[发明专利]一种Ti(C;N)固溶体结合刚玉质耐火材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉质耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。其特征在于：制备步骤包括配料、混炼、机压成型、干燥、烧制；原料的重量份组成为：3mm～5mm的棕刚玉0～30％、1mm～3mm的棕刚玉30～50％、0.1mm～1mm的棕刚玉10～30％、≤200目的棕刚玉20‑50％，≤200目的金属铝0‑10％，外加上述原料总量2‑6％的酚醛树脂为结合剂。烧成制度为：先在120℃‑600℃下烘干5‑25h，然后在1200℃‑1600℃氮化气氛下烧结5‑25h。本发明方法制备的Ti(C,N)固溶体结合刚玉质耐火材料中无需额外添加钛源，具有工艺简单，生产成本低的特点。同时本产品具有很高的常温和高温强度，以及很好的抗氧化、抗热震和抗侵蚀性能。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉质耐火材料及其制备方法。

背景技术

我国高铝矾土储量大，质地优良，储量居世界首位，主要矿物组成水铝石和高岭石，次要的矿物有滑石、长石、伊利石、方解石、云母等矿物，氧化铝含量在50％-85％之间。将初步去除结晶水后的铝矾土与低硫无烟煤和铁屑按比例混合，于冶炼炉中经2000℃保温5-6.5h可将矾土中除Al₂O₃和CaO以外其他氧化物还原成金属而分离出去制得棕刚玉(K、Na和Mg以气态形式挥发，Fe、Si和Ti等金属则多数形成合金下沉)。使用高品位铝矾土生产棕刚玉具有单位耗电低、小时产量高等优点，但是随着铝矾土中氧化铝含量增加，TiO₂杂质含量也明显增加，我国阳泉地区72铝矾土原矿中约含4.2wt％TiO₂。TiO₂相对稳定，高温碳还原过程很难将其完全还原，因此棕刚玉制品中存在约3％的TiO₂，Al₂O₃含量最多也只能达到95％。

传统氧化物耐火材料很容易被渣侵蚀：炉渣通过气孔和侵蚀颗粒边界进入砖内部并进一步反应,反应过程常伴随着温度的变化,造成结构剥落及蚀损,严重影响耐火材料的使用寿命。提升氧化物耐火材料的抗侵蚀性能，理论上要求材料尽可能致密，气孔率尽可能小，但是一般氧化物的热膨胀系数高、热导率低，致密化又不可避免的导致耐火材料的抗热冲击性能降低。高熔点非氧化物能够显著改善耐火材料的高温强度、热震稳定性和抗渣侵蚀等性能，近年来被广泛应用于氧化铝基复合材料中。

Ti(C,N)是一种性能优良、用途广泛的非氧化物陶瓷材料，兼具TiN和TiC的优点，具有高熔点、高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等特性，并具有良好的导热性、导电性和化学稳定性，在机械、化工、汽车制造和航空航天等许多领域有广泛的应用。炼铁工作者通过多年实践证明使用含钛炉料是保护炉缸炉底、延长高炉寿命的有效手段，其原因就是钛氧化物在炼铁过程中部分被还原，进而在高炉炉壁和炉底形成一层以TiC、TiN和Ti(C,N)为主的渣皮起到了良好的护炉作用。由此证明，Ti(C,N)能够成为耐火材料中一种优异的非氧化物组分。

发明内容

本发明旨在充分利用棕刚玉原料的各项组成制备出一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉质耐火材料。该产品将新型非氧化物增强相Ti(C,N)引入到刚玉质耐火材料中。产品具有强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点。

本发明的技术方案：

按重量百分比计，原料组成为90-100％的棕刚玉、0-10％的金属铝，外加上述原料总量2-6％的酚醛树脂为结合剂。

所述棕刚玉粒度范围为：3≤粒度≤5mm、1≤粒度≤3mm、0.1≤粒度≤1mm、0≤粒度≤0.1mm，所述金属铝粒度为：0≤粒度≤1mm。

所述的Ti(C,N)固溶体结合刚玉质耐火材料的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在120-600℃下干燥5-25h，然后在1200℃-1600℃氮化气氛下烧结5-25h即制成本发明产品。