复合碳化硅质窑炉烧嘴的试制

    关键词：复合；碳化硅；烧嘴；注浆成型；有机粘接剂

    1 引言

    碳化硅（SiC）作为非氧化物陶瓷材料，以其高硬度、高强度、良好的导热性及耐受高温等特性，广泛用作耐磨材料、热交换器，发热体高温机械部件及耐火材料等工业上，我们根据碳化硅的一些性能特征，配加有关原材料及有机粘接剂，采用注浆成型的方式，成功地试制出了复合型碳化硅质窑炉烧嘴，并应用于燃气间歇式梭式窑中，为寻找新的材质，降低成本、节约能源、开辟新的耐火材料领域，取得了良好的效果。

    2 原料的选择

    2．1 碳化硅原料的选择

    碳化硅工业生产的主要方法是用石英砂加焦炭及锯屑直接通电在电孤炉中还原而得到，温度通常在2000℃以上，由于成品中含有游离碳，二氧化硅和金属铁等杂质，所以呈现黑色，我们选用了福建省某厂生产的这种原料，它具有价格低廉，抗氧化性能好等优点。其质量要求见表1。

表1碳化硅质量要求

    2.2 铝矾土原料的选择

    铝矾土是一种含铝量较高的耐火材料，使用一部分矾土可以调节产品的抗氧化能力，降低成本及增加产品的韧性，我们选用了河南省某厂生产的一级铝矾土，它具有质量稳定，运输方便等优点，其化学组成见表2。

    2.3 无机悬浮剂原料的选择

    无机悬浮剂要求结合性能好，悬浮能力强，含铁量低、碱金属氧化物含量少，烧结性能宽等特点，为此，我们选用了江苏省苏州市高岭土公司生产的一级粘土，其化学组成见表3。

表2 铝矾土的化学组成

表3 苏州土的化学组成

    2.4 有机粘接剂原料的研制

    有机粘接剂要求粘接能力强，烧后无灰分，便于水解等特点，为此，我们精心选料，独自调配出复合型有机粘接剂，经过运用证明，它能有效地增加坯体强度，减少半成品的破损。

    3 坯料的制备

    3.1 坯料的颗粒级配

    坯料具有合理的颗粒级配能提高半成品的生产效率，使产品的表面光洁，致密度高，还使得产品的抗氧化能力增强，透气率增加，经过多次试验，我们选定以下级配范围，见表4。

表4 坯料的颗粒级配

    3.2 配方组成

    复合碳化硅窑炉烧嘴属于异型产品，应采用注浆成型的方式生产，要求坯料配方满足悬浮性能好，含水率低、流动能力强，干燥收缩及烧成收缩尽可能小的特点，以保证产品尺寸准确，不易变形及导热性能强的要求，经多次试验，确定配方组成范围为“

    碳化硅：83~89

    铝矾土：8~12

    苏州土：3~5

    粘接剂：3~5

    3.3 坯料制备工艺

    3.3.1 将已煅烧的块状铝矾土原料单独按颗粒级配加工成粉体状。

    3.3.2 将有机复合粘接剂用沸水冲泡化开，并过120目筛，调制其浓度为7~8Be为宜。

    3.3.3 根据配方组成、级配组成要求，依次准确称取各种原料，在搅拌池中加水混合均匀，料浆含水率控制在30%左右，待陈腐24h以后使用，陈腐的目的是使料浆润湿均匀，有利于成型操作。

    4 成型

    我们所开发的复合碳化硅窑炉烧嘴属于异型品种，只适宜采用注浆法成型，目前采用最多的是离心注浆法，它可以加快空心注浆的成坯速度，这是一种将料浆注入旋转的石膏模型中，在离心力的作用下，使泥浆紧靠模壁，脱水后形成坯体的方式，此法注成的坯体，厚度比较均匀，不易变形，考虑到料浆中瘠性原料较多，容易沉淀等原因，为了促使坯体结构致密，防止坯体分层及开裂等缺陷，我们采用了真空脱泡压力注浆的先进生产形式，操作中需注意加固和密合模型，否则容易发生烂模和跑浆的现象。

    5 干燥

    考虑到生产的间歇及产量的有限性，我们选用间歇式热烘房对坯体进行干燥，要求烘房温度小于70℃，保持坯体的残留水分小于1%，操作中要求轻拿轻放，尽可能减少半成品的破损。

    烧成是复合碳化硅窑炉烧嘴的关键工序，采用高温还原气氛单独烧成的方式有利于稳定产品质量，提高成品率，具有烧成制度如下：

    6.1 室温~300℃，排除坯体内部的吸咐水及有机粘接剂的分解，升温速度15℃~20℃/h。

    6.2 300℃~450℃，排除坯体内部的结构水，升温速度30℃~35℃/h

    6.3 450℃~960℃，坯体内部的碳酸盐、硫酸盐分解，坯体经过充分氧化，升温速度：20℃~25℃/ h

    6.4 960℃~1280℃坯体内进入强度还原阶段，碳化硅晶体稳定长大，莫来石晶体形成，升温速度60℃~65℃/h

    6.5 1280℃~1430℃，坯体进入弱还原阶段，碳化硅晶体及莫来石晶体稳定长大，有少量石英玻璃、碱玻璃生成，气孔率降至最低点，坯体结构最致密，升温速度50℃~55℃/h。

    6.6 冷却过程。为避免坯体内部玻璃体的增长，冷却需慢慢进行，以利于晶体的稳定长大，冷却时间约为24h。

    7 结论

    7.1 我们把产品运用到燃气梭式窑上试用一段时期之后，体会到它具有热传递速率高，耐磨损，使用寿命长的优点，当然还存在比重大，不耐碰撞之缺点。

    7.2 坯料中除碳化硅为主体原料外，引入铝矾土及苏州土，能使成品的表面更加光洁，还能减低生产成本，增加强度，降低脆性。

    7.3 有机粘接剂的引入能使半成品的强度增加，便于操作，由于高温下有机物会全部挥发，从而不会使产品的质量受到影响。

    7.4 作为与燃气梭式窑配套的耐火材料，复合碳化硅窑炉烧嘴具有潜在的市场，我们将加大销售力度，使产品得到更广泛的应用。