[发明专利]一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火原料生产技术领域，具体涉及一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法。

背景技术

目前全球的大型高炉普遍用法国Savoie公司生产的Sialon结合刚玉砖，这种耐火砖是以刚玉为主要原料，外加一定量的单质Si，单质Al，在大于150MPa压力下成型，在N₂气氛中烧成，烧成过程中单质Si与Al首先氮化形成Si₃N₄与AlN，在大于1400℃温度下，Al₂O₃逐渐固溶于Si₃N₄晶格中形成Si_6-ZAl_zO_zN_8-Z（Sialon），因Sialon材料具有很高的强度，有十分优良的抗铁水，抗溶渣侵蚀能力，有极其优良的热稳定性能与抗碱侵蚀能力及抗氧化性能，故此Sialon结合刚玉砖材料是目前高炉炉缸、炉腹等使用条件最苛刻部位 最好的耐火材料，我们国家上世纪八十年代后很多大专院校，研究部门都做了很多研究工作，发表论文多达几百篇，北科大洪彦若、孙加林等，把这些成果汇编成《非氧化物复合耐火材料》一书，使人们对Sialon材料有了普遍的认识，我国科研工作者研究Sialon材料都是以国内现有原料展开的研究工作，大尺度Sialon结合刚玉砖中很难得到性能稳定、可靠、均匀分布的β-Sialon相。Sialon材料发现到目前已经近五十年了，我国始终未出现能和法国Sialon结合刚玉砖质量上一争高下的Sialon产品。本发明人认为问题的关键是我们忽略了最适合做Sialon结合刚玉的原料开发工作，普通的刚玉原料加单质Si，金属Al，在基质中很容易得到性能很好的Sialon材料，而占Sialon结合刚玉砖质量一半以上的颗粒内部也形成Sialon相几乎不可能，原料内部也需要有均匀分布的单质Si与Al和具有催化能力的Ti与Fe。本发明正是为了解决原料的这些问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种用作Sialon原料的矾土均化料，其通过加入过量金属铝粉将铝矾土和煤矸石中的SiO₂、Fe₂O₃和TiO₂进行还原制得，该矾土均化料的有效成分为Al₂O₃、Si、Al、Fe和Ti，其中Al₂O₃为85～90wt%，单质Si 和单质Al总量为8～12wt%，且单质Si与单质Al的重量比为(3～4)：1， Fe和Ti含量较少，Ti 1～2%，Fe＜1.0%。

所述铝矾土中Al₂O₃≥85 wt%、TiO₂ 2.5～4 wt %、Fe₂O₃≤1.2 wt%；所述煤矸石中Al₂O₃＞45 wt%，Al₂O₃+ SiO₂为97～98 wt%。虽然单质Fe对Sialon的形成有催化作用，但均化料中单质Fe的含量应控制在0.5～1%之间，有利于形成高品质的Sialon产品，因此矾土原料中控制Fe₂O₃≤1.2 wt%。由于煤矸石中TiO₂和Fe₂O₃的含量不影响目标产物最后的组份含量，在此可以不必考虑。

所述矾土均化料的生产方法，包括以下步骤：1）将铝矾土和煤矸石制粉，与过量的金属铝粉进行混合得到原料混合物；2）加入稀酚醛树脂，湿碾、压坯成型后，升温至1500℃以上后保温制得矾土均化料，即为目标产物；所述稀酚醛树脂由酚醛树脂和有机溶剂混合制得。稀酚醛树脂加入的目的是使物料之间进行更好的结合，起到结合剂的作用。

步骤1）中将所述铝矾土和煤矸石制成600～800目粉或在800～1000℃轻烧后制成600～800目粉。矾土煤矸石生料直接磨粉后，与铝粉混合压坯烧成，由于生料中化合水会使铝粉氧化，会造成不易烧结且铝粉催化效果降低，从而铝粉用量增加，成本更高；若铝矾土、煤矸石在800～1000℃轻烧活化后，生料中化合水去除，更易烧结可得更致密质量更好的均化料。