專利名稱：一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料的配方及制備方法及這一技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷及其制備方法這一技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
步進(jìn)式加熱爐廣泛應(yīng)用于鋼材熱軋前的加熱過程，步進(jìn)式加熱爐通常使用高爐、焦?fàn)t混合煤氣做為燃料，加熱爐內(nèi)設(shè)有若干個橫梁，采用無縫鋼管制作，梁上面鑲嵌有間隔布置的金屬耐熱滑塊。爐內(nèi)溫度為500-1250℃，通常在低溫段使用的金屬耐熱滑塊材料為ZG40Cr25Ni20，高溫段使用的金屬耐熱滑塊材料為Co22。加熱時，因?yàn)榻饘倌蜔峄瑝K的導(dǎo)熱系數(shù)高，一般為40～60W/m.K，高溫鋼坯與金屬耐熱滑塊接觸部分溫度比其它部分低而形成“水印”，這種水印導(dǎo)致鋼坯溫度不均勻，局部硬度高，進(jìn)軋制機(jī)進(jìn)行軋制時，容易產(chǎn)生尺寸偏差和內(nèi)部缺陷，使廢品率升高，同時上述材料均為進(jìn)口材料，使用成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、導(dǎo)熱系數(shù)低的用于步進(jìn)式加熱爐的復(fù)合陶瓷。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是上述復(fù)合陶瓷的制備方法。
本發(fā)明解決的技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷，所述的復(fù)合陶瓷為賽龍(Sialon)。
Sialon是由Si3N4-Al2O3-SiO2-AlN化合物組成的，它是Si3N4中Si和N原子分別被鋁和氧部分置換后形成的一大類固溶體的總稱。Sialon保留了Si3N4的優(yōu)良性質(zhì)，如強(qiáng)度、耐熱性和硬度等，而且比Si3N4具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性、韌性和抗氧化性。
Sialon復(fù)合陶瓷具有較高的低、高溫強(qiáng)度，較低的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率，優(yōu)良的抗熱震穩(wěn)定性、抗氧化性及抗渣性，既保證了高溫下的穩(wěn)定性，對鋼坯局部溫度影響又小。
根據(jù)步進(jìn)式加熱爐用耐熱滑塊的使用條件溫度低于1300℃，侵蝕源少，環(huán)境氣氛呈弱氧化性，工作時，滑塊承載受熱鋼坯，輕抬輕放，基本不存在劇烈撞擊等，可以認(rèn)為，用Sialon復(fù)合陶瓷耐熱滑塊代替金屬耐熱滑塊技術(shù)上是可行的。
所述的Sialon是由棕剛玉、工業(yè)級金屬硅粉、氧化鋁微粉制成。
為了降低Sialon復(fù)合陶瓷顯氣孔率，提高其耐壓強(qiáng)度，熱震性能。
還可在Sialon復(fù)合陶瓷中添加占總重量0.5-5％的稀土復(fù)合添加劑，所述的稀土復(fù)合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.0-1.5。
優(yōu)選的稀土復(fù)合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.2-1.3。
本發(fā)明添加了亞納米級氧化釔，粒度20-200nm，在燒制過程中，亞納米級氧化釔進(jìn)入Sialon晶格中，有利于金屬硅粉在低溫下被充分氧化燒結(jié)，使得制品顯氣孔率下降明顯，從而提高了常溫、高溫強(qiáng)度，同時對熱震性能有所改善。
所述的復(fù)合陶瓷的生產(chǎn)工藝為稱量、共磨預(yù)混、濕混、振動加壓成型、干燥烘烤、充氮?dú)夥磻?yīng)燒結(jié)、出窯等過程。
所述的振動加壓成型過程所使用的振動頻率為80-120赫茲，壓力為50-120Mpa。
所述的充氮?dú)夥磻?yīng)燒結(jié)過程為從室溫升到1400℃，升溫速度50℃/分鐘，在1400℃保溫3-5小時；然后從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，在1450℃保溫2.5-3小時。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，用Sialon復(fù)合陶瓷耐熱滑塊替代金屬Co22和ZG40Cr25Ni20作為耐熱滑塊在加熱爐上應(yīng)用，表現(xiàn)出了抗氧化、耐高溫、耐磨損、能抵抗高頻次的重機(jī)械載荷重和抗熱震性能好的優(yōu)良性能，并且還能夠消除“水印”，提高軋鋼成品率，降低了滑塊使用成本；在Sialon復(fù)合陶瓷添加了亞納米級氧化釔，使Sialon復(fù)合陶瓷材料的性能大幅度提高，耐壓強(qiáng)度提高了40-60％，高溫抗折強(qiáng)度提高了100％以上。
具體實(shí)施例方式
所用的原料棕剛玉、工業(yè)級金屬硅粉、工業(yè)級氧化鋁微粉、粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔、粒度≤4μm的99.99％氧化釔均為市售。
優(yōu)選的制備工藝為取棕剛玉75公斤，工業(yè)級金屬硅粉20公斤、工業(yè)級氧化鋁微粉4公斤，添加稀土復(fù)合添加劑，將上述組分在氣流磨機(jī)共磨預(yù)混合，總共磨預(yù)混合時間為50分鐘。在輪碾機(jī)中濕混15分鐘；混好的物料倒入試樣模具內(nèi)，在200T振動加壓機(jī)上進(jìn)行振動加壓成型，振動頻率為100Hz、壓力為70Mpa；試樣坯自然干燥24h后；進(jìn)入電干燥窯180℃下干燥24小時，確保殘余水分低于0.5％；在通入99.99％N2電加熱爐內(nèi)反應(yīng)燒結(jié)，升溫制度為室溫至1400℃升溫速度50℃/分鐘，1400℃保溫3小時；從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，1450℃保溫3小時；然后斷電自然冷卻。
檢驗(yàn)指標(biāo)如下體積密度為帶有氣孔的干燥材料的質(zhì)量與其總體積的比值，用g/cm3表示。檢驗(yàn)方法見冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB/T5200-1993。
顯氣孔率為帶有氣孔的材料中所有開口氣孔的體積與其總體積之比植，用％表示。檢驗(yàn)方法見冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB/T5200-1993。
耐壓強(qiáng)度為在室溫下，試樣受到壓力負(fù)荷的作用而破壞時的極限應(yīng)力，以MPa表示。檢驗(yàn)方法見冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB/T5201-1993。
高溫抗折強(qiáng)度按GB/T3002-1982方法檢驗(yàn)，簡稱高溫強(qiáng)度，單位為Mpa。
導(dǎo)熱系數(shù)按ZBQ/T52004-1990方法檢驗(yàn)，單位為W/m.K熱震性能按YB/T376.1-1995方法檢驗(yàn)，單位為次。
賽龍(Sialon)的技術(shù)指標(biāo)如下體積密度2.6g/cm3、顯氣孔率18％、耐壓強(qiáng)度120Mpa，高溫強(qiáng)度18Mpa、導(dǎo)熱系數(shù)10.5，熱震性能25次。
表1中，稀土復(fù)合添加劑中所用粒度20-200nm氧化釔純度為98.5％，用量為1公斤；粒度≤4μm的氧化釔Y2O3純度為99.9％，用量如表所示，單位為公斤。
表1

實(shí)施例2效果最好，實(shí)施例1、3的效果稍差。
除稀土復(fù)合添加劑在Sialon復(fù)合陶瓷中的添加量以外，其余與實(shí)施例2相同。
表2


實(shí)施例5效果最好，實(shí)施例4、6、7的效果稍差。
用實(shí)施例2制成的2塊滑塊使用半年后，檢驗(yàn)結(jié)果如下1、陶瓷耐熱滑塊上表面沒有觀察到磨損情況，其上表面標(biāo)高與其它金屬滑塊相同；2、陶瓷耐熱滑塊沒有發(fā)現(xiàn)裂紋和剝落的情況；3、陶瓷耐熱滑塊在爐內(nèi)經(jīng)受住了頻繁的溫度波動(800℃-1250℃)；4、坯在爐內(nèi)連續(xù)步進(jìn)，陶瓷耐熱滑塊經(jīng)受住了連續(xù)高頻次的機(jī)械負(fù)荷壓力(140×140mm方坯重2.4噸、150×150mm方坯重2.8噸)；5、由于非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)，加熱爐內(nèi)紅坯與Sialon復(fù)合陶瓷耐熱滑塊接觸的部分不會產(chǎn)生“水印”，兩者之間幾乎測不出溫差。
權(quán)利要求
1.一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷，其特征在于所述的復(fù)合陶瓷為賽龍(Sialon)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷，其特征在于所述的Sialon是由棕剛玉、工業(yè)級金屬硅粉、氧化鋁微粉制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷，其特征在于還可在Sialon復(fù)合陶瓷中添加占總重量0.5-5％的稀土復(fù)合添加劑，所述的稀土復(fù)合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5％的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.0-1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷，其特征在于所述的稀土復(fù)合添加劑的成分及重量比為粒度20-200nm、純度98.5的氧化釔∶粒度≤4μm的99.99％氧化釔＝1∶1.2-1.3。
5.一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于a)所述的振動加壓成型過程所使用的振動頻率為80-120赫茲，壓力為50-120Mpa；b)所述的充氮?dú)夥磻?yīng)燒結(jié)過程為從室溫升到1400℃，升溫速度50℃/分鐘，在1400℃保溫3-5小時；然后從1400℃升到1450℃升溫速度30℃/分鐘，在1450℃保溫2.5-3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于步進(jìn)式加熱爐滑塊的復(fù)合陶瓷及其制備方法，所用的復(fù)合陶瓷為賽龍(Sialon)，用本發(fā)明制成的滑塊與現(xiàn)有技術(shù)相比，耐氧化、耐高溫、耐磨損、抗熱震性能好、能抵抗高頻次的重機(jī)械載荷重的特點(diǎn)，并且還能夠消除“水印”，提高了軋鋼成品率，降低了滑塊使用成本。
文檔編號C04B35/622GK1951872SQ200510095010
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者翁林山, 蔣玉清, 嚴(yán)解榮, 劉玉蘭, 邵良君, 汪雷, 郟啟友, 宋強(qiáng), 陳鴻旭, 于洋 申請人:馬鞍山鋼鐵股份有限公司, 宜興市鈺璽窯業(yè)有限公司