專利名稱：干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉企業(yè)所用的干熄焦爐斜道立柱制造材料，具體地指一種干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚及其制作方法。
背景技術(shù)：
干熄焦是鋼鐵冶煉企業(yè)在干熄焦爐中采用惰性氣體將紅焦降溫冷卻的一種熄焦方法。該方法能充分利用紅焦顯熱，明顯提高焦碳質(zhì)量，同時有效節(jié)約能源，大幅降低有害物質(zhì)排放，維護大氣環(huán)境。目前，在國內(nèi)處理能力120t/h以上的大型干熄焦系統(tǒng)中，影響產(chǎn)能發(fā)揮的限制性環(huán)節(jié)均為干熄焦爐斜道立柱破損。以武漢鋼鐵(集團)公司的干熄焦系統(tǒng)為例，其1#干熄焦系統(tǒng)設(shè)計焦碳處理能力為140t/h，從2003年12月投產(chǎn)到2006年3月期間，因干熄焦爐斜道立柱耐火磚破損而停爐檢修4次，共計150天?？蒲腥藛T通過對干熄焦爐斜道立柱耐火磚砌體的破損情況分析及破損試驗得知干熄焦爐斜道立柱既要承受上部砌體和焦碳的巨大荷載，又要承受焦碳蠕動的擠壓，以及300～1000℃溫度波動所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，其耐火磚的質(zhì)量是關(guān)鍵之一。然而，現(xiàn)有的大型干熄焦爐的斜道立柱砌體所采用的耐火磚多為莫來石—碳化硅磚，其理化指標如下表1所示表1莫來石—碳化硅磚的主要理化指標

從表1的理化指標可知上述莫來石—碳化硅質(zhì)耐火磚的物理性能較差，特別是最關(guān)鍵的理化指標如熱震穩(wěn)定性、高溫抗折強度、常溫耐壓強度等均不能適應(yīng)干熄焦爐斜道立柱部位復(fù)雜的工況條件要求。由于干熄焦爐斜道立柱所承受的上部砌體荷載大，故很容易造成該部位的耐火磚斷裂，從而導(dǎo)致斜道立柱開裂，使用壽命縮短，極大地限制了干熄焦系統(tǒng)產(chǎn)能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在從根本上解決干熄焦爐斜道立柱耐火磚容易疏松、斷裂、脫落等的缺陷，提供一種能大幅提高使用壽命的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，以及該高熱震耐磨磚的制作方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所研制的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，是以碳化硅(SiC)和四氮化三硅(Si3N4)為基本組份，添加微量稀土鑭系氧化物，配以適量無機粘結(jié)劑，經(jīng)混合、壓制、燒結(jié)而成的。該高熱震耐磨磚中的各組份重量百分比為碳化硅(SiC)62～80％，四氮化三硅(Si3N4)17～35％，無機粘結(jié)劑0.4～3％，稀土鑭系氧化物0.1～0.8％，三氧化二鐵(Fe2O3)雜質(zhì)小于1.0％。
上述高熱震耐磨磚中各組份較佳的重量百分比為碳化硅65～77％，四氮化三硅21～33％，無機粘結(jié)劑1.2～2.7％，稀土鑭系氧化物0.2～0.6％，三氧化二鐵雜質(zhì)小于0.8％。
上述高熱震耐磨磚中各組份最佳的重量百分比為碳化硅74％，四氮化三硅22.5％，無機粘結(jié)劑2.6％，稀土鑭系氧化物0.4％，三氧化二鐵雜質(zhì)0.5％。
上述高熱震耐磨磚中的稀土鑭系氧化物優(yōu)選氧化鐿、氧化鈰中的一種，或者是它們?nèi)我獗壤慕M合。
上述高熱震耐磨磚中的無機粘結(jié)劑優(yōu)選硫酸鋁Al2(SO4)3。
上述高熱震耐磨磚的制作方法，包括以下步驟1)按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅62～80％、四氮化三硅17～35％、無機粘結(jié)劑0.4～3％、稀土鑭系氧化物0.1～0.8％、三氧化二鐵雜質(zhì)小于1.0％的比例，準備好各種原料備用，原料顆粒的粒徑比例為2.5～1.0mm的占35～45％，1.0～0.5mm的占30～40％，0.5mm以下的占25～35％；2)先將準備好的基料碳化硅、四氮化三硅與微量添加劑稀土鑭系氧化物均勻混合造粒，而后加入準備好的無機粘結(jié)劑，使無機粘接劑均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上；3)然后將混合均勻的原料置入成型模具中，在75～150N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚；4)再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在100～300℃的溫度條件下烘干；5)最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1380～1420℃的溫度條件下燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。
上述高熱震耐磨磚的制作方法中，原料混合后所形成的顆粒粒徑最好不大于2.5mm，以確保原料顆粒骨架之間的致密度，進而確保成品磚的耐壓強度和抗折強度。并且，壓制坯料磚的壓力優(yōu)選75～120N/mm2，干燥坯料磚的溫度優(yōu)選180～270℃，燒結(jié)坯料磚的溫度嚴格控制在1380～1420℃之間，并且采用氮氣(N2)保護來燒結(jié)坯料磚。在這樣的壓力條件和溫度條件下，可進一步確保所制成的高熱震耐磨磚成品達到設(shè)計要求。
本發(fā)明的優(yōu)點在于所設(shè)計的高熱震耐磨磚充分考慮了其使用部位復(fù)雜的工藝條件、以及干熄焦爐斜道立柱所承受的上部砌體荷載。通過優(yōu)選原材料配方，利用碳化硅具有高熔點、高硬度、耐磨、耐堿、耐酸、抗熱震性能好、導(dǎo)熱率高和氣孔小等特點，盡量增加其用量；采用無機結(jié)合劑可形成碳化硅氮化硅的結(jié)合相，特別是采用硫酸鋁可促使碳化硅氮化硅結(jié)合相穩(wěn)定可靠。并且，添加微量稀土元素氧化鐿、氧化鈰可使其提前產(chǎn)生液相，降低燒成溫度值，使所獲得的成品磚不僅耐熱震性能顯著提高，而且耐磨性能也大為提高，還可明顯提高成品磚的高溫使用性能及其它理化指標。同時，在高熱震耐磨磚的制作工藝上，通過適當增加制坯壓力可形成致密的坯件，通過控制適當?shù)臏囟葻Y(jié)、以及采用氮氣保護燒結(jié)，可生產(chǎn)出性能指標比莫來石—碳化硅磚更為優(yōu)良，特別是熱震穩(wěn)定性更高、耐磨性能更強的磚。經(jīng)實驗檢測，本發(fā)明的高熱震耐磨磚的理化指標如下表2所示表2高熱震耐磨磚主要理化指標

從表2的理化指標可知上述高熱震耐磨磚的熱振穩(wěn)定性、常溫抗折強度、熱態(tài)抗折強度、常溫耐壓強度等完全滿足其使用部位特殊工況條件變化的要求，且其體積密度、顯氣孔率、熱膨脹率指標適中。因此，本發(fā)明的干熄焦爐斜道立柱高熱震耐磨磚的使用壽命可以大大提高，模擬試驗其使用周期可達5～8年。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚及其制作方法作進一步的詳細描述實施例1按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅74％、四氮化三硅22.5％、硫酸鋁2.6％、氧化鐿0.2％、氧化鈰0.2％、三氧化二鐵0.5％的比例準備好各種原料。首先將基料碳化硅、四氮化三硅與添加劑氧化鐿、氧化鈰均勻混合造粒，而后加入硫酸鋁，使硫酸鋁均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。然后將混合均勻的原料置入鋼模具中，在120N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚。再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在250℃的溫度條件下烘干。最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1400℃的溫度條件下，采用氮氣保護燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。經(jīng)試驗檢測可知，該高熱震耐磨磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)為123次，常溫耐壓強度為187MPa。
實施例2按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅65％、四氮化三硅32.3％、硫酸鋁1.2％、氧化鐿0.4％、氧化鈰0.3％、三氧化二鐵0.8％的比例準備好各種原料。首先將基料碳化硅、四氮化三硅與添加劑氧化鐿、氧化鈰均勻混合造粒，而后加入硫酸鋁，使硫酸鋁均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。然后將混合均勻的原料置入鋼模具中，在140N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚。再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在260℃的溫度條件下烘干。最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1420℃的溫度條件下，采用氮氣保護燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。經(jīng)試驗檢測可知，該高熱震耐磨磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)為112次，常溫耐壓強度為168MPa。
實施例3按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅77％、四氮化三硅21％、硫酸鋁1.2％、氧化鐿0.2％、氧化鈰0.2％、三氧化二鐵0.4％的比例準備好各種原料。首先將基料碳化硅、四氮化三硅與添加劑氧化鐿、氧化鈰均勻混合造粒，而后加入硫酸鋁，使硫酸鋁均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。然后將混合均勻的原料置入鋼模具中，在100N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚。再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在280℃的溫度條件下烘干。最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1380℃的溫度條件下，采用氮氣保護燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。經(jīng)試驗檢測可知，該高熱震耐磨磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)為146次，常溫耐壓強度為151MPa。
實施例4按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅80％、四氮化三硅17％、硫酸鋁2.3％、氧化鐿0.3％、三氧化二鐵0.4％的比例準備好各種原料。首先將基料碳化硅、四氮化三硅與添加劑氧化鐿、氧化鈰均勻混合造粒，而后加入硫酸鋁，使硫酸鋁均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。然后將混合均勻的原料置入鋼模具中，在90N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚。再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在250℃的溫度條件下烘干。最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1400℃的溫度條件下，采用氮氣保護燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。經(jīng)試驗檢測可知，該高熱震耐磨磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)為96次，常溫耐壓強度為162MPa。
實施例5按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅62％、四氮化三硅34％、硫酸鋁2.3％、氧化鈰0.7％、三氧化二鐵1.0％的比例準備好各種原料。首先將基料碳化硅、四氮化三硅與添加劑氧化鐿、氧化鈰均勻混合造粒，而后加入硫酸鋁，使硫酸鋁均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。然后將混合均勻的原料置入鋼模具中，在96N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚。再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在260℃的溫度條件下烘干。最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1400℃的溫度條件下，采用氮氣保護燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。經(jīng)試驗檢測可知，該高熱震耐磨磚的熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)為83次，常溫耐壓強度為122MPa。
權(quán)利要求
1.一種干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，它以碳化硅和四氮化三硅為基本組份，添加微量稀土鑭系氧化物，配以適量無機粘結(jié)劑，經(jīng)混合、壓制、燒結(jié)而成，其特征在于該高熱震耐磨磚中的各組份重量百分比為碳化硅62～80％，四氮化三硅17～35％，無機粘結(jié)劑0.4～3％，稀土鑭系氧化物0.1～0.8％，三氧化二鐵雜質(zhì)小于1.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，其特征在于該高熱震耐磨磚中的各組份重量百分比為碳化硅65～77％，四氮化三硅21～33％，無機粘結(jié)劑1.2～2.7％，稀土鑭系氧化物0.2～0.6％，三氧化二鐵雜質(zhì)小于0.8％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，其特征在于該高熱震耐磨磚中的各組份重量百分比為碳化硅74％，四氮化三硅22.5％，無機粘結(jié)劑2.6％，稀土鑭系氧化物0.4％，三氧化二鐵雜質(zhì)0.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，其特征在于該高熱震耐磨磚中的稀土鑭系氧化物為氧化鐿、氧化鈰中的一種或它們?nèi)我獗壤慕M合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚，其特征在于該高熱震耐磨磚中的無機粘結(jié)劑為硫酸鋁。
6.一種權(quán)利要求1所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚的制作方法，包括以下步驟1)按最終成品高熱震耐磨磚中各組份重量百分比為碳化硅62～80％、四氮化三硅17～35％、無機粘結(jié)劑0.4～3％、稀土鑭系氧化物0.1～0.8％、三氧化二鐵雜質(zhì)小于1.0％的比例，準備好各種原料備用；2)先將準備好的基料碳化硅、四氮化三硅與微量添加劑稀土鑭系氧化物均勻混合造粒，而后加入準備好的無機粘結(jié)劑，使無機粘接劑均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上；3)然后將混合均勻的原料置入成型模具中，在75～150N/mm2的壓力條件下壓制成相應(yīng)的坯料磚；4)再將坯料磚置于干燥爐內(nèi)，在100～300℃的溫度條件下烘干；5)最后將烘干的坯料磚置于窯爐中，在1380～1420℃的溫度條件下燒結(jié)，即可制成高熱震耐磨磚。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚的制作方法，其特征在于所說的步驟2)中，原料混合后所形成的顆粒粒徑不大于2.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚的制作方法，其特征在于所說的步驟3)中，壓制坯料磚的壓力為75～120N/mm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚的制作方法，其特征在于所說的步驟4)中，干燥坯料磚的溫度為180～270℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚的制作方法，其特征在于所說的步驟5)中，采用氮氣保護燒結(jié)坯料磚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干熄焦爐斜道立柱用高熱震耐磨磚及其制作方法。該高熱震耐磨磚中的各組份重量百分比為碳化硅62～80％，四氮化三硅17～35％，無機粘結(jié)劑0.4～3％，稀土鑭系氧化物0.1～0.8％，三氧化二鐵雜質(zhì)小于1.0％，其熱震穩(wěn)定性(1100℃水冷)大于80次，常溫耐壓強度大于120MPa。其制作方法是先將碳化硅、四氮化三硅與稀土鑭系氧化物均勻混合造粒，加入無機粘結(jié)劑，使其均勻覆蓋在所形成的顆粒表面上，然后將混合均勻的原料在75～125N/mm
文檔編號C04B35/622GK1927767SQ20061012456
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者張亦平, 潘立慧, 李世明, 呂永勁, 盛軍波, 涂慶勝, 朱天喜, 鄧棠 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司