[发明专利]高炉风口碳化硼陶瓷衬套及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火陶瓷材料类，具体涉及高炉炼铁过程中使用的高炉风口碳化硼陶瓷衬套。

背景技术

高炉风口位于高炉内，使用环境十分恶劣，要承受高温热风(1000～1250℃)冲刷，1500℃左右的渣铁以及高速循环运动的炽热物料(主要是焦块)的撞击和冲刷；风口外表面要承受来自回旋区2 000℃左右的高温辐射以及1000℃以上的气流、渣铁的对流换热；风口衬套则要承受因内外温差悬殊所引起的热应力；在喷吹煤粉的情况下，风口衬套还要受到高速煤粉的磨蚀。随着高炉向着大型、高效及长寿化的方向发展，高炉定修周期逐渐延长，而风口衬套的使用寿命直接影响着高炉的定修周期，因此研制更耐用、长寿的风口衬套，对缩短高炉休风时间，提高高炉生产效率有着重大意义。

目前高炉风口衬套有采用紫铜、纯铜铸造的，有高铝质的、有铝锆质的，有氮化硅结合碳化硅质的，还有在风口衬套表面喷涂一层耐磨耐热材料的。而在风口衬套使用环境下，喷涂耐热耐磨涂料的风口衬套高温性能差，且涂层易脱落；高铝质风口衬套强度、耐磨性能差；铝锆质风口衬套制备工艺复杂；而采用紫铜、纯铜铸造或氮化硅结合碳化硅制备的风口衬套成本高。

发明内容

    本发明所要要解决的技术问题是提供致密度高，耐磨性能好，韧性好，使用寿命长的高炉风口碳化硼陶瓷衬套及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

高炉风口碳化硼陶瓷衬套，其特征在于：它由按重量百分数计为碳化硼70~89.8%、活性炭5~20%、氧化铝5~20%、金属铝0.1~0.2%、酚醛树脂或葡萄糖0.1~0.5%的原料经配料、制浆、成型、干燥、烧结、精整而制得。

高炉风口碳化硼陶瓷衬套的制备方法，包括以下步骤：

配料：按上述配比准备原料，优选控制碳化硼粒径≤1μm，活性碳、氧化铝和金属铝原料粒径均≤45μm；

制浆：取碳化硼、活性碳、氧化铝和金属铝，球磨，然后加入有机结合剂，混匀；

成型：在压力机上成型，制得胚体；

干燥：将胚体自然干燥；

烧结；将干燥后的胚体于真空热压炉中1950~2100℃真空热压烧结，烧结压力为20-40 MPa，烧结时间为0.5~3小时；

精整：将烧结后的胚体通过喷丸或者打磨，去除表面不平整的地方，即得高炉风口碳化硼陶瓷衬套。

按上述方案，所述的球磨时间为3~10小时。

按上述方案，所述的成型压力为30~50MPa。

本发明利用碳化硼良好的物理、化学性能和力学性能，近乎恒定的高温硬度、高模量、高耐磨性、抗氧化性、耐酸碱性强等特点，采用碳化硼作为风口衬套的主要基质；同时考虑到碳化硼陶瓷烧结温度过高、难以致密化及韧性低等缺点，通过引入金属铝及有机结合剂酚醛树脂或葡萄糖，利用金属铝韧性好、熔点低等特点，使其高温熔化渗入空隙中，并以氧化铝、活性碳为烧结添加剂（未引入除C，B以外的第三元素），借助氧化铝、活性碳与碳化硼发生反应生成低熔点相，降低碳化硼陶瓷的烧结温度，从而在较低温度下获得了致密度高、耐磨性能好、韧性好的碳化硼陶瓷风口衬套。除此，本发明在球磨机中进行混料，一方面可提高原料的混合均匀性，另一方面还可减小原料的粒径，促进烧结。

本发明的有益效果：

本发明制备的高炉风口碳化硼陶瓷衬套为碳化硼复合陶瓷材料，致密度高，耐磨性能好，韧性好，抗氧化性、抗侵蚀性好，使用寿命≥6个月，从而无需频繁更换衬套，降低生产成本，而且选用的原料普遍易得，加工制造方便。

具体实施方式

下面结合以下实例对本发明的发明内容做更详细的描述。这些实例仅仅是对本发明最佳实施方案的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

将按重量百分比计为粒径≤1μm的碳化硼75%、粒径≤45μm的活性碳5%、粒径≤45μm的氧化铝19.8%、粒径≤45μm的金属铝0.1%的原料放入球磨机中球磨3小时，在球磨后的粉料中加入0.1%的酚醛树脂，混匀，然后在压力机上成型制得胚体，成型压力35MPa，将制得的胚体自然干燥12小时后放入1950℃的真空热压炉中真空热压烧结2h，烧结压力为20Mpa。

实施例2