CN1854106A - 干熄焦用莫来石－碳化硅耐火材料及制备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐火材料，尤其是干熄焦用含金属硅的莫来石－碳化硅耐火材料，其特征在于耐火材料有3－15％WT金属硅，35－65％烧结和/或电熔莫来石，25－45％碳化硅，3－5％α－Al2O3微粉，4－10％粘土组成。较现有技术莫来石－碳化硅耐火材料，致密性提高30－50％，力学性能提高5－8％，抗热震提高10－30％、抗侵蚀提高1倍以上、耐磨损性提高1倍以上，使用寿命延长50％以上。

Description

干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料及制备
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，尤其是干熄焦用含金属硅的莫来石-碳化硅耐火材料。
背景技术
冶金焦炉中利用惰性气体将红焦冷却熄灭，并回收其热量的干熄焦，较湿熄焦相比具有可回收焦炭显热、改善焦炭质量和防止污染环境等优点。干熄焦炉用内衬耐火材料长期工作在高温荷重、温度频繁剧烈变化、高温CO、H2等气体化学侵蚀、焦炭粉尘等的冲刷和磨损等苛刻恶劣环境下，并长期在热应力的作用下，如每年要经受至少2万余次的温度变化，其中有1300次左右温差较大，因此内衬耐火材料容易产生裂纹、开裂、局部剥落等，使用寿命较低。目前干熄焦炉用内衬耐火材料较多以莫来石-碳化硅为主，例如：
1997年全国耐火材料综合学术年会论文集介绍的“干熄焦用高铝-碳化硅砖的研制”，采用主要原料为矾土、碳化硅，制作高铝-碳化硅砖。然而该砖中因含有较多矾土，因此其抗热震性不佳，使用寿命较短。
《耐火材料》1998，32(3)：153～154公开的“干熄焦炉用Al2O3-SiC质内衬砖”，采用主要原料为刚玉、高铝矾土、碳化硅等制成Al2O3-SiC耐火砖，其中碳化硅的重量份数为36％。该砖也存在抗热震性能不佳的缺点。
《耐火材料》2004，36(5)：363～364公开的“干熄焦炉内衬砖”，采用主要原料为焦宝石、粘土、红柱石、莫来石、碳化硅制成粘土砖，其中碳化硅的重量份数为15％。该材料抗热震、抗侵蚀性能仍然不高。
综上，目前干熄焦用耐火材料，其主要成分仍多为Al2O3/SiC质，其原料有的采用天然粘土、矾土等，有的采用化学纯度较高刚玉、碳化硅等。但这些材料基本都存在抗热震性能差、使用寿命较短的共同缺点，这已成为影响干熄技术推广的重要障碍因素之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有抗热震、抗磨损、抗侵蚀性能优良，使用寿命长的干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料。
本发明的另一目的在于提供一种可以确保上述耐火材料性能的制备方法。
本发明目的实现，主要改进是通过以莫来石、碳化硅为主组成的耐火材料中添加3-15％WT的金属硅粉，达到既改善耐火材料的烧结性能，又进一步提高其抗热震、抗磨损、抗侵蚀性能，从而延长耐火材料使用寿命。具体说，本发明干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于有3-15％WT金属硅，35-65％烧结和/或电熔莫来石，25-45％碳化硅，3-5％α-Al2O3微粉，4-10％粘土组成。
本发明中莫来石与碳化硅组成耐火材料的基本骨架。莫来石可以采用烧结型，也可以采用电熔制备的。为使所得耐火材料具有较低的气孔率、较高的体积密度和较好的力学性能，确保有高的抗侵蚀与耐磨损性能，与通常耐火材料一样较好采用粗、中、细粒径级配。经试验，本发明粗颗粒粒径较好为5-1mm，中颗粒粒径较好为1-0.088mm，细粉粒径较好为0.044-0.074mm，三者比较好为38-42∶25-32∶30-36。
本发明中α-Al2O3微粉和粘土既是助烧结剂，又是基质相组成。本发明中α-Al2O3微粉粒径较好为0.001-0.010mm。
本发明加入金属硅，可提高耐火材料的烧结性能与抗热震性能，同时烧结性能的提高又可以改善材料的抗磨损、抗侵蚀性能。这是因为金属硅熔点低于莫来石、碳化硅的烧成温度，不仅可以起到助烧剂的作用，促进烧结，改善了烧结性能，而且可作为填充料，填充于基质收缩而产生的骨料与基质间的缝隙中，从而使烧成材料结构更致密，进而降低气孔率，提高了力学性能。其次，金属硅的塑性对材料还有增韧作用，予组装在莫来石与碳化硅基质中的金属硅颗粒可显著改善材料的脆性，使材料抗热应力能力得到提高，进而也改善了材料的抗热震性。再就是，在干熄焦非氧化气氛中使用，予组装的金属硅可与使用条件下的气体发生化学反应，在耐火材料表面生成性能优良的碳化硅新相，由于生成物的体积增大和热效应而形成新的致密表面，又进一步提高了耐火材料在使用过程中的抗热震、抗侵蚀、耐磨损能力，并且该反应可自发进行，使耐火材料具有“自修复”功能。经试验，本发明金属硅的加入量以3-15％较为适宜，若加入量明显低于3％，则金属硅增效不够明显；若加入量明显高于15％，对耐火材料的高温力学性能会带来不利，进而也会影响其使用寿命。但该加入量范围仅是一个试验恰当值，而非精确极值，适当偏离仍属本发明范围。本发明金属硅粉粒径较好为0.030-0.088mm之间，粒径太小，则会造成成本过高；粒径太大，对材料的颗粒级配也会带来不利，进而影响材料的力学性能和抗磨损。
本发明耐火材料，较好为金属硅10-15％，烧结和/或电熔莫来石30-50％，碳化硅30-45％，α-Al2O3微粉3-5％，粘土4-10％。
本发明耐火制品制备，其特征是将上述原料混合均匀，外加适量结合剂，混合均匀成泥料，机压成型，置于还原气氛1430-1480℃烧成。
本发明还原性气氛烧成，主要作用有效保护金属硅在烧成过程中不被氧化，充分发挥金属硅的作用，较好是在弱还原气氛中烧成。
本发明干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，由于加入3-15％金属硅，制成含金属硅的莫来石-碳化硅耐火材料，较现有技术莫来石-碳化硅耐火材料，致密性提高30-50％，力学性能提高5-8％，抗热震提高10-30％、抗侵蚀提高1倍以上、耐磨损性提高1倍以上，使用寿命延长50％以上。
以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。
具体实施方式
实施例：实施例配比按下表组成，其中莫来石与碳化硅，粗颗粒5-1mm，中颗粒1-0.088mm，细粉粒0.044-0.074mm，α-Al2O3微粉粒径0.001-0.010mm，金属硅粉粒0.030-0.088mm，将各种原料混和均匀，外加3％的结合剂，将各料混合均匀，机压成砖，置于弱还原性炉中经1430-1480℃/20h烧成。
本发明实施例及两个现有技术干熄焦用耐火砖比较表
成分(重量百分比)  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  比较例1(进口莫来石砖)   比较例2(某厂产莫来石-碳化硅砖)
  金属硅  3  10  12  15  -   -
  合成莫来石  62  45  53  35  80   -
  碳化硅  25  37  26  40  -   -
  α-Al2O3微粉  3  3  5  5  -   -
  粘土  7  5  4  5  -   -
  结合剂(硅溶胶)                                          3
  性能：
  体积密度g/cm3   2.55   2.58   2.60   2.64   2.34   2.50
  显气孔率％   20.1   19.2   18.2   17.5   20   21
  常温耐压强度MPa   92.1   94.6   88.3   110.4   57.8   85
  常温抗折强度MPa   18.4   23.3   21.5   26.6   10.89   -
  热震稳定性(1100℃水冷)次   56   67   72   74   54   50
  0.2MPa荷重软化温度℃   ≥1650   ≥1650   ≥1650   ≥1650   1610   1660

Claims (8)

1、干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于有3-15％WT金属硅，35-65％烧结和/或电熔莫来石，25-45％碳化硅，3-5％α-Al2O3微粉，4-10％粘土组成。
2、根据权利要求1所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于金属硅10-15％，烧结和/或电熔莫来石30-50％，碳化硅30-45％，α-Al2O3微粉3-5％，粘土4-10％。
3、根据权利要求1或2所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于所说金属硅粉粒径为0.030-0.088mm。
4、根据权利要求1或2所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于所说莫来石、碳化硅粗颗粒粒径为5-1mm，中颗粒粒径为1-0.088mm，细粉粒径为0.044-0.074mm。
5、根据权利要求4所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于所说粗颗粒、中颗粒、细粉三者比为38-42∶25-32∶30-36。
6、根据权利要求1或2所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料，其特征在于所说α-Al2O3微粉为0.001-0.010mm。
7、根据上述任一权利要求所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料制备方法，其特征是将上述原料混合均匀，外加适量结合剂，混合均匀成泥料，机压成型，置于还原气氛1430-1480℃烧成。
8、根据权利要求7所述干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料制备方法，其特征在于所说还原气氛为弱还原气氛。
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