一種Al₄SiC₄-Al₄Si₂C₅耐火材料及其制備方法

專利名稱：一種Al₄SiC₄-Al₄Si₂C₅耐火材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。
背景技術：
Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料具有優良的耐高溫性能和熱穩定性能，是制備有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料的原料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，取代氧化鋁-碳質和高鋁高嶺土-碳質復合耐火材料，有利于提高鋼的質量，具有良好的使用效果。Al4SiC4具有熔點高(約2037°C )、強度高、化學穩定性好、熱膨脹系數低以及非常優異的抗氧化和抗水化性能，是一種高溫結構材料和高性能耐火材料。目前國內外合成 Al4SiC4M料主要是由單質元素(Al，Si，C)或者單質反應中間產物(SiC，Al4C3)進行制備， 原料價格昂貴，限制了這種材料的工業研究及使用。Al4Si2C5在大約1900°C下仍能穩定存在，強度大，抗氧化性能優。Al4Si2C5主要由單質反應中間產物(SiC和Al4C3)進行制備，原料價格昂貴。

發明內容
本發明的目的是提供一種原料豐富、生產成本低和易于工業化生產的 Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，用該方法制備的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的性能優良和使用壽命延長。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是先以20 50wt %的高嶺土、20 50wt%的工業碳粉和30 60wt%的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料1 IOwt %的結合劑，混合5 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 36小時；然后在氬氣氣氛和1600 1900°C條件下保溫2 8小時，自然冷卻，即得Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。在上述技術方案中高嶺土的3丨02含量大于40wt%，粒徑小于0. Imm ；工業碳粉的 C含量大于80wt%，粒徑小于0. Imm ；氧化鋁粉的Al2O3含量大于90wt%，粒徑小于0. Imm ； 結合劑為木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業糊精粉、聚乙烯醇和酚醛樹脂中的一種。由于采用上述技術方案，本發明所采用的高嶺土、工業碳粉和氧化鋁粉來源廣泛， 復合材料中的Al4SiC4和Al4Si2C5材料在材料內部由高嶺土、C和Al2O3反應生成，結合良好，有利于提高材料的性能。另外，在高溫下部分Al4SiC4和Al4Si2C5變成氣態SiO遷移到材料的表層，然后又與高溫空氣反應氧化變成固態的SiO2，可填塞爐襯材料的表面孔隙， 使襯體材料表層致密化，阻止渣的滲透，減緩材料的蝕損，延長使用壽命。本發明所制備的 Al4SiC4-Al4Si2C5材料不僅是非常耐高溫的材料，具有優良的抗渣性能，而且熱膨脹率低，可防止在使用中由于反復加熱冷卻產生內應力過大而引起爐襯材料的開裂和剝落。
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因此，本發明具有原料豐富、生產成本低和易于工業化生產的特點。用該方法制備的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料不僅性能優良，且能延長使用壽命。本發明適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利于鋼質量的提高。
具體實施方式
。下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的描述，并非對保護范圍的限制為避免重復，先將本具體實施方式
所涉及到原料的技術參數統一描述如下，具體實施例中不再贅述高嶺土的3102含量大于40wt%，粒徑小于0. Imm;工業碳粉的C含量大于80wt%，粒徑小于0. Imm ；氧化鋁粉的Al2O3含量大于90wt%，粒徑小于0. 1mm。實施例1一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。先以20 30wt%的高嶺土、20 30wt %的工業碳粉和50 60wt %的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料2 6wt %的結合劑，混合5 15分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 M小時；然后在氬氣氣氛和1600 1700°C條件下保溫6 8小時，自然冷卻后得到Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。本實施例中的結合劑為酚醛樹脂。實施例2一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。先以25 40wt%的高嶺土、25 40wt%的工業碳粉和35 50wt%的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料1 5wt%的結合劑，混合15 30分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥M 36小時；然后在氬氣氣氛和1700 1800°C條件下保溫5 7小時，自然冷卻后得到Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。本實施例中的結合劑為聚乙烯醇。實施例3一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。除結合劑為亞硫酸紙漿廢液外，其余同實例2。實施例4一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。先以40 50wt%的高嶺土、20 30wt%的工業碳粉和30 40wt%的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料5 IOwt %的結合劑，混合30 45分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 M小時；然后在氬氣氣氛和1800 1850°C條件下保溫4 6小時，自然冷卻后得到Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。本實施例中的結合劑為工業糊精粉。實施例5一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。除結合劑為木質素磺酸鈉外，其余同實例4。實施例6一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。先以20 30wt%的高嶺土、40 50wt %的工業碳粉和30 40wt %的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料4 8wt %的結合劑，混合45 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥M 36小時；然后在氬氣氣氛和1850 1900°C條件下保溫2 4小時，自然冷卻后得到Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。本實施例中的結合劑為酚醛樹脂。實施例7一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。除結合劑為木質素磺酸鈣外，其余同實例6。本具體實施方式
所采用的高嶺土、工業碳粉和氧化鋁粉來源廣泛，復合材料中的Al4SiC4和Al4Si2C5材料在材料內部由高嶺土、C和Al2O3反應生成，結合良好，有利于提高材料的性能。另外，在高溫下部分Al4SiC4和Al4Si2C5變成氣態SiO遷移到材料的表層，然后又與高溫空氣反應氧化變成固態的SiO2，可填塞爐襯材料的表面孔隙，使襯體材料表層致密化，阻止渣的滲透，減緩材料的蝕損，延長使用壽命。本具體實施方式
所制備的 Al4SiC4-Al4Si2C5材料不僅是非常耐高溫的材料，具有優良的抗渣性能，而且熱膨脹率低，可防止在使用中由于反復加熱冷卻產生內應力過大而引起爐襯材料的開裂和剝落。因此，本具體實施方式
具有原料豐富、生產成本低和易于工業化生產的特點。用該方法制備的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料不僅性能優良，且能延長使用壽命。本具體實施方式
適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利于鋼質量的提高。
權利要求
1.一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，其特征在于先以20 50wt%的高嶺土、20 50wt%的工業碳粉和30 60wt%的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料1 IOwt%的結合劑，混合5 60分鐘，壓制成型，在60 110°C的條件下干燥12 36小時； 然后在氬氣氣氛和1600 1900°C條件下保溫2 8小時，自然冷卻，即得Al4SiC4-Al4Si2C5 耐火材料。
2.根據權利要求1所述的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，其特征在于所述的高嶺土的SiR含量大于40wt%，粒徑小于0. 1mm。
3.根據權利要求1所述的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，其特征在于所述的工業碳粉的C含量大于80wt%，粒徑小于0. 1mm。
4.根據權利要求1所述的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，其特征在于所述的氧化鋁粉的Al2O3含量大于90wt%，粒徑小于0. 1mm。
5.根據權利要求1所述的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法，其特征在于所述的結合劑為木質素磺酸鈣、木質素磺酸鈉、亞硫酸紙漿廢液、工業糊精粉、聚乙烯醇和酚醛樹脂中的一種。
6.根據權利要求1 5項中任一項所述的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料的制備方法所制備的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。
全文摘要
本發明具體涉及一種Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料及其制備方法。其技術方案是先以20～50wt％的高嶺土、20～50wt％的工業碳粉和30～60wt％的氧化鋁粉為原料混合，再外加上述原料1～10wt％的結合劑，混合5～60分鐘，壓制成型，在60～110℃的條件下干燥12～36小時；然后在氬氣氣氛和1600～1900℃條件下保溫2～8小時，自然冷卻，即得Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料。本發明具有原料豐富、生產成本低和易于工業化生產的特點。用該方法制備的Al4SiC4-Al4Si2C5耐火材料不僅性能優良，且能延長使用壽命。本發明適用于有色金屬和鋼鐵冶煉設備的新型爐襯材料，尤其適用于生產低碳鋼和超低碳鋼等潔凈鋼的鋼包內襯與精煉爐襯，有利于鋼質量的提高。
文檔編號C04B35/622GK102320847SQ201110236019
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者余超, 員文杰, 李君 , 祝洪喜, 鄧承繼 申請人:武漢科技大學