[发明专利]氮化硅结合刚玉透气砖及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域。具体是一种以刚玉颗粒和细粉、氧化铝微粉、单质硅粉为原料，采用加水混制成泥料，振动浇注成型，制成透气砖生坯，通过高温氮化工艺制备氮化硅结合刚玉透气砖的方法。

背景技术

炉外精炼是现代炼钢工艺中最重要的环节之一，向钢液中吹氩进行搅拌是精练的核心技术，透气砖即是钢包精练必不可缺少的吹气功能元件。由于透气砖在钢包中的位置及环境比较特殊, 使用条件比较苛刻, 对透气砖的寿命、吹气成功率、透气量要求较高，因此要求透气砖必须具有很好的高温强度、抗热震性和抗侵蚀性能。目前, 透气砖主要是铬刚玉、刚玉尖晶石等材质，铬刚玉质透气砖因含有六价Cr对环境造成污染，其生产和使用受到越来越多的限制；而刚玉尖晶石质透气砖的 抗热震性能较差，在使用过程中容易产生结构剥落，限制了其使用寿命的进一步提高。因此，采用透气砖的传统浇注成型工艺，通过原位反应制备出具有更好高温使用性能的氮化硅结合刚玉透气砖，不仅可以提高透气砖的使用寿命，减少透气砖的更换次数，而且减轻了工人的劳动强度，降低耐火材料的消耗。

文章名为“过渡塑性相工艺制造刚玉-氮化硅质透气砖的研究”的文献（耐火材料　2003,37 (4 )：205-207）提供了一种刚玉-氮化硅质透气砖的制备方法，其主要原料为板状刚玉、氮化硅和金属硅，其特征是采用机压成型，在氧化气氛下1600℃保温3 h烧成。

专利名为“刚玉-氮化硅-碳化硅复合浇注料”的文献（中国专利公开号：CN101186517）提供了一种用于炼铁高炉风口带用刚玉-氮化硅-碳化硅复合浇注料, 是由刚玉、氮化硅、碳化硅、铝酸盐水泥、金属铝粉、金属硅、氧化硅微粉、氧化铝微粉、聚丙烯纤维混合而成。其特征是加入预合成好的氮化硅，以铝酸盐水泥和氧化铝微粉为结合剂。

文献名为“刚玉-氮化硅复合材料制备与研究，河北理工大学硕士学位论文，2006”用氧化铝和氮化硅为原料，采用机压成型，在在1600℃氧化气氛下可以制备出刚玉-氮化硅复合材料。其特征是添加合成好的氮化硅，且采用机压成型工艺。

文章名为“Si₃N₄对镁质浇注料使用性能的影响”的文献（稀有金属材料与工程，2007，36（增刊2）：376-379）以烧结镁砂为颗粒和细粉、SiO₂微粉、预合成好的Si₃N₄粉为基质，其特征是SiO₂微粉结合的镁质浇注料，且加入预合成好的Si₃N₄粉。

文章名为“Effect of metal addition on properties of corundum-based puring plug”的文献（Proceedings of UNITECR’2005, Orlando, USA: 368-371）提供了一种β-Sialon结合刚玉材料的制备方法，其主要原料为以板状刚玉为骨料，刚玉细粉、氧化铬粉、Al₂O₃微粉、Si粉和Al粉为主要基质组分，采用机压成型、1500℃氮化制备了Sialon结合铬刚玉透气砖材料。该工艺系采用机压成型，其物相为刚玉和Sialon。

文章名为“硅在刚玉-氮化硅系统中的作用”的文献（耐火材料，2004,38 (3 )：165 -167）提供了一种刚玉-氮化硅质材料的制备方法，其主要原料为刚玉、氮化硅和金属硅粉为原料，采用机压成型，在氮气气氛下烧成，其特征是加入氮化硅、用机压成型。

目前尚没有检索到关于浇注成型原位形成氮化硅结合刚玉透气砖方面的公开发明专利和文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种以刚玉颗粒及细粉、水合氧化铝、活性氧化铝微粉、单质硅粉为原料，加水混合成浇注料，采用振动浇注成型，经脱模养护、干燥后，在氮气气氛下通过原位氮化反应制备出成本低、性能优良的氮化硅结合刚玉透气砖。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的氮化硅结合刚玉透气砖以刚玉颗粒及细粉、水合氧化铝、氧化铝微粉、单质硅粉为原料，加水混合成泥料，在模具内浇注成透气砖坯体，脱模养护和干燥后，再经预烧除去预埋的有机烧失物形成狭缝，通过高温氮化处理制备而成；它包括重量份数为70-80份的刚玉颗粒和细粉、3-12份的活性氧化铝微粉、1-6份的水合氧化铝、4-15份的单质硅粉，以及上述原料重量份数之和的0.05-0.30%的作为分散剂的有机减水剂。