一种高炉用硅-刚玉-高钛莫来石复合耐火材料及其制备方法技术

一种高炉用硅

【技术实现步骤摘要】
一种高炉用硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于耐火材料
具体涉及一种高炉用硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢铁工业是国民经济发展的基础性产业，而高炉炼铁是目前炼铁的主要方式。我国钢铁产量逐年增长，因此高炉长寿化、大型化是炼铁工作者要实现的主要目标。而高炉炉衬材料是影响高炉寿命的重要因素。高炉炉衬要不断经受铁水以及熔渣的侵蚀，这就要求炉衬材料具有良好的抗侵蚀、抗热震等性能，而传统的氧化物耐火材料已经很难满足需求。
[0003]随着洪彦若过渡塑性相工艺的提出，将金属加入到耐火材料中原位生成性能优异的非氧化物已经在高炉炼铁以及连铸滑板等高温领域已经取得了显著成效。将金属Si作为原料加入到耐火材料中，会原位生成SiC、mullite以及Sialon等非氧化物。SiC、mullite以及Sialon具有优异的高温稳定性以及优异的力学性能和抗热震性可以显著提高复合材料的性能。目前高炉本体用耐火材料仍以Sialon
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SiC以及Sialon
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Al2O3为主。
[0004]近年来，高炉炼铁生产实践表明，添加含钛物料有良好的护炉效果。护炉机理是炉缸炉底生成了性能优异的Ti(C,N)。Ti(C,N)是TiN和TiC的连续固溶体，兼具TiN和TiC的优点，具有高熔点、高硬度，是一种性能优良的非氧化物耐火材料，Ti(C,N)在炉缸炉底沉积，形成凝铁层，从而有效阻挡了铁水以及炉渣对炉缸内衬的侵蚀，延长高炉使用寿命。含钛物料的加入方式主要有三种，从炉顶随炉料加入，从风口加入，在泡泥中加入，但是目前高炉中比较常用的方式是从炉顶随炉料加入。TiO2被还原溶于铁水中形成Ti，当温度降低时与C、N形成Ti(C,N)固溶体析出沉积在炉缸内衬上，但是此种方法用料大，而且当停止加入含钛物料时，Ti(C,N)保护层的形成就会停止，炉缸炉底安全隐患仍未消除。本专利技术针对传统的炉衬材料刚玉
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莫来石的较差的抗炉渣侵蚀性能，利用过渡塑性相工艺，将金属硅作为原料加入到耐火材料中，原位生成具有优异性能的非氧化物增强相，并且无需额外加入钛源，电熔莫来石原料中的Ti2O3原位生成具有明显护炉效果的Ti(C,N)，从而有效提高复合材料的抗热震性能以及抗侵蚀性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在将金属Si作为原料加入到耐火材料中，金属Si参与反应原位生成性能优异的非氧化物增强相(SiC、O
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Sialon)，并且不需额外添加钛源，利用高钛电熔莫来石原料中的Ti2O3原位生成具有明显护炉效果的Ti(C,N)固溶体，从而赋予复合材料优异的抗侵蚀以及抗热震性能，进而延长高炉使用寿命。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种高炉用硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为1～12％的金属硅粉、25～40％的高钛电熔莫来石、48～74％的板状刚玉，外加上述原料总量的3％的树脂粉与乙二醇为结合剂；其中高钛电熔莫来石原料分为细粉和颗粒，
原料中Ti2O3含量为5～8％；板状刚玉粒度分三种。
[0008]所述金属硅粉粒度为0～45μm；所述高钛电熔莫来石粉粒度及对应重量百分比如下：23～32％粒度为0～75μm的高钛电熔莫来石细粉；所述高钛电熔莫来石颗粒粒度及对应重量百分比如下：2～8％粒度为1～4mm的电熔莫来石颗粒；所述板状刚玉粒度及对应重量百分比如下：18～44％粒度为1～4mm的刚玉颗粒，10％粒度为0.5～1mm的刚玉颗粒，20％粒度为0～0.5mm的刚玉颗粒。
[0009]所述的高炉用高性能硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料的制备方法，其特征在于：将原料按配比配料后，混合均匀后经混炼得到泥料，然后压制成型，在1100～1450℃、N2气氛且有固态碳存在的条件下，烧结6～12h即制成本专利技术产品。
[0010]本专利技术的技术关键点在于：
[0011]本专利技术充分利用了电熔莫来石原料中的Ti2O3在高温低氧分压下容易向非氧化物Ti(C,N)转变、并且在转变的同时会释放出O2进而成为试样内部调节氧分压的氧源的特点。金属硅可以消耗O2，从而造就一个低氧分压的环境，试样内部的Ti2O3向Ti(C,N)转变，同时释放出O2，O2被Si3N4捕获，与Al2O3固溶形成O
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Sialon。高炉用耐火材料若含有Si3N4，在铁水存在的条件下Si3N4会变的不稳定，从而不利于高炉的长寿化发展。在烧结过程中，电熔莫来石原料中的Ti2O3原位生成了具有明显护炉效果的Ti(C,N)，并且在高温低氧分压时，成为试样内部的氧源，Si3N4转化生成了O
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Sialon，O
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Sialon具有优异的抗氧化性能，并且更加稳定，因此有利于高炉的长寿化发展。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的积极效果：
[0013]1、本专利技术以含高钛的电熔莫来石为原料，其中钛主要以Ti2O3的独立相存在，因此无需另加钛源，就可在复合材料中原位生成具有明显护炉效果的Ti(C,N)固溶体，具有较低的生产成本。
[0014]2、本专利技术将金属Si作为原料加入到耐火材料中，在复合材料中原位生成性能优异的SiC、O
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Sialon非氧化物增强相，从而赋予复合材料优异的抗热震以及抗侵蚀性能。其中O
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Sialon的形成机理是，在高温低氧分压之下，Ti2O3向更加稳定的Ti(C,N)转变，同时释放出O2，进而成为试样内部的氧源，Si3N4捕获O2生成Si2N2O，与刚玉固溶形成O
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Sialon。
[0015]3、本专利技术制备的硅
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刚玉
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高钛莫来石复合材料为功能梯度材料，材料内部存在游离硅，能够降低材料的气孔率，产品外部受到侵蚀时，游离硅仍可继续发挥塑性相作用，赋予材料“自修复”与“自增强”的效果。
[0016]4、本专利技术采用不同的粒度配比，有利于成型与烧结，从而获得结构致密的耐火材料。
[0017]本专利技术的优点是：该产品具有优良的物理性能指标：显气孔率10～20％、体积密度2.70～3.05g/cm3、常温耐压强度70～230MPa，产品中主要增强相为SiC、O
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Sialon以及Ti(C,N)，具有良好的抗热震性能、抗侵蚀性能。
具体实施方式
[0018]实施例1：一种高炉用高性能硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：33％粒度为4
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1mm的板状刚玉，10％粒度为1
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0.5mm的板状刚玉，20％粒度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高炉用硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为1～12％的金属硅粉、25～40％的高钛电熔莫来石、48～74％的板状刚玉，外加上述原料总量的3％的树脂粉与乙二醇为结合剂；其中高钛电熔莫来石原料分为细粉和颗粒，原料中Ti2O3含量为5～8％；板状刚玉粒度分三种。2.根据权利要求1所述的一种高炉用硅
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刚玉
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高钛莫来石复合耐火材料，其特征在于：所述金属硅粉粒度为0～45μm；所述高钛电熔莫来石粉粒度及对应重量百分比如下：23～32％粒度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，岳茜，马晨红，李红霞，
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：