專利名稱：一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料及制作方法，更確切地說涉及二次精煉鋼包中使用的透氣磚用的耐火材料及制作方法。在精煉鋼包中通過透氣磚用吹入氬氣，以加速精煉時的冶煉反應(yīng)、均勻鋼水和成份，并去除夾雜物和提高合金收得率。屬于煉鋼用耐火材料領(lǐng)域。
例如，國外耐火材料2001年第1期報道了鋼包用長壽命狹縫式透氣塞的開發(fā)，結(jié)果表明，在板狀A(yù)l2O3基材料中，加入高鋁骨料能夠在其周圍形成大約0.05毫米寬的縫隙，它能釋放材料內(nèi)部的熱應(yīng)力，鈍化裂紋尖端，使裂紋尖端分叉，從而減慢裂紋擴展的速度，提高耐火材料的抗熱震性，高鋁骨料的最佳含量約為30wt％，太低則效果不明顯，太高則燒成收縮太大，引起變形。雖然文章介紹了尋找諸性能的最佳平衡，但由于高鋁骨料周圍的縫隙而使抗侵蝕性能有所降低。
除了上述Al2O3材質(zhì)為基材外，國內(nèi)外許多研制者的目光均投向非氧化物類的氮化硅材質(zhì)。Si3N4陶瓷是一種先進的工程結(jié)構(gòu)材料，具有較高的室溫強度和高溫強度、高硬度、良好的耐磨蝕能力和抗氧化性及抗熱沖擊性能，是結(jié)構(gòu)陶瓷材料中綜合性能優(yōu)良、最有希望替代鎳基合金的材料。近十多年來，開發(fā)的氮化硅材質(zhì)澆注料、氮化硅結(jié)合剛玉耐火材料頗受關(guān)注和青睞。研究表明前者抗壓強度比較低，而且較大制品的氮化比較困難，易產(chǎn)生“夾生”現(xiàn)象，成型時如何控制透氣槽的形成是一技術(shù)難題；后者在硅粉直接氮化過程中，燒結(jié)助劑的組成和用量以及燒結(jié)制度對能否形成氮化硅結(jié)合剛玉耐火材料將是至關(guān)重要的。如控制不好，將會形成氧氮化硅(Si2N2O)結(jié)合剛玉耐火材料而不是氮化硅剛玉耐火材料。同時這二種工藝均依靠燒結(jié)助劑在高溫下形成液相實現(xiàn)致密化的，因而必然降低其高溫性能和引起燒成過程中的收縮變形。
Sialon(賽隆)是存在于Si-Al-O-N和有關(guān)系統(tǒng)中物相的簡稱，它有α、β、o′、χ及AlN多型體等多種晶相。其中，β-Sialon(Si6-zAlzOzN6-z)(z＝O～4.2)被認(rèn)為是Si3N4-SiO2-AlN-Al2O3系統(tǒng)中力學(xué)性能優(yōu)于其他物相的一個重要的化合物。它不但具有良好的室溫抗折強度和硬度、抗氧化性、抗熱震性和耐磨性和高溫力學(xué)性能。Sialon結(jié)合的耐火材料的使用范圍正逐步擴大，從1986年以來，世界上已有十多座高爐使用Sialon-Si3N4結(jié)合的耐火材料，成為高爐用耐火材料的第二代產(chǎn)品，它具有比Si3N4結(jié)合耐火材料更優(yōu)良的物理和化學(xué)性能。
發(fā)明目的由于透氣磚的工況條件要求苛刻，普通耐火材料不能勝任透氣磚的使用要求和使用壽命。本發(fā)明的目的在于尋找一種能夠符合透氣磚性能要求的材質(zhì)，即提供一種賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料及制作方法，使其可以滿足精煉鋼包用狹縫式透氣磚需要。
本發(fā)明的目的是通過下述方式的不是先合成β-Sialon，然后再與SiC顆粒結(jié)合制成β-Sialon結(jié)合碳化硅耐火材料，而是按β-Sialon的分子式所需的化學(xué)配比，選擇合適的氧化物、氮化物，與SiC顆粒以一定比例配制混料，壓制成型后經(jīng)反應(yīng)燒結(jié)，控制其升溫速率和反應(yīng)燒結(jié)溫度而制成所需的耐火材料。
本發(fā)明提供的精煉鋼包狹縫式透氣磚用用耐火材料，其特征在于1.耐火材料為β-Sialon結(jié)合的SiC，β-Sialon∶SiC＝1∶1(重量比)，具體β-Sialon的組成通式為Si6-zAlzOzN6-z，z＝3～4組成配比為

SiC的顆粒級配是

2.粘結(jié)劑為5wt％酚醛溶液，其添加量為外加總量的0.5～3wt％，水的添加量為總量的4～6wt％，具體加入量依配置量的多少而定。
3.采用干壓成型(壓強為1000～2000Kg/cm2)后，在80～120℃的烘房內(nèi)干燥24小時左右，然后在氮化爐中氮化，嚴(yán)格控制升溫速率和保溫時間，氮化溫度在1200～1400℃，保溫24小時。在Si粉氮化完全后生成氮化硅，燒結(jié)溫度升至1600℃并保溫2小時，使反應(yīng)生成的β-Si3N4相在Al2O3、Y2O3、AlN存在條件下轉(zhuǎn)化為β′-Sialon(Si6-zAlzOzN6-z)(z＝3～4)，從而制成賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料制品。表一、賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料的綜合力學(xué)性能

其SEM照片如

圖1所示，可以看出，SiC顆粒均勻分布在基體中，顆粒與基體結(jié)合緊密；XRD衍射圖譜示于圖2，可以清楚看出衍射圖中主要為SiC和Sialon衍射峰，而Sialon的Z值為3左右。
用本發(fā)明提供的賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料制得透氣槽為0.1～0.5mm，長度為420mm的透氣磚在1號和2號鋼包中進行試驗，通氣量(0.1MPa)為14.8Nm3/hr，試驗結(jié)果如下1號鋼包中進行的試驗，按規(guī)定使用了14爐，現(xiàn)場試驗時間為1640分鐘，現(xiàn)場試驗損耗的長度為60mm，殘厚為360mm。
2號鋼包中進行的試驗，按規(guī)定使用了18爐，現(xiàn)場試驗時間為2220分鐘，現(xiàn)場試驗損耗的長度為90mm，殘厚為330mm。
以上試驗的爐數(shù)是按試驗規(guī)定要求進行的，一般殘厚小于240mm時達到使用極限，所以按試驗結(jié)果推算，用賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料所制得的透氣磚用使用壽命可以達到20～30爐，遠遠超過普通耐火材料。同時對試驗后透氣磚進行檢驗與分析，在賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料的表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋，也沒有發(fā)現(xiàn)與熔化生鐵的相互作用。說明賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料所制得的透氣磚可以有效抵抗鋼水滲透和鋼渣或金屬氧化物的腐蝕。
圖2是本發(fā)明提供的賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料的XRD衍射圖譜。
實施例1(1)β-Sialon的具體組成配比為

(2)SiC顆粒的顆粒級配是

(3)球磨混合后，加入總量的2wt％粘結(jié)劑(以5wt％酚醛溶液的形式加入)和添加總量的5wt％水，再次混合均勻后，干壓成型(壓強為1500Kg/cm2)，在110℃的烘房內(nèi)干燥24小時左右，接著在氮化爐中氮化，嚴(yán)格控制控制升溫速率和保溫時間，Si氮化的溫度為1300℃，保溫24小時。氮化后將溫度升至1600℃并保溫2小時，此時反應(yīng)生成的β-Sialon在Al2O3、Y2O3、AlN存在條件下轉(zhuǎn)化為β-Sialon，并與SiC顆粒結(jié)合緊密，SiC顆粒均勻分布在β-Sialon基體中，從而制成賽隆結(jié)合碳化硅耐火材料，供精煉鋼包制作透氣磚用，其主要性能指標(biāo)列于表一，其SEM顯微照片和XRD衍射圖譜如圖1和圖2所示。
(4)制成的β-Sialon結(jié)合的SiC耐火材料，在實際鋼負(fù)中試驗結(jié)構(gòu)如上所述。
權(quán)利要求
1.一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料，其特征在于耐火材料的具體耐火材料組成為β-Sialon結(jié)合的SiC；β-Sialon∶SiC＝1∶1(重量)，其中β-Sialon的通式為Si6-zAlzOzN6-z，z＝3～4，碳化硅的顆粒級配(wt％)是20目，40-60；120目20-40；≤10u余量。
2.按權(quán)利要求1所述的一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料，其特征在于所述的β-Sialon的具體組成為(wt％)Si 40-50，Al2O320-60，Y2O35-20，余量為AlN。
3.按權(quán)利要求1所述的一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料的制作方法，包括配料混合，烘干干燥，氮化和燒結(jié)方法過程，其特征在于按β-Sialon的分子式所需的化學(xué)配比，選擇Si粉、氧化鋁、氧化釔和氮化鋁以及顆粒級配的SiC，以比例混料，壓制成型，Si粉氮化反應(yīng)燒結(jié)成β-Si3N4，然后在Al2O3、Y2O3、AlN存在的條件下轉(zhuǎn)化為β′-Sialon，制成賽隆結(jié)合的碳化硅耐火材料。
4.按權(quán)利要求3所述的一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料的制作方法，其特征在于具體工藝過程是(1)按通式Si6-zAlzOzN6-z中的Z＝3～4配比，稱取Si、Al2O3、AlN、Y2O3原料；(2)外加0.5～3wt％粘結(jié)劑和4～6wt％的水，混合粉料；干壓成型；(3)在氮化爐中氮化，氮化溫度在1200～1400℃，保溫24小時；在Si粉氮化完全后將燒結(jié)溫度升至1600℃并保溫2小時。
5.按權(quán)利要求3或4所述的一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料的制作方法，其特征在于粘結(jié)劑是以濃度為5wt％酚醛溶液形式加入的。
6.按權(quán)利要求3或4所述的一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料的制作方法，其特征在于所述粉料干壓成型的壓強為1000～2000Kg/cm2，干壓成型后，在80～120℃的烘房內(nèi)干燥24小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精煉鋼包狹縫式透氣磚用耐火材料及制作方法，屬煉鋼用耐火材料領(lǐng)域。其特征在于所述耐火材料為β－Sialon結(jié)合的SiC，二者重量比為1∶1，β－Sialon通式為Si
文檔編號C04B35/10GK1403412SQ0213724
公開日2003年3月19日 申請日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者孫興偉, 謝夢芹, 劉學(xué)建, 黃莉萍, 潘裕柏 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所