[发明专利]一种致密铝碳化硅质复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于以氧化铝系原料和碳化硅为基本原料的耐高温复合材料技术领域。尤其涉及一种致密铝碳化硅质复合材料及其制备方法。

背景技术

以前，炼铁高炉、出铁沟、铁水罐车(鱼雷罐)和铁水罐、混铁炉及化铁炉等冶炼、储存和运输高温铁水设备的内衬都是用耐火粘土砖、高铝砖和Al₂O₃-SiC-C砖砌筑。随着强化冶炼和以脱硫为主的铁水预处理等冶金新技术的应用，加剧了铁水对衬砖的冲刷作用，衬砖使用条件显著苛刻。造成粘土砖、高铝砖在使用过程中不单是逐渐熔蚀，更重要的是加剧了熔渣对衬砖的破坏作用，其原因是熔渣渗透→砖内反应产生变质层→砖层性质劣化引起结构性分层剥落破坏，因此，防止熔渣的渗透就成了主要问题。

在耐火砖中引入石墨和SiC可有效防止熔渣的渗透，于是Al₂O₃-SiC-C砖(JP平1-320265、JP平2-51474、JP平1-528246)就被广泛应用。这种砖在还原气氛条件下具有很好的使用效果，但是在高温空气条件下石墨(C)容易被氧化，石墨被氧化后造成砖体疏松，疏松的砖层更容易渗渣、使砖的表层性质变坏，造成使用效果不好。人们采取了很多措施防止石墨氧化，不仅增加了成本，而且没有解决根本问题。

国内也有一些厂家生产和应用Al₂O₃-SiC-C质耐火砖，但其生产方法都是按照传统耐火砖的生产工艺制作的，气孔率较大，抗渣的渗透性和侵蚀性不够好。例如“鱼雷车炉口用耐火材料”(CN98111216.1)专利技术，所述的耐火材料虽然在一定程度上降低了鱼雷罐车的耐火材料消耗，但没有解决石墨(C)的氧化问题，砖的强度也偏低。“铝铬碳化硅耐火砖”(CN200410032058.0)专利技术，该耐火砖虽抗氧化性好，抗铁、渣侵蚀性强，适于在铁水罐、鱼雷罐、混铁炉上使用，但该砖中的Gr₂O₃在高温下易气化挥发，对人体和环境有害。

发明内容

本发明的任务是提供一种能提高耐用性、强度高、气孔率低、孔径小、微结构好、不粘渣、有优良的耐侵蚀性和抗渣渗透性、抗高温铁水冲刷性能好和使用寿命长的致密铝碳化硅质复合材料及其制备方法。所制成的复合材料用于炼铁高炉中上部、出铁沟、混铁炉、铁水包、混铁车罐等。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：按重量百分含量计，先将50～80％的高铝矾土熟料、0～30％的白刚玉、5～30％的棕刚玉，5～25％的工业SiC和1～5％的活性铝硅质微粉混合，再外加上述混合料1～2.5％的结合剂和3～6％的水，搅拌或混碾10～25分钟，压制成型；然后经60～110℃×12～36小时干燥或经室内24～48小时自然干燥，1400～1470℃×4～8小时烧成。

其中：高铝矾土熟料的Al₂O₃含量≥85％，粒径为5～0mm；工业SiC的SiC含量≥93％，粒径为1～0mm；白刚玉的Al₂O₃含量≥97％，粒径为1～0mm；棕刚玉的Al₂O₃含量≥93％，粒径为3～0mm；活性铝硅质微粉的粒径为≤8μm；结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液粉、工业糊精粉中的一种以上。

由于本发明主要是采用工业SiC替代石墨(C)，不存在石墨(C)的氧化问题；SiC不仅是非常耐高温的材料，而且热膨胀率很低，可防止在使用中由于反复加热冷却产生内应力过大而引起衬砖的脆化和剥落。因此，适量的多加入工业SiC，可以提高砖的性能。另外，在高温下部分SiC氧化变成气态SiO迁移到砖的表层，又与高温空气反应氧化变成固态的SiO₂，可填塞衬砖的表面孔隙，使衬砖的表层致密化，阻止渣的渗透，同时，在高温条件下，表层SiC的氧化物与Al₂O₃反应还会形成一层保护膜，可阻止空气的渗入，减缓砖的蚀损，延长使用寿命，增强材料的耐用性。

因此，本发明所制备的致密铝碳化硅质复合材料，具有强度大、气孔率低、孔径小、微结构好、不粘渣的特点，砌筑在铁水包、鱼雷罐车、混铁炉、炼铁高炉内衬、高炉出铁沟等部位，用于冶炼、储存和运输铁水，具有强度高、安全性好、耐铁水冲刷能力强、抗高温渣的渗透和侵蚀性好、抗氧化、使用寿命长等优点，是一种适用于高温铁水系统相关设备的致密铝碳化硅质复合材料。

具体实施方式