[发明专利]一种耐火的Fe-Sialon原料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制备耐火的Fe-Sialon原料的新方法，这种Fe-Sialon耐火原料的粉体主要用于炼铁高炉的炮泥耐火材料，属于耐火材料原料技术领域。

背景技术：

我国是世界钢铁产量大国，拥有大中型各种炼铁高炉400多座，消耗大量的耐火材料，其中高炉出铁口用炮泥属于一种重要的耐火材料，全国年消耗量约为35万吨。近年来，高炉技术得到飞速发展，高炉容积趋向于大型化，普遍由原来的小高炉(300～1000m³)已经向大型高炉(2500m³以上)转变。不同容积高炉均采用高风压、高顶压、高冶强、大风量、富氧大喷吹等新技术，对于中小型高炉在强化冶炼后，日出铁次数增加，绝大部分已由12次/日增加到15次/日，有的已增加到18次/日，并取消了放上渣工艺，而大型高炉通铁量大，对铁口炮泥质量的要求高。

高炉出铁口是炼铁高炉结构中重要的部位之一，其作用是出渣出铁。高炉在不出铁渣熔液时，炮泥填充在铁口内，使铁口维持足够的深度；高炉出铁时，铁口内的炮泥中心被钻出孔道，铁渣熔液通过孔道排出炉外，这要求炮泥维持铁口孔径稳定，出铁均匀，最终出净炉内的铁渣熔液。高炉的出铁口每天要多次被打开和充填。如果炮泥质量差，在使用时会产生潮铁口、断铁口、浅铁口等问题，影响高炉的正常使用和高炉的使用寿命，甚至造成安全事故。炼铁高炉的使用状况、生产率以及炉前的安全操作，很大程度上取决于出铁口的维护、和操作，以及高炉出铁口用炮泥耐火材料的性能。

目前高炉堵铁口用的炮泥可以分为有水炮泥和无水泡泥两类。有水炮泥以焦粉、粘土、矾土熟料及焦油沥青为主要原料，加水搅拌而成。有水炮泥体积密度小，耐渣铁侵蚀性差，在出铁期间往往跑焦炭、出铁放风、出不净铁渣熔液等，影响高炉正常生产。但由于其成本低，经各炼铁厂改进后仍在我国的大多数中小型高炉上使用；无水炮泥一般由刚玉、碳化硅、氮化硅铁和焦粉为主要原料，同时配加不同的外加剂，以焦油作为结合剂。无水炮泥采用优质高纯原料，并以C质原料为结合剂，其耐铁渣侵蚀性能比有水炮泥大为提高，可以使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。无水炮泥的缺点是开铁口困难，其打泥压力高，成本高，开铁口较困难，单次打泥量大等。

国内外高性能炮泥普遍选择优质非氧化物原料或人工合成原料作为炮泥的主材质，同时采用新型结合剂和外加剂，来保证出铁稳定，较长的出铁时间。目前国内外很多大中型炼铁企业在高炉冶炼时，所用炮泥采用Fe-Si₃N₄为添加剂，这种炮泥不仅具有良好的抗侵蚀性和抗冲刷性，而且还具有梯度烧结功能，而且开铁口比较容易。但是Fe-Si₃N₄目前生产工艺成本较高，能耗较大，导致价格较高，不利于其在高炉炮泥应用中的推广。

Sialon是Si₃N₄的Si原子和N原子同时分别被Al原子和O原子置换并保持电中性，形成的一种Si-Al-O-N固溶体。Sialon保留了Si₃N₄的优良性质，并且韧性、化学稳定性和抗氧化性优于Si₃N₄。采用Sialon代替Fe-Si₃N₄中的Si₃N₄，可以生产得到成本低、性能优良的Fe-Sialon耐火原料。

煤矸石是与煤伴生的岩石，在煤炭生产和加工过程中被排除，其化学成分以SiO₂和Al₂O₃为主。目前，我国每年煤矸石排放量相当于煤炭产量的10％～15％，堆存量已达30多亿吨且每年以亿吨的速度递增，产地主要分布在内蒙、东北、山东、山西、新疆等。煤矸石若长期堆放于地表，不仅占用大量耕地、影响自然景观、破坏当地的生态环境，而且还会造成大气、土壤、水体污染及地质灾害的发生。

富铝煤矸石(未燃矸石或自燃矸石)中Al₂O₃含量大于25％，SiO₂含量低于75％，是煤矸石是与煤伴生的岩石的其中一种，由于其Al₂O₃含量高可用来制备耐火材料。以富铝煤矸石、铁矿粉等廉价的矿物为原料，通过碳热还原氮化法制备Fe-Sialon高性能耐火材料原料，不仅为富铝煤矸石的高附加值利用提供了一条新的技术途径，而且有利于生态环境的保护，具有极其重要的经济价值和环境效益。

发明内容：