CN102976785A

CN102976785A - 一种轻质Al2O3-SiC-C耐火砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102976785A
Application number: CN2012105341200A
Authority: CN
Inventors: 鄢文; 李楠; 苗正; 陈俊峰; 魏耀武; 韩兵强; 柯昌明
Original assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST
Current assignee: Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明涉及一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法。以45~65wt%的多孔刚玉颗粒、18~25%的刚玉细粉、4~8wt%的SiC颗粒、4~8wt%的SiC细粉、6~12wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的酚醛树脂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在200~240℃条件下保温12~36小时，然后在1400~1500℃和还原气氛条件下保温2~6小时，即得轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。本发明制备工艺简单，所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖不仅具有强度高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力强和导热率低的特点，还具有显气孔率和气孔尺寸可控的特点，适用于鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等设备。

Description

一种轻质Al2O3-SiC-C耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明属于轻质耐火砖技术领域。具体涉及一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法。

背景技术

耐火材料是由骨料及基质构成，基质相对疏松。耐火材料在使用过程中，渣等溶剂首先侵蚀基质。基质包围着骨料，当基质被侵蚀成变质层，骨料就与基质一起从耐火材料剥落到熔渣中。因而在抗侵蚀方面，致密骨料的作用并不明显。在制备传统鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）用Al₂O₃-SiC-C和Al₂O₃-SiC耐火材料时，人们常以致密的材料为骨料，如白刚玉、棕刚玉或矾土等。为了制备致密骨料，原料必须经过高温烧结或电熔，这会导致大量能耗和环境污染；同时，致密耐火材料的高热导率也会使容器中铁水温度降低，导致大量热量损失。

随着对节能减排的要求日益提高，高效节能型耐火材料的研发受到关注。目前，关于轻质耐火材料的研究主要集中在高温窑炉保温层使用的隔热耐火材料，而关于工作层用轻质耐火材料的研究较少，特别是鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）工作层未采用轻质耐火材料，尤其是未采用轻质Al₂O₃-SiC-C或采用Al₂O₃-SiC耐火材料。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，用该方法制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖强度高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力强和导热率低，显气孔率和气孔尺寸可控，该耐火砖用于鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以45~65wt%的多孔刚玉颗粒、18~25%的刚玉细粉、4~8wt%的SiC颗粒、4~8wt%的SiC细粉、6~12wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的酚醛树脂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在200~240℃条件下保温12~36小时，然后在1400~1500℃和还原气氛条件下保温2~6小时，即得轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

所述多孔刚玉颗粒的制备方法是：向Al(OH)₃细粉中加入占Al(OH)₃细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时；然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时，即得多孔刚玉陶瓷。再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径小于5mm的颗粒为多孔刚玉颗粒。

在上述技术方案中：

所述刚玉细粉为白刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种或两种，Al₂O₃含量大于96wt%，粒径小于74μm；

所述SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm；

所述SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm；

所述鳞片石墨的C含量大于90wt%，粒径小300μm；

所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm；铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm；

所述酚醛树脂的残碳率大于40%，酚醛树脂为液态酚醛树脂或为固态酚醛树脂粉末，其中：固态酚醛树脂粉末的粒径小于200μm。

由于采用上述技术方案，本发明采用原位分解成孔技术制备多孔刚玉颗粒，再用所制备的多孔刚玉颗粒为主要骨料制备出轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖，制备工艺简单。另由于多孔刚玉颗粒不仅具有较高的气孔率和很小的孔尺寸，且多孔刚玉颗粒表面有微孔，与基质相容性强，在高温下原位反应后能在骨料与基质之间形成碳化硅晶须等非氧化物桥接，故所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖既具有较低的导热系数和高的强度，又具有优异的热震稳定性和较强的抗介质侵蚀能力。

因此，本发明制备工艺简单，所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖具有强度高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力强和导热率低的特点，还具有显气孔率和气孔尺寸可控的优点。本发明所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖适用于鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等设备。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式中的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：

白刚玉细粉和板状刚玉细粉的Al₂O₃含量均大于96wt%，粒径均小于74μm；

SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm；

SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm；

鳞片石墨的C含量大于90wt%，粒径小300μm；

硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm；

铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm；

酚醛树脂的残碳率大于40%，酚醛树脂为液态酚醛树脂或为固态酚醛树脂粉末，其中的固态酚醛树脂粉末粒径小于200μm；

多孔刚玉颗粒的制备方法是：向Al(OH)₃细粉中加入占Al(OH)₃细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时；然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时，即得多孔刚玉陶瓷。再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径小于5mm的颗粒为多孔刚玉颗粒。

实施例1

一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法：以15~18wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、30~35wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、10~12wt%的粒径为小于1mm的多孔刚玉颗粒、18~22%的白刚玉细粉、4~6wt%的SiC颗粒、4~6wt%的SiC细粉、6~9wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的液态酚醛树脂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在220~240℃条件下处理12~24小时，然后在1400~1450℃和还原气氛条件保温2~6小时。

本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为25~35%，平均孔径为10~20μm。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为28~38%、体积密度为2.36~2.66g/cm³和耐压强度为45~60MPa的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

实施例2

一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法：以12~15wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、25~30wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、8~10wt%的粒径为小于1mm的多孔刚玉颗粒、22~25%的板状刚玉细粉、6~8wt%的SiC颗粒、6~8wt%的SiC细粉、9~12wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的固态酚醛树脂粉末，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在200~220℃条件下处理24~36小时，然后在1450~1500℃和还原气氛条件保温2~6小时。

本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为32~40%，平均孔径为1~10μm。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为34~41%、体积密度为2.16~2.43g/cm³和耐压强度为35~45MPa的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

实施例3

一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法：以12~18wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、28~32wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、9~11wt%的粒径为小于1mm的多孔刚玉颗粒、10~12wt%的白刚玉细粉、10~12wt%的板状刚玉细粉、5~7wt%的SiC颗粒、5~7wt%的SiC细粉、8~10wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的液态酚醛树脂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在210~230℃条件下处理12~24小时，然后在1420~1470℃和还原气氛条件保温2~6小时。

本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为30~38%，平均孔径为5~15μm。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为31~40%、体积密度为2.29~2.54g/cm³和耐压强度为40~55MPa的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

实施例4

一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法：以15~18wt%的粒径为5~3mm的多孔刚玉颗粒、30~35wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、10~12wt%的粒径为小于1mm的多孔刚玉颗粒、18~22%的白刚玉细粉、4~6wt%的SiC颗粒、4~6wt%的SiC细粉、6~9wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的固态酚醛树脂粉末，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在220~240℃条件下处理20~30小时，然后在1430~1480℃和还原气氛条件保温2~6小时。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为31~41%、体积密度为2.28~2.54g/cm³和耐压强度为38~54MPa的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

实施例5

一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法：以32~38wt%的粒径为3~1mm的多孔刚玉颗粒、13~17wt%的粒径为小于1mm的多孔刚玉颗粒、22~25%的板状刚玉细粉、6~8wt%的SiC颗粒、6~8wt%的SiC细粉、8~10wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的固态酚醛树脂粉末，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在200~240℃条件下处理24~36小时，然后在1450~1500℃和还原气氛条件保温2~6小时。

本实施例中：多孔刚玉颗粒的显气孔率为30~36%，平均孔径为5~15μm。

采用本实施例所述技术方案，制得显气孔率为30~38%、体积密度为2.26~2.48g/cm³和耐压强度为50~65MPa的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。

本具体实施方式先采用原位分解成孔技术制备多孔刚玉颗粒，再以所制备的多孔刚玉颗粒为主要骨料制备出轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖，制备工艺简单。另由于多孔刚玉颗粒不仅具有较高的气孔率和很小的孔尺寸，且多孔刚玉颗粒表面有微孔，与基质相容性强，在高温下原位反应后能在骨料与基质之间形成碳化硅晶须等非氧化物桥接，故所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖既具有较低的导热系数和高强度，又具有优异的热震稳定性和较强的抗介质侵蚀能力。

因此，本具体实施方式制备工艺简单，所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖不仅具有强度高、热震稳定性优异、抗介质侵蚀能力强和导热率低的特点，还具显气孔率和气孔尺寸可控的优点。本发明所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖适用于鱼雷式混铁车、混铁炉和铁水包（罐）等设备。

Claims

1.一种轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于以45~65wt%的多孔刚玉颗粒、18~25%的刚玉细粉、4~8wt%的SiC颗粒、4~8wt%的SiC细粉、6~12wt%的鳞片石墨、1.5~2.5wt%的硅粉和0.2~0.6wt%的铝粉为原料，外加所述原料3.5~5wt%的酚醛树脂，搅拌均匀，机压成型；再将成型后的坯体在200~240℃条件下保温12~36小时，然后在1400~1500℃和还原气氛条件下保温2~6小时，即得轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖；

所述多孔刚玉颗粒的制备方法是：向Al(OH)₃细粉中加入占Al(OH)₃细粉5~10wt%的水，搅拌均匀，压制成型，将成型后的坯体在110℃条件下干燥12~36小时；然后在1500~1600℃条件下保温3~8小时，即得多孔刚玉陶瓷；再将多孔刚玉陶瓷破碎，筛分，选取粒径小于5mm的颗粒为多孔刚玉颗粒。

2.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法，其特征在于所述刚玉细粉为白刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种或两种，Al₂O₃含量均大于96wt%，粒径均小于74μm。

3.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法，其特征在于所述SiC颗粒的SiC含量大于95wt%，粒径小于1mm。

4.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于所述SiC细粉的SiC含量大于96wt%，粒径小于74μm。

5.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的C含量大于90wt%，粒径小300μm。

6.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于所述硅粉的Si含量大于90wt%，粒径为3~100μm。

7.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于所述铝粉的Al含量大于90wt%，粒径为30~100μm。

8.根据权利要求1所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖的制备方法，其特征在于所述酚醛树脂的残碳率大于40%；酚醛树脂为液态酚醛树脂或为固态酚醛树脂粉末，其中：固态酚醛树脂粉末的粒径小于200μm。

9.根据权利要求1~8项中任一项所述的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖及其制备方法所制备的轻质Al₂O₃-SiC-C耐火砖。