專利名稱：一種鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于耐火材料技術領域。尤其涉及一種鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料及制備方法。
背景技術：
鋼包用透氣塞是向鋼水吹氣裝置的主要部件之一，其使用部位條件最苛刻，不僅要作為結構材料承受使用過程中的熱沖擊、鋼液攪拌過程中產(chǎn)生的巨大沖刷蝕損以及高溫熔渣的侵蝕，還要發(fā)揮賦予它的透氣功能。一般來說，不同煉鋼廠采用的透氣塞材質(zhì)也不盡相同，如剛玉尖晶石、剛玉莫來石、高鋁剛玉、鉻剛玉等。鋯-莫來石質(zhì)和剛玉質(zhì)的高溫結構強度差，抗沖刷能力弱，影響其使用壽命。高鋁-剛玉質(zhì)的熱穩(wěn)定性好，使用壽命長，但沖刷與熔蝕損耗也大(范天錫等.直通多孔型透氣磚在60t精煉鋼包的試用[J].鋼鐵，1989，24(6)26～29)。鉻剛玉材料因其具有優(yōu)異的物理化學性能如抗化學侵蝕性、抗熱震性和耐磨性而成為廣泛應用的材質(zhì)之一，但是鉻元素的存在嚴重污染了生態(tài)環(huán)境(吳愛軍等，鉻剛玉磚的性能與應用[J].耐火材料，2001，35(3)165～166)。因此尋找和開發(fā)新一代環(huán)境友好且性能優(yōu)良的透氣塞用材料成為人們研究熱點。
近十幾年來，由于非氧化物具有優(yōu)良的抗熱震性、導熱性、抗熔融金屬侵蝕性和耐磨性等特點而在耐火材料領域得到大量應用，尤以碳化硅、氮化硅和賽隆為代表。如“一種精煉鋼包用狹縫式透氣磚用耐火材料及制作方法”(CN02137247.3)專利技術，按β-sialon的分子式所需的化學配比，選擇合適的氧化物、氮化物與SiC顆粒，以一定比例配合混料壓制成型、燒結而成，使用壽命遠遠超過普通耐火材料。在賽隆結合碳化硅耐火材料的表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯裂紋，也沒有發(fā)現(xiàn)與熔化生鐵的相互作用。可見其抵抗鋼水滲透和鋼渣或金屬氧化物腐蝕的有效性。但所涉及的制品原料，如AlN和助燒劑稀土化合物Y2O3價格昂貴，機壓成型方式不適宜復雜形狀加工，處理制品所需溫度高，因此其生產(chǎn)成本高，工藝復雜，大規(guī)模生產(chǎn)受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是提供一種工藝簡單、成本適中、處理溫度低的鋼包透氣塞用賽隆/氮化硅/剛玉復相耐火材料制備技術，所制備的耐火材料應具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性、抗鐵水熔損性、抗熱震穩(wěn)定性、耐磨性且吹成率高、對環(huán)境友好。
為完成上述任務，本發(fā)明所采用的技術方案是將剛玉顆粒和細粉、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、純鋁酸鈣水泥、分散氧化鋁混合，外加減水劑和水，經(jīng)攪拌、成型、干燥、分段保溫燒成。
上述的各組分重量百分比是剛玉為65～75％、金屬硅粉為5～12％、氧化鋁微粉為3～10％、二氧化硅微粉為1～5％、純鋁酸鈣水泥為0～8％、分散氧化鋁為0～10％，外加減水劑為0～1％、水為4～6％。
所述的剛玉為致密剛玉或棕剛玉，在65～75％的剛玉中，其顆粒級配及其重量比是8～5mm為20～30％、5～3mm為15～20％、3～1mm為10～15％、1～0mm為5～10％、小于0.088mm為5～10％。減水劑為磷酸鈉。
本發(fā)明的工藝條件是混合攪拌，采用振動成型方式，澆注成透氣塞預制件。干燥后在氮氣氣氛下進行氮化和燒成，所用氮氣為工業(yè)氮氣，燒成溫度為室溫～1500℃。分段保溫是在1000～1300℃條件下保溫12～24小時，然后升溫到1400～1500℃，在此條件下保溫5～10小時，升溫速率為0.5～1℃/分。
由于采用上述技術方案，本發(fā)明具有工藝簡單、處理溫度低、原料價格便宜的特點，所生產(chǎn)的賽隆/氮化硅/剛玉復相耐火材料具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性、抗鐵水熔損性、抗熱震穩(wěn)定性和耐磨性、制品對環(huán)境友好、性價比高。作為透氣塞材料，在不同噸位的鋼包上現(xiàn)場實際使用，比原有的鉻剛玉材料，使用壽命大大提高，使用次數(shù)高出一倍以上，并且每次出鋼后，無需燒氧吹通，吹成率達100％，縮短了鋼包精煉處理時間，達到了鋼水精煉的高效、安全、可靠和滿現(xiàn)場使用要求。
具體實施例方式
實施例1稱取一定量的電熔棕剛玉顆粒和細粉、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、純鋁酸鈣水泥。其重量百分比是金屬硅粉為6～10％、氧化鋁微粉為5～9％、二氧化硅微粉為2～5％、純鋁酸鈣水泥為1.5～6.5％、棕剛玉70～75％。其中，棕剛玉顆粒級配及其重量比為8～5mm占20～30％、5～3mm占15～20％、3～1mm占10～15％、1～0mm占5～10％、小于0.088占mm5～10％。
其工藝條件是將上述混合料放入混砂機中混合，同時加入0.3％的磷酸鈉減水劑和5％的水，攪拌2～3分鐘。在跳臺上振動30次，測定流動值高于120mm后澆注成型。自然養(yǎng)護12小時，脫模，于烘箱中在110℃干燥24小時，在氮化爐內(nèi)氮氣氛下燒成。燒成溫度范圍為室溫～1450℃，所用氮氣為工業(yè)氮氣。分段保溫是在1100～1200℃保溫15～18小時，然后升溫到1400～1450℃保溫6～9小時，升溫速率為0.5～1℃/分。
經(jīng)X射線衍射測試制品中的主要物相為β-賽隆、氮化硅相、剛玉相和少量的o’-賽隆相，其中氮含量3～5％。檢測其性能為體積密度3.2～3.32g/cm3，顯氣孔率13～14％，耐壓強度高于120Mpa，高溫抗折強度13～30Mpa。
實施例2稱取一定量的電熔致密剛玉顆粒和細粉、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、分散氧化鋁。其重量百分比是金屬硅粉為6～10％、氧化鋁微粉占5～9％、二氧化硅微粉占2～5％、分散氧化鋁占1.5～6.5％、致密剛玉占70～75％。其中，致密剛玉顆粒級配及其重量比為8～5mm占20-30％、5～3mm占15～20％、3～1mm占10～15％、1～0mm占5～10％、小于0.088mm占5～10％。
其工藝條件是將上述混合料放入混砂機中混合，同時加入0.3％的磷酸鈉減水劑和5％的水，攪拌2～3分鐘。在跳臺上振動30次，測定流動值高于120mm后澆注成型，自然養(yǎng)護12小時，脫模，置于烘箱中在110℃干燥24小時，在氮化爐內(nèi)氮氣氛下燒成。燒成溫度范圍為室溫～1500℃，所用氮氣為工業(yè)氮氣。分段保溫是在1200～1300℃保溫10～15小時，然后升溫到1450～1500℃保溫6～9小時，升溫速率0.5～1℃/分。
處理完畢，經(jīng)X射線衍射測試制品中的主要物相為β-賽隆、氮化硅相、剛玉相和少量的o’-賽隆相，其中氮含量3～5％。檢測其性能為體積密度3.25～3.32g/cm3，顯氣孔率13～14％，耐壓強度高于120Mpa，高溫抗折強度13～30Mpa。
權利要求
1.一種鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于將剛玉顆粒和細粉、金屬硅粉、氧化鋁微粉、二氧化硅微粉、純鋁酸鈣水泥、分散氧化鋁混合，外加減水劑和水，經(jīng)攪拌、成型、干燥、分段保溫燒成。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的各組分重量百分比是剛玉為65～75％、金屬硅粉為5～12％、氧化鋁微粉為3～10％、二氧化硅微粉為1～5％、純鋁酸鈣水泥為0～8％、分散氧化鋁為0～10％，外加減水劑為0～1％、水為4～6％。
3.根據(jù)權利要求2所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的剛玉為致密剛玉或棕剛玉，在65～75％的剛玉中，其顆粒級配及其重量比是8～5mm為20～30％、5～3mm為15～20％、3～1mm為10～15％、1～0mm為5～10％、小于0.088mm為5～10％。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的成型是采用振動成型方式，澆注成透氣塞預制件。
5.根據(jù)權利要求1所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的燒成是干燥后在氮氣氣氛下進行氮化和燒成，所用氮氣為工業(yè)氮氣，燒成溫度為室溫～1500℃，分段保溫是在1000～1300℃條件下保溫12～24小時，然后升溫到1400～1500℃，在此條件下保溫5～10小時，升溫速率為0.5～1℃/分，。
6.根據(jù)權利要求1所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法，其特征在于所述的減水劑為磷酸鈉。
7.根據(jù)權利要求1～6所述的鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料的制備方法制備的耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼包透氣塞用賽隆剛玉質(zhì)耐火材料及制備方法。其技術方案是按重量比將剛玉為65～75％、金屬硅粉為5～12％、氧化鋁微粉為3～10％、二氧化硅微粉為1～5％、純鋁酸鈣水泥為0～8％、分散氧化鋁為0～10％的混合料混合，外加0～1％的減水劑和4～6％的水。經(jīng)攪拌、振動成型后澆注成透氣塞預制件。干燥后直接在氮氣氣氛下進行氮化和燒成，溫度為室溫～1500℃，分段保溫是在1000℃～1300℃條件下保溫12～24小時，然后升溫到1400～1500℃，在此條件下保溫5～10小時，升溫速率為0.5～1℃/分。本發(fā)明制備工藝簡單、處理溫度低、原料價格便宜，所制備的耐火材料具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性、抗鐵水熔損性、抗熱震穩(wěn)定性和耐磨性且吹成率高。
文檔編號C04B35/626GK1740115SQ20041006076
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權日2004年8月25日
發(fā)明者李亞偉, 金勝利, 李楠 申請人:武漢科技大學