阅读说明：本技术 一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料及其制备方法 (Ti (C, N) solid solution combined corundum-spinel refractory material and preparation method thereof ) 是由 李勇 孙洋 李宏宇 薛文东 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明具体涉及一种Ti(C<Sub>,</Sub>N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料及其制备方法,属于耐火材料领域。该材料按重量百分比计的原料组成为55-75％的刚玉、5-20％的电熔镁砂、1-15％的氧化钛,1-15％的金属铝,外加上述原料总量2-6％的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比称取各种原料,混合均匀,经混炼得到泥料,然后压制成型,先在120℃-600℃下烘干5-25h,然后在1200℃-1600℃氮化气氛下烧结5-25h。该产品具有金属-非金属结合的结构,显气孔率2-15％、体积密度2.80-3.40g/cm<Sup>3</Sup>、常温耐压强度100-250MPa。本产品生产成本低,所用原料成分化学稳定性高,不含碳和易水化的碳化铝,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。(The invention relates to a Ti (C , N) solid solution combined corundum-spinel refractory material and a preparation method thereof, belonging to the field of refractory materials, wherein the material comprises 55-75 wt% of corundum, 5-20 wt% of fused magnesia, 1-15 wt% of titanium oxide, 1-15 wt% of metal aluminum and 2-6 wt% of phenolic resin as a binding agent, in the production process, the raw materials are weighed according to the proportion, uniformly mixed, mixed to obtain a pug, then pressed and molded, dried at 120-600 ℃ for 5-25h, and then sintered at 1200-1600 ℃ in a nitriding atmosphere for 5-25 h.)

一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料及其制备 方法

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-尖晶石质耐火材料及其制备方法。

背景技术

自上世纪70年代以来，碳复合耐火材料因具有良好的耐高温、抗热震、抗渣侵蚀等性能而被广泛地用于转炉、电炉、钢包渣线以及连铸系统等关键部位。为了满足特殊部位对抗热震性和抗渣侵蚀能力的需求，传统的碳复合耐火材料(主要是镁碳、铝碳和锆碳)中引入了大量的石墨(10～20wt％，部分达到30wt％)。对于钢水精炼来说，含碳耐火材料中大量的石墨引入一方面提高了材料的热导率，同时还面临着向钢水中大量增碳的风险。从节能减排和和冶炼洁净钢的意义来说，无论是钢水精炼还是连铸系统，碳复合耐火材料中碳含量必须得到控制。

洪彦若等在研究非氧化物复合耐火材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属在材料成型过程中将原本材料的刚性成型转变为塑性成型，提高制坯密度并降低了气孔率；在烧结过程中，金属相液化或软化，填充孔隙并同时与材料及环境气氛反应生成非氧化物增强相，进而提高材料的高温强度和热震稳定性。非氧化物具有与碳相同的不易被钢水润湿的特性，致使氧化物-非氧化物复合耐火材料成为替代碳复合耐火材料的新型无碳耐火材料。

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

本发明旨在制备出一种无需浸油的Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料。该产品将新型非氧化物增强相Ti(C,N)引入到刚玉-尖晶石质耐火材料中。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55-75％的刚玉、5-20％的电熔镁砂、1-15％的氧化钛，1-15％的金属铝，外加上述原料总量2-6％的酚醛树脂为结合剂。

刚玉粒度范围为：1≤粒度≤3mm、0.1≤粒度≤1mm、0≤粒度≤0.1mm，所述镁砂粒度为：0≤粒度≤1mm，所述氧化钛粒度为：0≤粒度≤0.1mm，所述金属铝粒度为：0≤粒度≤0.1mm。

所述的Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石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。

本发明以过渡塑性理论为基础，在滑板使用过程中使得金属铝发挥过渡塑性相的作用，即部分金属铝在滑板升温过程中与TiO₂和其他原料反应生成非氧化物增强相Ti(C,N)，剩余金属铝作为过渡塑性相，制备出一种不含易水化物相Al₄C₃、AlN，无需浸油工序的Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料。

本发明的积极效果

1、本发明利用过渡塑性相工艺制备了Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料，材料中不存在易水化的Al₄C₃和AlN，具有较好的抗水化性能。

2、本发明所得产品为金属和非金属结合滑板，其中游离态的铝能够降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提升材料的韧性和热震稳定性。

3、由于滑板中不会生成AlN和Al₄C₃，滑板具有良好的抗水化性能，便于滑板的长期存放。

4、本发明产品将新型非氧化物增强相Ti(C,N)引入到耐火材料中，提升了材料抗侵蚀性能和高温强度。

5、本发明具有优良的物理性能指标。显气孔率2-15％、体积密度2.80-3.40g/cm³、常温耐压强度100-250MPa。

具体实施方式

实施例1：一种Ti(C,N)固溶体结合刚玉-尖晶石质耐火材料的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：73％的刚玉、10％的电熔镁砂、2％的氧化钛，15％的金属铝，外加3.5％的热固性酚醛树脂。

生产时，先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压砖机压制成型，在200℃下干燥9h；然后在1400℃氮化气氛下烧结8h即制成本发明产品。

所述粉料为粒度小于200目的金属铝粉、氧化钛粉以及部分刚玉，所述骨料为粒度为3-1mm、1-0.1mm的刚玉和粒度1-0.1mm的镁砂，上述刚玉分别为板状刚玉和白刚玉，镁砂为电熔镁砂。

所得产品的性能指标为：显气孔率12.2％、体积密度2.82g/cm3、常温耐压强度202MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例2：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：71％的刚玉、10％电熔镁砂、15％的金属铝、4％氧化钛，外加3.5％的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率8.9％、体积密度2.89g/cm3、常温耐压强度196MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例3：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：69％的刚玉、10％电熔镁砂、15％的金属铝、6％氧化钛，外加3.5％的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率6.7％、体积密度2.96g/cm3、常温耐压强度198MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例4：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：67％的刚玉、10％电熔镁砂、15％的金属铝、8％氧化钛，外加3.5％的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率3.9％、体积密度2.99g/cm3、常温耐压强度187MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例5：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：65％的刚玉、10％电熔镁砂、15％的金属铝、10％氧化钛，外加3.5％的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率1.99％、体积密度3.02g/cm3、常温耐压强度182MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。