一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料制造技术

本发明专利技术属于耐火材料领域，提出一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合的耐火材料。提出的一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料的原料包括骨料和基质；以碳化硅颗粒为骨料，采用镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉作为基质，基质中还加入有抗氧化剂；骨料、基质与结合剂混匀后成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下烧成得到一种以SiC为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相的复合耐火材料，其中SiC质量分数为58.5～83.5%、Al2O3质量分数为10～28.5%、MgO质量分数为2.5～11%，显气孔率15～19%。本发明专利技术产品不含氧化铬，价格低廉、绿色环保，具有强度高、抗热震性好，抗熔渣侵蚀性和抗熔渣渗透性优异等特点。

A silicon carbide spinel composite refractory material

The invention belongs to the field of refractory materials, made of refractory material for silicon carbide spinel composite. A silicon carbide spinel composite refractory materials made of raw materials including aggregate and matrix; with silicon carbide particles as aggregate, using spinel and alumina, Magnesium Oxide fine powder or powder as matrix, the matrix is also added with antioxidants; aggregate, matrix and binder mixing and molding, after drying in the buried carbon or nitrogen under the protection of the atmosphere of firing a SiC crystalline phase, crystalline spinel as composite refractory phase, in which the mass fraction of SiC is 58.5 ~ 83.5%, the mass fraction of Al2O3 is 10 ~ 28.5%, the mass fraction of MgO is 2.5 ~ 11%, 15 ~ 19% porosity. The product has no chromium oxide, low cost, environmental protection, and has the characteristics of high strength, good thermal shock resistance, slag corrosion resistance and slag penetration resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料
本专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种碳化硅-镁铝尖晶石复合的耐火材料。
技术介绍
耐火材料在使用中有些强调高温下的保温隔热性，有些要求苛刻的高温结构强度，还有一大类主要用作高温熔体的反应器，这类材料要求耐高温的同时，优良的抗渣性能是追求的主要目标。如煤气化领域的水煤浆气化装置，其是将煤与水制成浆料后泵送如气化炉中在高温高压下制备CO和H2等化工气体用于合成化工产品的煤气化用先进装置，该装置内腔由耐火材料构成，耐火材料衬长期处于1300～1500℃的高温、2.0～8.7MPa的高压以及由CO和H2等强还原气体构成的气氛环境，与此同时煤中灰分及煤浆中添加剂形成的SiO2、CaO、FeO、Al2O3、MgO、TiO2等成分为主的熔渣沿着耐火材料炉内壁流淌，对耐火材料造成的侵蚀渗透十分严重；水煤浆气化炉所用的耐火材料是目前工业应用中对抗渣性要求最高的耐火材料之一。目前水煤浆煤气炉普遍采用高铬砖（Cr2O3-Al2O3-ZrO2材料，Cr2O3＞75wt%）为炉衬向火面耐火材料，其高温力学性能好，抗渣性优异。高铬砖良好的抗渣性得益于Cr2O3在熔渣中具有极低的溶解度。然而铬资源有限且制备成本高，含铬耐火材料价格昂贵，特别是含铬耐火材料在原料制备、生产、使用以及用后可能存在潜在的Cr6+危害。对水煤浆气化炉用高铬砖损毁形式进行分析，熔渣对高铬材料的化学侵蚀量小，主要是由于熔渣向高铬中内部渗透形成变质层，变质层在各项性能方面（特别是热膨胀系数）与未渗入渣的原砖层存在差异，在温度波动和气流冲刷下产生剥落；因而，提高水煤浆气化炉材料的寿命应同时关注材料的抗渣侵蚀性和材料的抗熔渣渗透性。煤熔渣以氧化物组分为主，与大多数氧化物耐火材料相似相溶，而非氧化物与氧化物熔渣具有良好的不润湿性，抗渣性能良好。SiC是一类价格低廉、应用广泛的非氧化物耐火原料，以其为主要原料制备的Al2O3-SiC-C在钢铁冶金方面得到大量应用，Si3N4结合的SiC制品具有良好的抗冰晶石侵蚀性能在电解铝方面应用广泛。但是，SiC材料也存在着烧结性差、易氧化等缺点。SiC是一种共价键结合的非氧化物，自身烧结性差，2200℃以上的极高温度下才能有一定烧结，实现自结合，因而耐火材料中常用氧化物结合或其它非氧化物结合制备含SiC的复合耐火材料。在水煤浆气化炉内整体看看作是CO和H2为主的还原性气氛，但在烧嘴附近的燃烧区域存在局部氧化气氛，且操作中烧嘴区域的位置在动态变化，完全采用非氧化物耐火材料存在被氧化失效的危险，因而采用具有一定抗氧化能力的氧化物结合碳化硅更为可行。传统的粘土结合碳化硅使用温度低，抗渣性差，无法满足要求。采用什么类型的氧化物来与SiC材料复合，实现复合材料高效抵御熔渣的侵蚀和渗透的同时，又具有一定的抗氧化能力，是一项解决如水煤浆气化炉这类高温苛刻环境下耐火材料长寿和环保的技术难题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提出一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料。本专利技术为完成上述目的采用如下技术方案：一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，所述的碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料的原料包括骨料和基质；以碳化硅颗粒为骨料，采用镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉作为基质，所述的基质中还加入有抗氧化剂；所述的骨料、基质与结合剂混匀成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下烧成，最高烧成温度为1450～1600℃，得到一种以SiC为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相的复合耐火材料，其中SiC质量分数为58.5～83.5%、Al2O3质量分数为10～28.5%、MgO质量分数为2.5～11%，显气孔率15～19%。所述的基质中还添加有碳化硅细粉或微粉。所述的碳化硅颗粒，是一种电熔原料，SiC质量分数≥98.0%，粒度范围为0.1～5mm，碳化硅颗粒的加入量为原料总质量的60%～85%；电熔法生产的碳化硅原料致密度大、结晶好，抗熔渣侵蚀性和抗氧化性能优异；要求SiC质量分数≥98.0%，是因为若碳化硅纯度低，其中的杂质如SiO2、Fe2O3、Na2O、K2O等高温下易形成低熔点物质，降低耐火材料的高温力学性能和抗渣性；要求SiC颗粒有一定的粒度范围，一方面有利于制品的成型和产品的光洁度和外观，另一方面，有利于使基质充分填充间隙，提高致密度和结合性能。所述的镁铝尖晶石，是一种电熔原料或烧结原料，（Al2O3+MgO）的总质量分数≥99.0%，其中Al2O3的质量分数为65～90%，粒度范围为10～90μm；镁铝尖晶石的加入量为原料总质量的10%～35%；镁铝尖晶石是Al2O3和MgO高温下形成的MgAl2O4化合物及其固溶体，若MgAl2O4中固溶Al2O3则形成富铝尖晶石，MgAl2O4中固溶MgO则形成富镁尖晶石，因而镁铝尖晶石原料有着较为宽泛的化学组成；采用电熔法或烧结法均可制备出性质稳定的镁铝尖晶石原料；要求Al2O3+MgO的总质量分数≥99.0%，在于高的纯度才能保证良好的抗渣性，特别是基质部分由于粉料粒度细、活性高，极低的杂质含量会显著降低产品的高温性能；化学计量组成的MgAl2O4中Al2O3的质量分数约为72%，研究发现，Al2O3的质量分数低于72%的富镁尖晶石抵抗偏碱性熔渣的侵蚀性更为优良，而Al2O3的质量分数高于72%的富铝尖晶石抵抗偏酸性熔渣的侵蚀性则更好，由于煤气化所用原料煤差异大，不同气化厂家形成的熔渣酸碱度也存在差异，因而本专利技术可通过调节尖晶石组分中的Al2O3含量为不同酸碱度煤渣匹配不同性质的耐火材料；本专利技术要求尖晶石的粒度范围为10～90μm，该耐火材料中尖晶石为主要结合相需要起到将碳化硅颗粒粘接在一起的目的，要求在工艺烧成温度下该材料由较高的活性，同时能均匀包裹在碳化硅颗粒周围，因而尖晶石粉若太粗，烧结活性差、制品强度低，尖晶石粉若太细，活性太高，烧成时制品收缩大，成品率低。所述的氧化铝，是电熔白刚玉细粉、板状刚玉细粉、α-Al2O3微粉、活性氧化铝微粉中的一种或多种组合，Al2O3的质量分数≥99.0%，其中电熔白刚玉细粉的粒度范围为43～74μm，板状刚玉细粉的粒度范围为43～74μm，α-Al2O3微粉的粒度范围为D50=2～5μm，活性氧化铝微粉的粒度范围为D50=0.5～2μm；电熔白刚玉细粉和板状刚玉细粉的添加在一定程度上可以防止烧成时基质收缩过大，同时可提高耐火材料对酸性渣的化学侵蚀；α-Al2O3微粉和活性氧化铝微粉添加的目的主要是促进高温下的烧结，提高耐火材料的常温和高温强度，另一方面也是为了和配料中的MgO成分高温下原位反应生成新的尖晶石。所述的氧化镁，是轻烧氧化镁粉、电熔镁砂细粉、烧结镁砂细粉，或者高温反应后可生成氧化镁的化合物，如碳酸镁、氢氧化镁等；添加量以MgO计小于等于2%（质量比）；电熔法或烧结法生成的尖晶石细粉和微粉烧结活性低，为了提高制品的力学强度、改善抗渣性，本专利技术中添加氧化镁和氧化铝，依靠高温烧成时二者反应原位生成活性较高、与基体结合更紧密的尖晶石。所述的抗氧化剂为Si、Al、C、AlN、B4C、BN细粉或微粉的一种或多种复合，粒度范围为5～50μm，抗氧化剂的总加入比例小于等于2%（质量比）。在该耐火制品烧成和使用过程中存在局部被氧化的可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料，其特征在于：所述的碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料的原料包括骨料和基质；以碳化硅颗粒为骨料，采用镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉作为基质，所述的基质中还加入有抗氧化剂；所述的骨料、基质与结合剂混匀后成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下烧成，最高烧成温度为1450～1600℃，得到一种以SiC为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相的复合耐火材料，其中SiC质量分数为58.5～83.5%、Al2O3质量分数为10～28.5%、MgO质量分数为2.5～11%，显气孔率15～19%。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，其特征在于：所述的碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料的原料包括骨料和基质；以碳化硅颗粒为骨料，采用镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉作为基质，所述的基质中还加入有抗氧化剂；所述的骨料、基质与结合剂混匀后成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下烧成，最高烧成温度为1450～1600℃，得到一种以SiC为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相的复合耐火材料，其中SiC质量分数为58.5～83.5%、Al2O3质量分数为10～28.5%、MgO质量分数为2.5～11%，显气孔率15～19%。2.如权利要求1所述的一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，其特征在于：所述的基质中还添加有碳化硅细粉或微粉。3.如权利要求1所述的一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，其特征在于：所述的碳化硅颗粒，是一种电熔原料，SiC质量分数≥98.0%，粒度范围为0.1～5mm，碳化硅颗粒的加入量为原料总质量的60%～85%。4.如权利要求1所述的一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，其特征在于：所述的镁铝尖晶石，是一种电熔原料或烧结原料，Al2O3+MgO的总质量分数≥99.0%，其中Al2O3的质量分数为65～90%，粒度范围为10～90μm，镁铝尖晶石的加入量为原料总质量的10%～35%。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红刚，李红霞，赵世贤，王刚，蔡斌利，杜一昊，王岚，
申请(专利权)人：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41