一種氧化鋁基復相耐磨板及其制備方法
【專利摘要】一種氧化鋁基復相耐磨板及其制備方法，屬于煉焦扶著設備【技術領域】。復相耐磨板的特征在于重量份組成為：Al2O3微粉75~85份，硅酸鋯微粉10~15份，熟滑石2~6份，蘇州土2~4份，熔融石英2~6份，CeO2 0~3份，Y2O30~3份。制備方法的特征在于：將上述原料中加入原料總質量的30%水及3%的有機分散劑球磨混磨后置的料漿；再直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；最后采用弱還原氣氛、低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；本發明在保持了氧化鋁陶瓷優良的耐磨性能和耐高溫性能的同時，極大地提高了材料的抗熱震性能，很好地滿足了導焦車工況環境對材料的熱震性能的要求。
【專利說明】一種氧化鋁基復相耐磨板及其制備方法
【技術領域】
[0001]一種氧化鋁基復相耐磨板及其制備方法，屬于煉焦扶著設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在一個煉焦周期完成后，焦爐碳化室中的紅焦均由導焦車轉運到后續的熄焦裝置。焦炭在進入導焦車時的溫度達到1100°C，因此要求導焦車底板具有極好的耐高溫性能和極高的抗熱震性能；同時厚達4~7米的焦炭在導焦車中被推導輸送過程中，會對導焦車底板產生極大的切割磨削作用，因此要求導焦車底板要具有極好的耐磨性能。焦爐導焦車是將碳化室中的成品紅焦轉運到后續的熄焦工序的專用設備，焦炭在進入導焦車時的溫度達到1100°C，因此要求導焦車底板具有極好的耐高溫性能和極高的抗熱震性能。
[0003]目前焦化行業使用的導焦車底板均采用耐磨鑄鐵制造。現有導焦車底板采用耐磨鑄鐵制造，存在兩個主要缺點，一是鐵質材料高溫氧化嚴重，二是耐磨性能較差，這兩個原因造成其在使用過程中迅速損毀，使用壽命僅為三個月左右。受工況環境及材料自身限制，其使用壽命僅為二月左右。
[0004]氧化鋁陶瓷具有高強度、高硬度、高耐磨及高耐熱性等優良的機械性能，但其抗熱震性能較差，臨界溫差只有200°C，無法滿足高熱震工況條件，限制了其在具有高熱震領域的應用。導焦車的工作狀況是從常溫到1100°C頻繁周期性熱震，在此工況環境中普通氧化鋁耐磨陶瓷無法使用。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種高抗熱震、適用于導焦車底板的氧化鋁基復相耐磨板。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:該氧化鋁基復相耐磨板，其特征在于，重量份組成為Al2O3微粉75~85份，硅酸鋯微粉10~15份，熟滑石2~6份，蘇州土 2~4份，熔融石英2~6份，CeO2 0-3份，Y2030~3份。
[0007]所述的重量份組成為=Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉12~14份，熟滑石4份，蘇州土3份，恪融石英4份，CeO2 1~2份，Y2O3 1~2份。
[0008]所述的CeOjP Y 203的質量比為1:1。
[0009]所述氧化鋁基復相耐磨板的制備工藝為:
O將復相耐磨板的各原料按上述重量份組成配料后加入上述原料總質量30%的水及上述原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ m的占45%~60%，2μπι<料漿粒度彡5μπι占30%~45%，200目篩余(孔徑74 μ m)(0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛、低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板。
[0010]燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。
[0011]步驟3中所述的燒成制度為:步驟3中所述的燒成制度為:由室溫至1200 °C連續升溫24 h，溫度變化速率為50 °C /h,由1200 °C至1480 °C連續升溫14 h，溫度變化速率為20 C/h，之后由1480 C保溫10 h后自然降溫。
[0012]采用弱還原氣氛、低燒成溫度長保溫時間的燒成制度，保證各組分原料在燒成過程中充分完成分解及再合成反應，生成預期的復合物相結構，同時避免結晶相的過分生長，以得到性能優良的復相微晶結構。
[0013]氧化鋁基復相耐磨板最突出的特性是在保留了微晶氧化鋁陶瓷高強度、高耐磨性的同時，具有優良的高抗熱震性能，除可用于導焦車耐磨底板外，還可廣泛用于其它高溫高熱震高磨損裝備上。
[0014]在Al2O3微粉中合理地添加一定數量的硅酸鋯、熟滑石、碳化硅、熔融石英，引入ZrO2, MgO, S12, SiC ;同時添加少量稀土氧化物Ce02、Y2O3,改善材料內部結構及性能；通過設計合理的燒成制度使部分添加物分解后再與基質中的Al2O3重新結合，生成新的物相，從而形成在微晶剛玉基質中莫來石、鎂鋁尖晶石、鋯石及殘余碳化硅、鋯英石多相共存的內部結構。稀土氧化物Ce02、Y2O3的作用一是與硅酸鋯微粉高溫分解出的ZrO2B成立方晶系固溶體以避免21<)2體積變化所帶來的對材料的性能影響，二是有效地阻止剛玉晶體的過分發育，以保證基質的微晶結構。材料的抗熱震性能取決于其熱學及力學性能，受材料的熱導率、熱膨脹系數、抗彎強度、斷裂韌性等因素影響。提高材料的強度、降低熱膨脹系數、提高熱導率是通過材料的抗熱震性的有效途徑。在氧化鋁基復相耐磨板的技術方案中，根據材料的復相及相變補強理論，材料內部形成的莫來石、鎂鋁尖晶石及穩定型立方晶系21<)2使材料具有較高的斷裂功和初始強度，抑制了熱震裂紋的成核；同時產生的相變微裂紋對材料起到增韌作用，特別是微裂紋能夠起到吸收大量能量消解熱應力的作用，從而提高材料的抗熱震損傷能力。材料中的碳化硅具有較高的熱導率，可以迅速緩解因熱震溫差產生的熱應力。
[0015]與現有技術相比，本發明的高抗熱震氧化鋁基復相耐磨板所具有的有益效果是:本發明的高抗熱震氧化鋁基復相結構陶瓷材料在保持了氧化鋁陶瓷優良的耐磨性能和耐高溫性能的同時，極大地提高了材料的抗熱震性能，很好地滿足了導焦車工況環境對材料的熱震性能的要求。采用該種材料制成耐磨板，然后按照導焦車底板的結構組裝成導焦車底板，其耐磨性能得到了極大的提高并徹底消除了原用底板表面高溫氧化現象，使用壽命可達到一年以上。與目前所用的耐磨鑄鐵底板相比，延長使用壽命在四倍以上。
【具體實施方式】
[0016]下面通過具體實施例對本發明做進一步說明，其中實施例1為最佳實施例。
[0017]實施例1
O將原料按Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉12份，熟滑石4份，蘇州土 3份，熔融石英4份，CeO2 2份，Y2O3 2份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ--的占50%，2 ym <料漿粒度< 5 ym占38%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分< 0.3% ; 3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1450°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為12000轉，最高為14000轉；導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0018]實施例2
O將原料按Al2O3微粉78份，硅酸鋯微粉11份，熟滑石5份，蘇州土 3份，熔融石英3份，CeO2 2份，Y2O3 2份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μπι的占55%，2 ym <料漿粒度< 5 ym占35%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1445°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為12000轉，最高為14000轉；該導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0019]實施例3
1)將原料按Al2O3微粉82份，硅酸鋯微粉13份，熟滑石3份，蘇州土4份，熔融石英5份，Y2O3 I份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ m的占48%，2 μ m <料漿粒度< 5 μπι占38%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1446°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為12000轉，最高為13500轉；該導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0020]實施例4
1)將原料按Al2O3微粉77份，硅酸鋯微粉11份，熟滑石4份，蘇州土3份，熔融石英5份，CeO2 2份，Y2O3 3份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ--的占52%，2 ym <料漿粒度< 5 ym占42%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ; 3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1448°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為11500轉，最高為14000轉；該導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0021]實施例5
O將原料按Al2O3微粉75份，硅酸鋯微粉15份，熟滑石2份，蘇州土 4份，熔融石英2份，CeO2 3份，Y2032份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ--的占60%，2 ym <料漿粒度< 5 ym占30%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1440°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為11500轉，最高為13500轉；該導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0022]實施例6
1)將原料按Al2O3微粉85份，硅酸鋯微粉10份，熟滑石6份，蘇州土2份，熔融石英6份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ m的占45%，2 μ m <料漿粒度< 5 μ m占45%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到1380°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為11000轉，最高為12500轉；該導焦車不間斷使用一年，底板無損壞。
[0023]對比例I
1)將原料按Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉25份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ m的占50%，2 μ m <料漿粒度< 5 μ m占38%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到202°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為4000轉，最高為6000轉；該導焦車不間斷使用6個月后損壞。
[0024]對比例2
1)將原料按Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉12份，熟滑石4份，蘇州土3份，熔融石英4份，CeO2.Y2O3 2份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μπι的占30%，2 μπι<料漿粒度< 5 ym占20%，200目篩余占5% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫24h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到900°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為8000轉，最高為10000轉；該導焦車不間斷使用8個月后損壞。
[0025]對比例3
1)將原料按Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉12份，熟滑石4份，蘇州土3份，熔融石英4份，CeO2.Y2O3 2份的重量份組成配料后加入上述原料總質量的30%水及原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μπι的占50%，2 μπι<料漿粒度< 5 ym占38%，200目篩余< 0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型；
2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ;
3)采用弱還原氣氛燒制，由室溫至1200°C連續升溫12h，溫度變化速率為100°C/h,由1200°C至1480°C連續升溫28h，溫度變化速率為40°C /h，之后由1480°C保溫2 h后自然降溫。低燒成溫度長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板；
4)燒成后的耐磨板經揀選，用氧化鋁基復相耐磨板制成的導焦車耐磨底板。該耐磨板臨界溫差達到600°C，按照國家標準測定，耐磨轉數最低為3500轉，最高為4500轉；該導焦車不間斷使用5個月后損壞。
[0026]各實施例與對比例I相較可以看出耐磨板的原料配方在不添加適量熟滑石、蘇州土、熔融石英、CeO2.Y2O3配料時，其臨界溫差和耐磨性能均受到損害，抗震耐磨性能無法滿足導焦車的長期使用。各實施例與對比例2相較可以看出選用原料的粒度配比會影響耐磨板內的晶相成型，導致耐磨板的抗震耐磨性能無法達到最佳效果。各實施例與對比例3相較可以看出即使在原料合適的情況下，若不采用弱還原氣氛、低燒成溫度長保溫時間的燒成制度，耐磨板內的晶相仍無法有效成形，無法得到適用于導焦車底板的具有高抗震耐磨性能氧化鋁基復相耐磨板。
[0027]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種氧化鋁基復相耐磨板，其特征在于，重量份組成為Al 203微粉75~85份，硅酸鋯微粉10~15份，熟滑石2~6份，蘇州土 2~4份，恪融石英2~6份，CeO2 0~3份，Y2030~3份。
2.根據權利要求1所述的一種氧化鋁基復相耐磨板，其特征在于:所述的重量份組成為Al2O3微粉80份，硅酸鋯微粉12~14份，熟滑石4份，蘇州土 3份，熔融石英4份，CeO 2 1-2份，Y2O3 1-2 份。
3.根據權利要求1或2所述的一種氧化鋁基復相耐磨板，其特征在于:所述的CeO2和Y2O3的質量比為1:1。
4.一種權利要求1~3中任一項所述氧化鋁基復相耐磨板的制備方法，其特征在于，具體制備工藝為: 1)將復相耐磨板的各原料按上述重量份組成配料后加入上述原料總質量30%的水及上述原料總質量3%的有機分散劑，球磨混磨后制得料漿；料漿中各物料粒度要求:小于等于2 μ m的占45%~60%，2 μ m <料漿粒度彡5 μ m占30%~45%，200目篩余彡0.1% ;所得料漿直接用于注漿成型或噴霧造粒后機壓成型； 2)采用注漿成型或機壓成型方式成型，坯體進烘干室恒溫干燥至殘余水分<0.3% ; 3)采用弱還原氣氛、低燒成溫度、長保溫時間的燒成制度燒制耐磨板。
5.根據權利要求4所述氧化鋁基復相耐磨板的制備方法，其特征在于:步驟3中所述的燒成制度為:由室溫至1200°C連續升溫24 h，溫度變化速率為50°C /h,由1200°C至1480°C連續升溫14 h，溫度變化速率為20°C /h，之后由1480°C保溫10 h后自然降溫。
【文檔編號】C04B35/10GK104478415SQ201410807209
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】張新年, 高建立, 孫煜, 錢玉東, 張新成 申請人:山東萬喬集團有限公司