專利名稱：一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明屬于耐火材料的配方及制備方法及這一技術領域，特別屬于用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷及其制備方法這一技術領域。
背景技術：
步進式加熱爐廣泛應用于鋼材熱軋前的加熱過程，步進式加熱爐通常使用高爐、焦爐混合煤氣做為燃料，加熱爐內設有若干個橫梁，采用無縫鋼管制作，梁上面鑲嵌有間隔布置的金屬耐熱滑塊。爐內溫度為500-1250℃，通常在低溫段使用的金屬耐熱滑塊材料為ZG40Cr25Ni20，高溫段使用的金屬耐熱滑塊材料為Co22。加熱時，因為金屬耐熱滑塊的導熱系數高，一般為40～60W/m.K，高溫鋼坯與金屬耐熱滑塊接觸部分溫度比其它部分低而形成“水印”，這種水印導致鋼坯溫度不均勻，局部硬度高，進軋制機進行軋制時，容易產生尺寸偏差和內部缺陷，使廢品率升高，同時上述材料均為進口材料，使用成本很高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低、導熱系數低的用于步進式加熱爐的復合陶瓷。
本發明所要解決的另一個技術問題是上述復合陶瓷的制備方法。
本發明解決的技術問題的技術方案是一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷，所述的復合陶瓷為賽龍(Sialon)。
Sialon是由Si3N4-Al2O3-SiO2-AlN化合物組成的，它是Si3N4中Si和N原子分別被鋁和氧部分置換后形成的一大類固溶體的總稱。Sialon保留了Si3N4的優良性質，如強度、耐熱性和硬度等，而且比Si3N4具有更好的化學穩定性、韌性和抗氧化性。
Sialon復合陶瓷具有較高的低、高溫強度，較低的熱膨脹系數和導熱率，優良的抗熱震穩定性、抗氧化性及抗渣性，既保證了高溫下的穩定性，對鋼坯局部溫度影響又小。
根據步進式加熱爐用耐熱滑塊的使用條件溫度低于1300℃，侵蝕源少，環境氣氛呈弱氧化性，工作時，滑塊承載受熱鋼坯，輕抬輕放，基本不存在劇烈撞擊等，可以認為，用Sialon復合陶瓷耐熱滑塊代替金屬耐熱滑塊技術上是可行的。
所述的Sialon是由棕剛玉、工業級金屬硅粉、氧化鋁微粉制成。
為了降低Sialon復合陶瓷顯氣孔率，提高其耐壓強度，熱震性能。
還可在Sialon復合陶瓷中添加占總重量0.5-5％的稀土復合添加劑，所述的稀土復合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.0-1.5。
優選的稀土復合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.2-1.3。
本發明添加了亞納米級氧化釔，粒度20-200nm，在燒制過程中，亞納米級氧化釔進入Sialon晶格中，有利于金屬硅粉在低溫下被充分氧化燒結，使得制品顯氣孔率下降明顯，從而提高了常溫、高溫強度，同時對熱震性能有所改善。
所述的復合陶瓷的生產工藝為稱量、共磨預混、濕混、振動加壓成型、干燥烘烤、充氮氣反應燒結、出窯等過程。
所述的振動加壓成型過程所使用的振動頻率為80-120赫茲，壓力為50-120Mpa。
所述的充氮氣反應燒結過程為從室溫升到1400℃，升溫速度50℃/分鐘，在1400℃保溫3-5小時；然后從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，在1450℃保溫2.5-3小時。
本發明與現有技術相比，用Sialon復合陶瓷耐熱滑塊替代金屬Co22和ZG40Cr25Ni20作為耐熱滑塊在加熱爐上應用，表現出了抗氧化、耐高溫、耐磨損、能抵抗高頻次的重機械載荷重和抗熱震性能好的優良性能，并且還能夠消除“水印”，提高軋鋼成品率，降低了滑塊使用成本；在Sialon復合陶瓷添加了亞納米級氧化釔，使Sialon復合陶瓷材料的性能大幅度提高，耐壓強度提高了40-60％，高溫抗折強度提高了100％以上。
具體實施例方式
所用的原料棕剛玉、工業級金屬硅粉、工業級氧化鋁微粉、粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔、粒度≤4μm的99.99％氧化釔均為市售。
優選的制備工藝為取棕剛玉75公斤，工業級金屬硅粉20公斤、工業級氧化鋁微粉4公斤，添加稀土復合添加劑，將上述組分在氣流磨機共磨預混合，總共磨預混合時間為50分鐘。在輪碾機中濕混15分鐘；混好的物料倒入試樣模具內，在200T振動加壓機上進行振動加壓成型，振動頻率為100Hz、壓力為70Mpa；試樣坯自然干燥24h后；進入電干燥窯180℃下干燥24小時，確保殘余水分低于0.5％；在通入99.99％N2電加熱爐內反應燒結，升溫制度為室溫至1400℃升溫速度50℃/分鐘，1400℃保溫3小時；從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，1450℃保溫3小時；然后斷電自然冷卻。
檢驗指標如下體積密度為帶有氣孔的干燥材料的質量與其總體積的比值，用g/cm3表示。檢驗方法見冶金部標準YB/T5200-1993。
顯氣孔率為帶有氣孔的材料中所有開口氣孔的體積與其總體積之比植，用％表示。檢驗方法見冶金部標準YB/T5200-1993。
耐壓強度為在室溫下，試樣受到壓力負荷的作用而破壞時的極限應力，以MPa表示。檢驗方法見冶金部標準YB/T5201-1993。
高溫抗折強度按GB/T3002-1982方法檢驗，簡稱高溫強度，單位為Mpa。
導熱系數按ZBQ/T52004-1990方法檢驗，單位為W/m.K熱震性能按YB/T376.1-1995方法檢驗，單位為次。
賽龍(Sialon)的技術指標如下體積密度2.6g/cm3、顯氣孔率18％、耐壓強度120Mpa，高溫強度18Mpa、導熱系數10.5，熱震性能25次。
表1中，稀土復合添加劑中所用粒度20-200nm氧化釔純度為98.5％，用量為1公斤；粒度≤4μm的氧化釔Y2O3純度為99.9％，用量如表所示，單位為公斤。
表1
實施例2效果最好，實施例1、3的效果稍差。
除稀土復合添加劑在Sialon復合陶瓷中的添加量以外，其余與實施例2相同。
表2
實施例5效果最好，實施例4、6、7的效果稍差。
用實施例2制成的2塊滑塊使用半年后，檢驗結果如下1、陶瓷耐熱滑塊上表面沒有觀察到磨損情況，其上表面標高與其它金屬滑塊相同；2、陶瓷耐熱滑塊沒有發現裂紋和剝落的情況；3、陶瓷耐熱滑塊在爐內經受住了頻繁的溫度波動(800℃-1250℃)；4、坯在爐內連續步進，陶瓷耐熱滑塊經受住了連續高頻次的機械負荷壓力(140×140mm方坯重2.4噸、150×150mm方坯重2.8噸)；5、由于非金屬材料的導熱系數遠遠低于金屬材料的導熱系數，加熱爐內紅坯與Sialon復合陶瓷耐熱滑塊接觸的部分不會產生“水印”，兩者之間幾乎測不出溫差。
權利要求
1.一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷，其特征在于所述的復合陶瓷為賽龍(Sialon)。
2.根據權利要求1所述的一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷，其特征在于所述的Sialon是由棕剛玉、工業級金屬硅粉、氧化鋁微粉制成。
3.根據權利要求2所述的一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷，其特征在于還可在Sialon復合陶瓷中添加占總重量0.5-5％的稀土復合添加劑，所述的稀土復合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.0-1.5。
4.根據權利要求3所述的一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷，其特征在于所述的稀土復合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.2-1.3。
5.一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷的制備方法，其特征在于a)所述的振動加壓成型過程所使用的振動頻率為80-120赫茲，壓力為50-120Mpa；b)所述的充氮氣反應燒結過程為從室溫升到1400℃，升溫速度50℃/分鐘，在1400℃保溫3-5小時；然后從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，在1450℃保溫2.5-3小時。
全文摘要
本發明公開了一種用于步進式加熱爐滑塊的復合陶瓷及其制備方法，所用的復合陶瓷為賽龍(Sialon)，用本發明制成的滑塊與現有技術相比，耐氧化、耐高溫、耐磨損、抗熱震性能好、能抵抗高頻次的重機械載荷重的特點，并且還能夠消除“水印”，提高了軋鋼成品率，降低了滑塊使用成本。
文檔編號C04B35/622GK1951872SQ200510095010
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者翁林山, 蔣玉清, 嚴解榮, 劉玉蘭, 邵良君, 汪雷, 郟啟友, 宋強, 陳鴻旭, 于洋 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司, 宜興市鈺璽窯業有限公司