一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件及其制造方法，由干料和占干料总量的重量百分比5.8～6.5%的水制备料浆，干料按重量百分比计包括45～55%的熔融石英、8～15%的金属硅粉、18～30%的氮化铝细粉、8～15%的氧化铝微粉和3～8%的纯铝酸钙水泥，氮化铝粉由金属铝粉、稀释剂和氮化促进剂NH4Cl合成，经振动成型，再经脱模、养护、干燥、按分段升温、多升温少保温的温度制度氮化烧成反应产生赛隆相最终得到成品；本发明专利技术采用氮化烧成在赛隆结合熔融石英预制件材料内部呈空间网状结构，具有高化学稳定性、抗铝水还原性、抗铝水冲刷性能、体积稳定性、抗热震稳定性、不易被铝水浸润和低膨胀特点，使用效果好、寿命长，更适宜于应用于铝水流槽上。

【技术实现步骤摘要】
一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件及其制造方法
本专利技术涉及一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件及其制造方法，属于铝加工工业用耐火材料

技术介绍
铝水流槽所用的耐火材料广采应用了预制件，因为流经流槽的铝水有一系列物理和化学特性，它和流槽用耐火材料预制件相接触的部分相互作用，导致流槽的寿命缩短和损毁，这就要求铝水流槽用耐火材料预制件满足以下要求：（1）有良好的化学稳定性：铝水化学活性高，它同耐火材料流槽相接触的温度，约750℃下，起强还原剂作用，材料中的SiO2、TiO2、FeO等氧化物要被铝还原，所产生的杂质致使产品的重量受到影响，所以流槽用预制件必须具有很高的化学稳定性；（2）有良好的抗冲刷性：铝水在流槽内持续流动，与其接触的耐火材料要不断受到的冲刷和磨损，所以要求流槽所用耐火材料必须具有很高的机械强度和硬度；（3）有较高的致密度和体积稳定性：铝水粘度小流动性极好，在７５０℃时的粘度仅为1.04厘泊，与20℃时水的粘度相当接近,这就是其易向耐火材料内部渗透和发生化学反应的主要原因，所以铝水流槽用耐火材料预制件要有较高的致密度和体积稳定性；（4）不易被铝水浸润：流槽耐火材料不被铝水浸润，也就是说流槽耐火材料不粘铝。这样，铝水就更难渗透到耐火材料内部，从而进一步降低了化学反应和裂纹扩展的可能,润湿能力愈差，愈有利；（5）抗热震稳定性好：铝水和流槽预制件接触表面，尤其是铝水表面分界线附近，热交换频繁温度起伏较大，若流槽用耐火材料的抗热震稳定性不佳，则极易产生裂纹和裂纹扩展，铝水会在短期内渗透到耐材内部，导致预制件不同程度的损毁。目前铝水流槽用耐火材料预制件主要有两大类，就是熔融石英和矾土基耐火材料预制件，它们材质不同、实现的工艺方法类似，各自都存在明显的缺陷,具体如下：（1）熔融石英流槽预制件及制造工艺方法：通常采用熔融石英颗粒和细粉为主要原料，辅以如活性氧化铝微粉硅灰的微粉，铝酸钙水泥，有的会加入防渗透剂，与适量水经过一定时间的搅拌，投入模具中振动成型，经脱模、养护、干燥、烧成而成；以熔融石英为主要成分的流槽预制件热震稳定性很好，热膨胀很小，在使用过程中由于热胀冷缩引起的体积变化非常之小，所以体积稳定性和抗热震稳定性非常好，然而因为熔融石英的密度偏小、硬度低、SiO2含量高和对铝水的浸润，造成该类流槽强度较差、较容易受到化学侵蚀、抗铝水冲刷性较差，虽然在控制熔融石英含量的基础上，通过加入部分添加剂能够对强度、致密性、对铝水的液浸性产生一定改善，但表现仍然不佳。（2）矾土基流槽预制件及制造工艺方法：一般采用铝矾土颗粒和细粉或合成料为主要原料，辅以如活性氧化铝微粉硅灰的微粉，铝酸钙水泥，有的会加入防渗透剂，与适量水经过一定时间的搅拌，经模具成型、脱模、养护、干燥、烧成而成；因为这类铝水流槽预制件以高铝矾土类原料为主要成分，密度大、硬度较高、强度好、抗铝水冲刷性也要优于熔融石英铝水流槽预制件，但同时较高的膨胀系数也使该类流槽体积稳定性变差，采用矾土原料使其杂质成分复杂化，受到化学侵蚀的机会增加，能够被铝水浸润也是一大硬伤。综上，两类铝水流槽耐火材料虽然也能不同程度地满足使用且各自具有一定的优点，但具有各自材料的化学稳定性、被铝水浸润性等共性缺陷外，也具有各自性能短板，由于材料本身性质所决定，在流槽预制件本身的材料范围内很难做到改善。现有技术中虽揭示了一些复合熔融石英耐火材料，如专利CN105541311A提供了一种多晶硅铸锭用氮化硅结合熔融石英坩埚的制备方法，用原位固化成型工艺、氮化烧成制备氮化硅结合熔融石英坩埚，用一定粒度和纯度的粉料做原料,配制含有有机单体、交联剂、水和粉体的悬浮浆料,加入适量引发剂,搅拌均匀,对料浆除气处理,倒入石膏模具中,静置固化,坯体干燥养护,在氮气气氛下烧成得到制品，但氮化硅作为石英复合材料添加，在致密度和体积稳定性上较差，专利CN105294121A提供了一种抗热震的轻质耐火骨料，采用氧化铝、电熔镁砂、石英砂、塞隆粉、碳化硅微粉、α-Al2O3微粉等原料通过制浆烧结制成，然而成分复杂，且作为保温材料使用，均无法实际应用于铝加工工业的铝水流槽中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件及其制造方法，采用氮化烧成在赛隆结合熔融石英预制件材料内部呈空间网状结构，具有高化学稳定性、抗铝水还原性、抗铝水冲刷性能、体积稳定性、抗热震稳定性、不易被铝水浸润和低膨胀特点，使用效果好、寿命长，更适宜于应用于铝水流槽上。本专利技术是通过如下的技术方案予以实现的：一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件，包括干料和占干料总量的重量百分比5.8～6.5%的水制备的料浆，所述干料包括按重量百分比计45～55%的熔融石英、8～15%的金属硅粉、18～30%的氮化铝细粉、8～15%的氧化铝微粉和3～8%的纯铝酸钙水泥。上述一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件，其中，所述氮化铝粉的重量百分比含量为18～30%，所述氮化铝粉由重量百分比含量为99.5%的金属铝粉与稀释剂和氮化促进剂NH4Cl按重量比1：1：0.3反应制成，所述稀释剂为粒径3μm的Al2O3微粉。一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其方法如下：（1）合成氮化铝粉：将金属铝粉、稀释剂和氮化促进剂NH4Cl加入真空氮化炉内按反应式（1）Al（s）+N2（g）===AlN（g），反应得到氮化铝粉体，除去杂质得到高纯度的氮化铝细粉；（2）将熔融石英、金属硅粉、步骤（1）制得的氮化铝细粉、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥搅拌混合均匀后得干料，加入水搅拌混合得料浆；（3）将步骤（2）得到的料浆置于模具中振动成型，再经脱模、养护、干燥、氮化烧成，氮化烧成过程中按反应式（2）3Si（s）+2N2（g）===Si3N4（g）和反应式（3）（6-x）Si3N4（s）+xAlN（s）+xAl2O3（g）===3Si6-zAlzOzN8-Z（g），反应产生塞隆相，最终得到赛隆结合熔融石英预制件。上述一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其中，步骤（1）中，所述稀释剂为粒径3μm的Al2O3微粉，所述金属铝粉、稀释剂和氮化促进剂NH4Cl的重量比为1：1：0.3。上述一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其中，步骤（2）中按重量百分比计，所述熔融石英为45～55%，金属硅粉为8～15%，氮化铝细粉为18～30%，氧化铝微粉8～15%，纯铝酸钙水泥3～8%，水占干料总量的重量百分比为5.8～6.5%；所述熔融石英为重量百分比含量为99.6%以上的熔融石英，所述金属硅粉为重量百分比含量99.99%的金属硅粉，所述氧化铝微粉为重量百分比含量为98.5%氧化铝微粉，所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的重量百分比含量为80%，搅拌时间为10～15min。上述一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其中，步骤（3）中氮化烧成的具体步骤如下：a）抽真空：按分段升温、多升温少保温的温度制度加热氮化窑炉，在800℃前抽真空处理，使氮化窑炉内部压力控制在-0.1个大气压，温度达到800℃后停止抽真空；b）充氮气：向氮化炉内充入纯度为99.9995%的氮气，控制炉内压力为0.08～0.1MPa；c）进行氮化烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件，其特征为，包括干料和占干料总量的重量百分比5.8～6.5%的水制备的料浆，所述干料包括按重量百分比计45～55%的熔融石英、8～15%的金属硅粉、18～30%的氮化铝细粉、8～15%的氧化铝微粉和3～8%的纯铝酸钙水泥。

【技术特征摘要】
1.一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件，其特征为，包括干料和占干料总量的重量百分比5.8～6.5%的水制备的料浆，所述干料包括按重量百分比计45～55%的熔融石英、8～15%的金属硅粉、18～30%的氮化铝细粉、8～15%的氧化铝微粉和3～8%的纯铝酸钙水泥。2.如权利要求1所述的一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件，其特征为，所述氮化铝粉的重量百分比含量为18～30%，所述氮化铝粉由重量百分比含量为99.5%的金属铝粉与稀释剂和氮化促进剂NH4Cl按重量比1：1：0.3反应制成，所述稀释剂为粒径3μm的Al2O3微粉。3.一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其特征为，其方法如下：（1）合成氮化铝粉：将金属铝粉、稀释剂和氮化促进剂NH4Cl混合均匀，置于真空氮化炉内按反应式（1）Al（s）+N2（g）===AlN（g），反应得到氮化铝粉体，除去杂质得到高纯度的氮化铝细粉；（2）将熔融石英、金属硅粉、步骤（1）制得的氮化铝细粉、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥搅拌混合均匀后得干料，加入水搅拌混合得料浆；（3）将步骤（2）得到的料浆置于模具中振动成型，再经脱模、养护、干燥、氮化烧成，氮化烧成过程中按反应式（2）3Si（s）+2N2（g）===Si3N4（g）和反应式（3）（6-x）Si3N4（s）+xAlN（s）+xAl2O3（g）===3Si6-zAlzOzN8-Z（g），反应产生赛隆相，最终得到赛隆结合熔融石英预制件。4.如权利要求3所述的一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其特征为，步骤（1）中，所述稀释剂为粒径3μm的Al2O3微粉，所述金属铝粉、稀释剂和氮化促进剂NH4Cl的重量比为1：1：0.3。5.如权利要求3所述的一种铝水流槽用赛隆结合熔融石英预制件的制造方法，其特征为，步骤（2）中按重量百分比计，所述熔融石英为45～55%，金属硅粉为8～15%，氮化铝细粉为18～30%，氧化铝微粉8～15%，纯铝酸钙水泥3～8%，水占干料...

【专利技术属性】
技术研发人员：何胜平，韩学强，
申请(专利权)人：镇江市中铸耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32