[发明专利]无冷却轧钢加热炉刚玉-氮化钛滑轨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种无冷却轧钢加热炉刚玉‑氮化钛滑轨材料及其制备方法。本发明以刚玉为基体原料，刚玉在复合材料中体积分数为70‑80％；结合剂是非化学计量比氮化钛(TiN_X，0.3≤X≤0.5)，结合剂在复合材料中体积分数为20‑30％。本发明将非化学计量比化合物TiN_x引入到刚玉基体中作结合剂，在较低的烧结温度下制备出微观组织细化以及强度、耐磨性、抗热震性和抗渣蚀性等都得到改善的复合材料。从而解决了棕刚玉‑碳化硅滑轨砖在使用过程中，SiC与铁形成不良产物而影响其使用寿命等关键问题。本发明与钢坯直接接触使用寿命长、成本低、长期高温工作性能稳定，是一种新型的适用于轧钢加热炉中的无冷却滑轨材料。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别是涉及一种无冷却轧钢加热炉刚玉-氮化钛滑轨材料及其制备方法。

背景技术

滑轨作为轧钢加热炉的重要部件之一，是钢坯的支撑部件，与钢坯接触，直接影响钢坯的热均匀性，关系到金属轧制的产量、质量以及能源的消耗等。同时，长期在高温且受磨损的工作环境下，对其高温性能的稳定和使用寿命也是一个考验。与传统的水冷、汽冷滑轨技术相比，无冷却滑轨技术在轧钢加热炉中的应用，可以提高钢坯质量，简化工艺过程，减少冷却过程造成的能量损失。

无冷却滑轨多为陶瓷材料。国外一般采用电熔刚玉砖或电熔莫来石砖，在低温段则采用耐热铸钢金属滑轨，但价格很高，而且高温下容易氧化起皮，不耐磨。

国内多以最经济的刚玉为基体材料制备陶瓷滑轨。文献(蔡乔方主编.加热炉(第三版)[M].北京:冶金工业出版社,2012:174-180.)中的棕刚玉-碳化硅滑轨砖，是以85％的棕刚玉加入15％碳化硅，再加5％磷酸铝作高温结合剂制备而成。但是，这种滑轨砖存在磨损量较大和渣侵蚀明显的问题，尤其是高温段。

棕刚玉-碳化硅滑轨砖之所以使用寿命短，一个很重要的原因是高温下SiC与铁元素反应能力较强，自身的抗氧化能力弱。SiC在高温作用下易受到铁的侵蚀，与铁产生化学反应，4Fe+SiCFeSi+Fe₃C(勃兰特,格里安达斯,米库斯.陶瓷切削工具在加工黑色及有色合金时的磨损机理[J].欧洲陶瓷学会期刊，1990，6(5):273-290.)。而SiC在高温氧化气氛中会发生氧化作用，SiC+2O₂SiO₂+CO₂(顾立德.特种耐火材料(第3版)[M].北京:冶金工业出版社,2006:195-203.)，再与钢坯表面的氧化铁皮反应，形成FeO-SiO₂-Al₂O₃低共熔物。这就使得棕刚玉-碳化硅滑轨砖在高温环境下与钢坯接触时，接触面处的SiC与铁、氧相互作用，组织逐渐遭到破坏，加之不断摩擦，更加剧了这种破坏，最终使得棕刚玉-碳化硅滑轨砖的使用寿命大大缩短。

文献《新一代无水冷滑轨技术在轧钢加热炉中的应用》(冶金能源；钱惠国,陈晓艺,徐林生等；2012，31(2):22-25.)对原有棕刚玉滑轨砖骨料配方进行改进，添加一定数量的稀土元素，再经压机高压形成后，在1800℃高温焙烧而成。但是，这种刚玉滑轨砖在正常情况下，使用寿命也仅为10个月左右，且稀土元素的引入，必然对材料的高温性能产生不利影响。

中国专利(CN104341142A)公开一种由棕刚玉、白刚玉、氧化铝超微粉、氧化铬、氧化锆等为原料制备的用于冶金行业炼钢、轧钢和加热炉推钢滑轨的耐磨材料，耐磨性好、成本低廉，但其中添加了磷酸，会影响材料的高温性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无冷却轧钢加热炉刚玉-氮化钛滑轨材料及其制备方法，该发明与钢坯直接接触使用寿命长、成本低、长期高温工作性能稳定，是一种新型的适用于轧钢加热炉中的无冷却滑轨材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：