[发明专利]一种微波冶金窑车用刚玉-氧氮化硅复合耐火材料

说明书

本发明公开了一种低电磁波吸收率，优异的透波性，高温体积稳定性好，抗热震性好，抗侵蚀优良的微波冶金窑车用刚玉‑氮氧化硅复合耐火材料及其制备方法。原始料为：刚玉骨料、刚玉细粉、SiO₂粉、Si粉，采用压制成型方法成型，在N₂气氛下通过原位氮化反应烧结制备得到。本发明所述的刚玉‑氮氧化硅复合耐火材料的主晶相为刚玉和氮氧化硅，同时在基质中有少量的β‑Si₃N₄、β‑Sialon和O′‑Sialon，体积密度在3.0g/cm³以上，常温耐压强度：170‑190MPa，常温抗折强度：25‑30MPa，介电损耗角正切：0.0014‑0.0033，具有良好的透波性。

技术领域

本发明涉及一种微波冶金窑车用耐火材料，尤其涉及一种通过添加Si粉和Si0₂粉原位反应制备刚玉-氧氮化硅复合耐火材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断发展，环境保护在生活、生产中得到越来越高的重视。传统重工业特别是金属冶炼等高温工业，迫切需要改变生产方式以适应国家发展要求。微波加热技术的出现使得高温加热有了更节能环保的加热方式，其中用微波加热的方式来冶炼金属被称为绿色冶金，是近年来兴起的新技术。

由于微波冶金技术的出现，微波冶金窑车用耐火材料主要作为承载物料的窑车载体使用，物料在窑车上从窑炉进入，经过微波冶炼后从窑尾出料。由于微波加热的快速升温和出料时窑车直接在室温下卸料，所以对窑车用耐火材料有较高的性能要求：（1）低电磁波吸收率和优异的透波性：一是防止在电磁波作用下耐火材料自身吸收较多的电磁能造成温度过高而对材料造成破坏，二是可以节约能源，使有限的电磁能被冶金物料所吸收，缩短冶炼时间；（2）优良的抗热震性：在微波加热快速升温过程中能抵抗较大的热应力对材料的冲击；（3）良好的高温力学性能：在微波冶金反应过程中炉衬材料要承受各种结构应力机械作用；（4）抗侵蚀性优良：耐火材料在高温下长时间与冶金物料接触，容易与冶金物料发生化学反应导致耐火材料结构被破坏。

刚玉和莫来石是目前微波冶金使用最多的耐火材料，其具有良好的热震性能，但其抗碱性熔渣的侵蚀性能和对电磁波的透过性能均不理想。纯刚玉材料介电常数一般为8~10，低温下氧化铝吸收微波能力弱，透波性好。但刚玉的介电常数会随温度的升高而升高，可使其在电磁场中的热损耗增加，且刚玉材料的抗热震性不好, 不适合做微波加热的炉衬及窑车材料。石英陶瓷具在1000℃以下有很小的介电常数，其介电常数仅为4左右，透波性好，且石英陶瓷的膨胀系数小，使其在微波冶金中有广泛的应用。但由于石英在高温下易发生晶型转变，其最高使用温度不能超过1150℃，不适宜在高温微波冶金中使用。

目前还没有针对微波冶金用耐火材料系统的研究，如果能够研发制备出符合微波冶金窑车使用环境的耐火材料，不仅可以增加窑车的使用寿命，提高冶金效率，降低生产成本，也对地球上越来越少的资源较为合理的利用，减少资源的浪费和消耗。

发明内容

为解决目前耐火材料不能满足微波冶金窑车对其性能的要求，本发明提供一种低电磁波吸收率，优异的透波性，高温体积稳定性好，抗热震性好，抗侵蚀优良的微波冶金窑车用刚玉-氮氧化硅复合耐火材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种刚玉-氧氮化硅复合耐火材料，原始料为：刚玉骨料、刚玉细粉、SiO₂粉、Si粉，采用压制成型方法成型，在N₂气氛下通过原位氮化反应烧结制备得到。

本发明原始料的加入重量份数为：粒度为3-1mm的刚玉骨料30-45份、粒度为1-0mm的刚玉骨料20-25份、刚玉细粉15-25份、SiO₂微粉3-6份、Si粉10-15份，结合剂加入量为原始料总重量的3-6%。

所述刚玉骨料为板状刚玉、电熔棕刚玉、电熔致密刚玉、和电熔白刚玉中的一种或两种以上；