验合格的赛隆复合刚玉耐火砖按尺寸标准或合同要求进行加工；然后进行预组装和检查，检查合格后绘制预组装图，分层编号；组装图交用户和技术部门存档。最后将产品入库，保管和发货后即得成品。
实施例三十九～四十二按表3指定的各组分重量百分比称取原料，均按以下方法生产：
按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，在还原气氛下，烧成温度为800℃，保温10小时。
产品检验、加工、组装、保管同实施例三十五，不重述。
实施例四十三～四十六按表3指定的各组分重量百分比称取原料，均按以下方法生产：
按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，充入氮气，烧成温度为400℃，保温13小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例三十五，不重述。
实施例四十七～四十八按表3指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施例三十五基本相同，不同之处在于：烧成温度为500℃，保温15小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例三十五，不重述。
实施例四十九～五十按表3指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施例三十五基本相同，不同之处在于：烧成温度为700℃，保温20小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例三十五，不重述。
实施例五十一～五十二按表3指定的各组分重量百分比称取原料，生产方法与实施例三十五基本相同，不同之处在于：烧成温度为600℃，保温22小时。产品检验、加工、组装、保管同实施例三十五，不重述。
表3实施例中各原料重量百分比配比
Claims (19)
1、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉55～90％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
2、根据权利要求1所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉65～80％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
3、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉30～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
4、根据权利要求3所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉40～75％，莫来石5～20％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
5、根据权利要求3所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉50～65％，莫来石10～15％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
6、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉40～87％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
7、根据权利要求6所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉50～80％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
8、根据权利要求6所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉60～70％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
9、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉20～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
10、根据权利要求9所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉30～70％，莫来石5～20％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
11、根据权利要求9所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉40～60％，莫来石10～15％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
12、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉20～87％，0～5mm的莫来石0＜用量≤25％，300～500目的金属硅粉0＜用量≤5％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
13、根据权利要求12所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉30～75％，莫来石5～20％，金属硅粉1～4％，碳化硅5～12％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉3～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
14、根据权利要求12所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉40～60％，莫来石10～15％，金属硅粉1～4％，碳化硅7～10％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～7％，氮化硅粉15～20％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
15、一种赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：以重量百分比表示，原料配方中含有粒度为0.088～5mm的电熔刚玉40～80％，300～500目的金属硅粉0＜用量≤5％，0.074～3mm的碳化硅0＜用量≤16％，180目的结合粘土2～5％，240～1000目的铝粉或氧化铝粉2～10％，200～500目的氮化硅粉5～30％，外加占上述原料总重1～3％的结合剂。
16、根据权利要求15所述的赛隆复合刚玉耐火砖，其特征是：其中电熔刚玉50～70％，金属硅粉1～3％，碳化硅7～16％，结合粘土2～5％，铝粉或氧化铝粉4～8％，氮化硅粉10～25％，所述的外加结合剂为木质素或糊精中的一种，或两种的混合物。
17、一种权利要求1～16中的任意一项赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，包括按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，保温烧成，其特征是：所述的烧成温度在300～1670℃之间，保温8～60小时。
18、根据权利要求17所述的赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，直接烧成；或称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内在充入氮气气氛下，或在还原气氛下，或在还原气氛下充入氮气，保温烧成，冷却出窑，其特征是：所述的烧成温度在300～800℃之间，保温10～24小时。
19、根据权利要求17所述的赛隆复合刚玉耐火砖的生产方法，按重量百分比称取原料，混合，压制成型，干燥后装入窑炉内，直接烧成；或在充入氮气气氛下，或在还原气氛下，或在还原气氛下充入氮气，烧成，保温，冷却出窑，其特征是：所述的烧成温度在1400～1580℃之间，保温15～35小时。
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