一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113307292A(43)申请公布日2021.08.27(21)申请号202110748851.4C01B21/076(2006.01)(22)申请日2021.07.02B24D3/34(2006.01)(71)申请人中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司地址471039河南省洛阳市涧西区西苑路43号申请人中钢南京环境工程技术研究院有限公司(72)发明人杜鹏辉王刚王来稳袁波王佳平王曲梁鹏鹏(74)专利代理机构洛阳明律专利代理事务所(普通合伙)41118代理人杨淑敏(51)Int.Cl.C01F7/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法(57)摘要本发明属于耐磨材料和耐火材料领域，涉及一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法。涉及的一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法采用含钛矾土、无烟煤、铁屑为原料，在电弧炉中，经2200℃‑2300℃高温冶炼，除去杂质；使含钛氧化物以Ti2O3、TiO2形式存在于高温熔体中；然后经冷却分选，制备出不同粒度的棕刚玉颗粒；最后将不同粒度的棕刚玉颗粒放置的氮化炉中，在氮气条件下进行氮化处理，使棕刚玉中的TiO2、Ti2O3通过碳热还原氮化反应转化为硬度和强度更高的TiN，进一步提高棕刚玉的使用性能；本发明借助氮化钛高熔点、高强度、高硬度的性能对棕刚玉的硬度和耐磨性进行提升；进一步改善材料的韧性。CN113307292ACN113307292A权利要求书1/1页1.一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法，其特征在于：制备方法采用含钛矾土、无烟煤、铁屑为原料，在电弧炉中，经2200℃‑2300℃高温冶炼，分别除去Fe2O3、SiO2、Na2O、K2O杂质；使含钛氧化物以Ti2O3、TiO2形式存在于高温熔体中；然后经冷却分选，制备出不同粒度的棕刚玉颗粒；最后将不同粒度的棕刚玉颗粒放置的氮化炉中，在氮气条件下进行氮化处理，使棕刚玉中的TiO2、Ti2O3通过碳热还原氮化反应转化为硬度和强度更高的TiN，进一步提高棕刚玉的使用性能；具体步骤如下：1）配方设计：以含钛高铝矾土熟料为原料，以粒度为5‑10mm的石油焦、焦炭、无烟煤中的一种或者复合作为还原剂,加入量为含钛高铝矾土熟料加入量的3‑8%；以铁屑为稀释剂进行配料设计，铁屑加入量为含钛高铝矾土熟料加入量的3‑9%；2）冶炼：在电弧炉中，电弧起弧后，电流上升到负荷的20%‑45%时，加料压住弧光。待电流上升到70%‑90%，陆续加料进入冶炼阶段，冶炼温度控制在2200‑2300℃；3）精炼与冷却：含钛高铝矾土原料充分熔融后，在高温条件下保温10‑20小时，使杂质充分还原，硅铁合金沉淀聚集并与刚玉分离，炉内气体畅通排出除杂；完成冶炼后进行自然冷却；4）碎选：将冷却后的刚玉熔块擂碎后得到大小不同的棕刚玉熔块、硅铁合金熔块，然后进行破碎分选，碎选后的粒度控制在0‑1mm；1‑3mm；3‑5mm；5‑8mm；5）氮化处理：将碎选后不同粒度的棕刚玉颗粒以自然堆积方式平铺在N2气氛炉中，以0.5‑2℃·‑1min升温至1400‑1450℃保温10‑30h；使棕刚玉中残留的碳、TiO2与引入的N2充分反应，生成含氮化钛的棕刚玉颗粒。2.如权利要求1所述的一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法，其特征在于：‑1氮气N2纯度不低于98%，流量不低于200mL·min，氮化炉中氮气压力不大于0.1MPa。3.如权利要求1所述的一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法，其特征在于：所述棕刚玉的平铺厚度为10‑100mm,确保棕刚玉铺层充分氮化。4.如权利要求1所述的一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法，其特征在于：所述的含钛高铝矾土原料主要为煅烧后的矾土熟料，其中按质量百分比计TiO2＞2%，Fe2O3＜28%，SiO2＜19%，余量为Al2O3及其它不可避免的杂质。5.如权利要求1所述的一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法，其特征在于：所制备的高强、超硬、耐磨棕刚玉材料的成分为：Al2O384～98%、TiN2‑13%及杂质，材料中TiN和Al2O3各自以独立相形式存在。2CN113307292A说明书1/3页一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法技术领域[0001]本发明属于耐磨材料和耐火材料领域，具体涉及一种含氮化钛的高强、超硬、耐磨棕刚玉制备方法。背景技术[0002]棕刚玉具有硬度大、耐磨性好、强度高、耐高温、耐腐蚀等性能特点，多用于制做各种反应器皿、管道，机械零部件，磨料模具，刀具、防弹材料；还可应用于浇钢滑动水口，稀贵金属冶炼，以及炼铁高炉的内衬材料。[0003]目前棕刚玉的