一種生產超厚氮化物結合碳化矽大異形製品的方法
2023-09-19 14:06:45 1
專利名稱：一種生產超厚氮化物結合碳化矽大異形製品的方法
技術領域：
本發明屬於耐火材料製造領域。更具體地說，本發明涉及一種生產厚度超過 150mm，且能達到300mm的氮化物結合碳化矽製品的方法。
背景技術：
氮化物(Si3N4、Si2N20、Sialon)結合碳化矽製品由於具有高的高溫強度、高的熱傳 導率、低的熱膨脹率以及良好的抗熱震性、抗渣抗鹼侵蝕性、抗氧化性、高溫耐磨性等種種 優良性能，目前主要用於以下三個方面鋼鐵工藝，如高爐爐身中、下部、風口等；有色金屬 工業，如銅、鋁等冶金容器；其它工業窯爐，主要做窯爐的襯板、棚板、支柱、匣缽等。目前的生產工藝，製備厚度大於150mm的超厚氮化物結合碳化矽大異型製品，由 於製品過厚，乾燥和燒成過程不易控制，很難製備出厚度超過150mm且使用性能的與小型 製品相當的超厚異形氮化物結合碳化矽製品。查閱相關文獻，目前氮化物結合碳化矽材料單件厚度多為120mm以下。對於厚度 超過150mm的大型氮化物結合碳化矽材料，主要以不同形狀的小型氮化物結合碳化矽材料 組合為主。目前我國大型高爐風口組合磚，COREX豎爐均對單件厚度為300mm左右的超厚 氮化物結合碳化矽大異形製品提出了需求。
發明內容
為了簡化高溫行業大型設備用氮化物結合碳化矽製品的結構設計，克服目前氮化 物結合碳化矽製品磚型小，結構複雜，施工繁瑣的不足，本發明提供一種生產超厚氮化物結 合碳化矽製品的方法，該方法能生產出厚度達到300mm的超厚氮化物結合碳化矽大異形制 品，並具有與小型氮化物結合碳化矽製品相當的使用性能。本發明實現其發明任務採取的技術方案是採用碳化矽顆粒和矽粉作主料，所 述碳化矽的純度在98%以上；不同粒度碳化矽的質量百分比為2. 36-4mm 10-15%, 0. 425-2. 36mm 30-35%,0. 075-0. 425mm 16-20%, 97% 10-14%， 96% 6-10% ； 外加純度> 98 %的矽灰、< 0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、< 0. 045mm的3N4細 粉作為混合添加劑；先將碳化矽顆粒、矽粉、混合添加劑混合均勻後再加入佔主料質量 7. 3-7. 9%的水攪混，使之生成流動性好，水分適中的澆注料，將模具放于振動臺，通過變頻 振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整，在40°C的乾燥房內存放超過20 小時後拆除鋼模，在60°C _150°C的條件下烘乾，烘乾時間大於或等於80個小時，然後在 13500C _1500°C的條件下氮化25個小時以上而燒成。本發明的有益效果是，可以直接用單件厚度超過150mm的大型製品取代目前由若 幹小形製品組合成的大型製品，使現場的施工過程變的更加簡單，同時還簡化了材料外形 種類，避免了組合而成的大型製品因接口過多帶來的缺陷。此方法製作的單件製品其厚度 可達300mm，密度可達2. 60kg/dm3以上，抗折強度室溫條件下可達45MPa以上，高溫條件下可達40MPa以上，顯氣孔率小於16%。
具體實施例方式結合實施例對本發明進一步說明實施例1 1、選料配料選用碳化矽顆粒和矽粉作主料，不同粒度碳化矽的質量百分比為 2. 36-4mm 10%，0. 425-2. 36mm 30%，0. 075-0. 425mm 20%, < 0. 075mm 20% ；不同 粒度矽粉的質量百分比為6. 5um-0. 048_ 10%, < 6. 5um 10%，選用矽灰、粒度小於 0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉作為混合添加劑；其 中，矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分 別佔主料重量的2%、1. 5%、0. 3%、3% ；2、混合料先將碳化矽顆粒、矽粉、矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣 水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉混合均勻後再加入佔主料質量7. 3%的水攪混半小時， 使之生成流動性好，水分適中的澆注料；3、成型將混勻的料加入到尺寸為300mmX300mmX400mm的鋼模中，通過ImX lm， 功率2. 2kw，變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整；4、脫模在40°C的乾燥房內存放M小時後拆除鋼模；5、烘乾在烘乾室內60°C的條件下烘乾130個小時；6、燒成在真空氮化爐內採用1350°C的條件下氮化30個小時而燒成。7、檢驗產品尺寸為 J99. 5mmX299. 8mmX400. 8mm化學成分SiC73%，Fe2O3O. 5%，游離 SiA+Si 2. 5%,Α12032· 0%，Si3N420%，2%其它雜質體積密度2.62g/cm3顯氣孔率15. 8%常溫耐壓強度172MPa抗折強度常溫47MPa1350 °C 43MPa ；8、包裝。實施例2 1、選料配料選用碳化矽顆粒和矽粉作主料，不同粒度碳化矽的質量百分比為 2. 36-4mm 12%, 0. 425-2. 36mm 32 %，0. 075-0. 425mm 19%, < 0. 075mm 17% ；不同 粒度矽粉的質量百分比為6. 5um-0. 048_ 12%, <6. 5um 8%，選用矽灰、粒度小於 0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉作為混合添加劑；其 中，矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分 別佔主料重量的2%、1. 5%、0. 3%、3% ；2、混合料先將碳化矽顆粒、矽粉、矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣 水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉混合均勻後再加入佔主料質量7. 6%的水攪混半小時， 使之生成流動性好，水分適中的澆注料；3、成型將混勻的料加入到尺寸為300mmX 300mmX 400mm的鋼模中，通過ImX Im,功率2. 2kw，變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整；4、脫模在40°C的乾燥房內存放23小時後拆除鋼模；5、烘乾在烘乾室內150°C的條件下烘乾89個小時；6、燒成在真空氮化爐內採用1450°C的條件下氮化沈個小時而燒成。7、檢驗產品尺寸為 J99. 6mmX300. 2mmX400. 6mm化學成分SiC71%，Fe2O3O. 6%，游離 SiA+Si 3. 0%,Al2O3L 6%, Si3N421%,2. 8%其它雜質體積密度2.64g/cm3顯氣孔率15.1%常溫耐壓強度181MPa抗折強度常溫49MPa1350 °C 42MPa ；8、包裝。實施例3:1、選料配料選用碳化矽顆粒和矽粉作主料，不同粒度碳化矽的質量百分比為 2. 36-4mm 13%,0.425-2. 36mm 31 %,0. 075-0. 425mm 18%, < 0. 075mm 19% ；不同粒度 矽粉的質量百分比為6. 5um-0. 048mm 11%, < 6. 5um 8%，選用矽灰、粒度小於0. 075mm 的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉作為混合添加劑；其中，矽灰、 粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分別佔主料 重量的 2%Λ. 5%,0. 3%,3% ；2、混合料先將碳化矽顆粒、矽粉、矽灰粉粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸 鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉混合均勻後再加入佔主料質量7. 7%的水攪混半小 時，使之生成流動性好，水分適中的澆注料；3、成型將混勻的料加入到尺寸為300mmX 300mmX 400mm的鋼模中，通過ImX Im, 功率2. 2kw，變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整；4、脫模在40°C的乾燥房內存放20小時後拆除鋼模；5、烘乾在烘乾室內120°C的條件下烘乾86個小時；6、燒成在真空氮化爐內採用1500°C的條件下氮化32個小時而燒成。7、檢驗產品尺寸為 J99. 8mmX300. 2mmX399. 7mm化學成分SiC72%，Fe2O3O. 3%，游離1. 5%,Α12032· 0%，Si3N422%,2. 2%其它雜質體積密度2.62g/cm3顯氣孔率15. 6%常溫耐壓強度176MPa抗折強度常溫48MPa1350 °C 42MPa ；8、包裝。實施例4 1、選料配料選用碳化矽顆粒和矽粉作主料，不同粒度碳化矽的質量百分比為2. 36-4mm 15%，0. 425-2. 36mm 33%，0. 075-0. 425mm 16%, < 0. 075mm 16% ；不同 粒度矽粉的質量百分比為6. 5um-0. 048_ 14%, < 6. 5um 6%，選用矽灰、粒度小於 0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉作為混合添加劑；其 中，矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分 別佔主料重量的2%、1. 5%、0. 3%、3% ；2、混合料先將碳化矽顆粒、矽粉、矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣 水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉混合均勻後再加入佔主料質量7. 9%的水攪混半小時， 使之生成流動性好，水分適中的澆注料；3、成型將混勻的料加入到尺寸為300mmX 300mmX 400mm的鋼模中，通過ImX Im, 功率2. 2kw，變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整；4、脫模在40°C的乾燥房內存放25小時後拆除鋼模；5、烘乾在烘乾室內130°C的條件下烘乾90個小時；6、燒成在真空氮化爐內採用1400°C的條件下氮化25個小時而燒成。7、檢驗產品尺寸為300mmX300. 4mmX399. 8mm化學成分SiC74%，Fe2O3O. 5%，游離 SiA+Si 1. 5%,Al2O3L 5%, Si3N420%,2. 5%其它雜質體積密度2.61g/cm3顯氣孔率15. 9%常溫耐壓強度168MPa抗折強度常溫48MPa1350 °C 45MPa ；8、包裝。實施例5 1、選料配料選用碳化矽顆粒和矽粉作主料，不同粒度碳化矽的質量百分比為 2. 36-4mm 11 %，0. 425-2. 36mm 35%，0. 075-0. 425mm 17%, < 0. 075mm 17% ；不同 粒度矽粉的質量百分比為6. 5um-0. 048_ 14%, < 6. 5um 6%，選用矽灰、粒度小於 0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉作為混合添加劑；其 中，矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分 別佔主料重量的2%、1. 5%、0. 3%、3% ；2、混合料先將碳化矽顆粒、矽粉、矽灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣 水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉混合均勻後再加入佔主料質量7. 7 %的水攪混半小時， 使之生成流動性好，水分適中的澆注料；3、成型將混勻的料加入到尺寸為300mmX 300mmX 400mm的鋼模中，通過ImX Im, 功率2. 2kw，變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整；4、脫模在40°C的乾燥房內存放25小時後拆除鋼模；5、烘乾在烘乾室內140°C的條件下烘乾85個小時；6、燒成在真空氮化爐內採用1450°C的條件下氮化沈個小時而燒成。7、檢驗產品尺寸為 J99. 7mmX300. 6mmX399. 8mm化學成分SiC72%，Fe2O3O. 4%，游離 SiA+Si 2. 0%,
Al2O3L 5%, Si3N421%,3. 其它雜質體積密度2.61g/cm3顯氣孔率15. 9%常溫耐壓強度168MPa抗折強度常溫48MPa1350 °C 45MPa ；8、包裝。由上述工藝製得的製品的性能指標如下材質氮化物結合碳化矽尺寸300士 ImmX 300士 ImmX 400士 1. 5mm化學成分SiC彡 70%, Fe2O3 ^ 0. 5%，游離彡 4%, Al2O3 ^ 2%,Si3N4 ^ 20%,其它雜質體積密度^2. 60g/cm3顯氣孔率 40Mpao
權利要求
1.一種生產超厚氮化物結合碳化矽大異形製品的方法，其特徵在於採用碳化 矽顆粒和矽粉作主料，所述碳化矽的純度在98%以上；不同粒度碳化矽的質量百分比 為2.36-4mm 10-15 %，0. 425-2. 36mm 30-35 %，0. 075-0· 425mm 16-20 %, 97% 10-14%, 96% 6-10% ；外加純度> 98%的矽灰、< 0.075mm的α-Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、 < 0. 045mm的3N4細粉作為混合添加劑；先將碳化矽顆粒、矽粉、混合添加劑混合均勻後再 加入佔主料質量7. 3-7. 9%的水攪混，使之生成流動性好，水分適中的澆注料，將模具放於 振動臺，通過變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整，在40°C的幹 燥房內存放超過20小時後拆除鋼模，在60°C -150°C的條件下烘乾80個小時以上，然後在 13500C _1500°C的條件下氮化25個小時以上而燒成。
2.如權利1所述一種生產超厚氮化物結合碳化矽大異形製品的方法，其特徵在於矽 灰、粒度小於0. 075mm的α -Al2O3粉、鋁酸鈣水泥、粒度小於0. 045mm的Si3N4細粉分別佔主 料重量的 2%U. 5%,0. 3%,3%0
全文摘要
本發明屬於耐火材料製造領域。涉及一種生產超厚氮化物結合碳化矽大異形製品的方法；採用碳化矽顆粒和矽粉作主料，將碳化矽顆粒、矽粉、混合添加劑混合均勻後再加水攪混，使之生成流動性好，水分適中的澆注料，將模具放于振動臺，通過變頻振動臺及小型振動棒輔助振動澆注成型，使坯體表面平整，在40℃的乾燥房內存放超過20小時後拆除鋼模，在60℃-150℃的條件下烘乾80個小時以上，然後在1350℃-1500℃的條件下氮化25個小時以上而燒成。本發明方法製作的單件製品其厚度可達300mm，密度可達2.60kg/dm3以上，抗折強度室溫條件下可達45MPa以上，高溫條件下可達40MPa以上，顯氣孔率小於16％。
文檔編號C04B35/622GK102060536SQ20101053094
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者劉臻, 常赬, 李付, 王文武, 王鵬, 聞彪, 黃志明, 龔劍鋒 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司