CN100486927C - 低碳Al2O3-矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法 - Google Patents
低碳Al2O3-矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种低碳Al2O3-矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法。该方法以刚玉、矾土基β-Sialon、活性氧化铝，石墨或炭黑，防氧化剂为原料，以树脂为结合剂，机压成型，还原气氛下1300℃-1600℃烧成，再经浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面等工艺制备。用本发明制备的滑板与现有的铝碳滑板相比，含碳量极低，抗氧化性和抗热震性优异，热态抗折强度高。适用于特种钢特别是洁净钢的生产，同时生产成本低于其他各类非氧化物结合滑板，便于进行工业化生产。
Description
所属领域：
本发明属于高温功能材料制造领域，具体涉及一种以刚玉和矾土基β-Sialon为主要原料的低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法。
背景技术：
滑动水口是控制钢水流动的关键部件，其安全性和长寿命对连铸生产的正常运行起关键作用。而滑板是滑动水口的最重要组成部分，也是滑动水口各部件中承担风险最大的元件，必须做到万无一失。
目前国内的滑板主要材质为铝碳和铝锆碳质，中小型钢包主要用不烧或烧成铝碳质滑板，大型钢包主要使用铝锆碳质滑板。碳元素由于具有优良的抗侵蚀性和耐磨性，因此被广泛使用于滑板砖中。铝碳和铝锆碳质滑板砖含有6-12％的碳，在炼钢连铸使用中，滑板中的碳渗入钢液，从而对钢液产生污染，影响低碳钢、洁净钢的品质。所以目前的铝碳和铝锆碳质滑板已难以满足特种钢特别是洁净钢生产的需要。洁净钢生产要求使用的滑板材料以低碳、低硅含量甚至无碳无硅为好。
赛隆具有优异的抗氧化性和抗热震性以及良好的热态强度，近年来已广泛地应用于高档耐火材料中。在耐火材料中引入赛隆，能改善耐火材料的使用性能，提高使用寿命。在滑板中引入赛隆，能明显改善滑板的抗氧化性、抗热震性和热态强度，提高滑板使用寿命。
文献“优质滑动水口的工艺研究”(重型机械科技，2003，5：13-19)提供了一种非氧化物结合刚玉滑板的制备方法。该方法以刚玉为主要原料，金属硅粉和铝粉为添加剂，采用高温氮化法在滑板中生成Sialon/Si3N4等非氧化物结合相。该方法采用高温直接氮化生产非氧化物结合刚玉滑板，生产成本较高。
文献“赛隆结合刚玉滑板的性能及应用”(耐火材料，2003，5：303-304)介绍了一种直接氮化法制备赛隆结合刚玉滑板的方法。主要方法为：以板状刚玉、金属硅粉和铝粉为主要原料，以纸浆废液为结合剂，机压成型，干燥后进入氮化炉内氮化烧结，氮化温度为1450-1470℃，保温时间为8-12小时。该方法采用高温直接氮化法生产赛隆结合刚玉滑板，原料要求严格，生产工艺设备复杂，产品成本较高。
名为“含赛隆的滑动水口砖”的专利(授权公告日2003年5月14日授权公告号CN 1108212C)介绍了一种含赛隆滑动水口砖的制备方法。该专利介绍的滑动水口砖，其成分按重量百分比为：赛隆的含量17～45％，烧结氧化铝或电熔氧化铝30～80％，碳化硅或碳化硼1～10％。为了制备含赛隆的滑动水口砖，该专利采用下述三种方法：1.利用金属硅、氧化铝及其他助烧结剂为原料，直接在氮化炉内高温氮化反应，从而制备含赛隆的耐火材料。2.采用氮化硅、氧化铝及其它助烧结剂为原料，直接在氮化炉内高温氮化反应，从而制备含赛隆的耐火材料。3.采用已合成好的赛隆细粉、氧化铝颗粒及其他助烧结剂为原料，直接在氮化炉内高温氮化反应，从而制备含赛隆的耐火材料。该专利制备的滑动水口砖也是采用高温直接氮化法生产，生产工艺装备复杂，成本较高。
从以上文献和专利分析，目前已有报道的含赛隆的滑板都是通过直接高温氮化烧结的方法制备的，生产工艺设备复杂，成本较高，难以实现工业化生产。
发明内容：
本发明的目的是利用中国天然高铝矾土为原料制备的矾土基β-Sialon，与刚玉材料复合，采用还原气氛(埋碳)烧成工艺制备成一种低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖，以克服现有技术生产工艺设备复杂，成本较高，难以实现工业化生产的不足，并大大降低材料的碳含量。
本发明的技术方案为：
低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，以刚玉颗粒和细粉、矾土基β-Sialon颗粒及细粉、活性氧化铝为原料，采用埋碳条件下还原气氛烧成工艺，其步骤为：
将重量百分数为55-85％的刚玉颗粒和细粉，5-25％的矾土基β-Sialon颗粒和/或细粉，2-12％活性氧化铝，0-2％石墨或炭黑，2-10％防氧化剂混合均匀，加入原料总量3-6％的酚醛树脂作为结合剂，混练后机压成型，干燥；
将成型物放入烧结炉中，在还原气氛下烧成，烧成温度1300℃—1580℃，保温6—20小时；
将上述烧成物浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，即得产物。
其中：
刚玉颗粒为烧结板状刚玉、烧结刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、矾土基电熔刚玉中的一种或几种，颗粒的粒径为5—0.1mm。
刚玉细粉为烧结板状刚玉、烧结刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、矾土基电熔刚玉中的一种或几种，细粉的粒径为0.088—0.001mm。
矾土基β-Sialon颗粒中β-Sialon的重量百分数为50—95％，颗粒粒径为2—0.1mm。
矾土基β-Sialon细粉中β-Sialon的重量百分数为50—95％，细粉粒径小于0.088mm。
石墨或碳黑中，C≥90％，粒度小于0.20mm。
防氧化剂为金属铝粉、金属硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种，粒度为0.088—0.001mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.用该发明方法制备的滑板砖与现有的铝碳滑板砖相比，具有优异的抗氧化性和抗热震性，较高的热态抗折强度。
2.本发明所用的非氧化物来自天然高铝矾土制备的矾土基β-Sialon，原料成本低，又充分利用了我国丰富的天然高铝矾土资源.
3.本发明中烧成工艺采用的还原气氛烧成比氮化烧结工艺生产设备简单，生产工艺易于控制，生产效率高，因此成本较低。
4.本发明制备的滑板砖含碳量极低，能减少使用中碳对钢水的污染，适用于大中型钢包和中间包浇注低碳钢、高氧钢、高锰钢、钙处理钢等各种洁净钢的连铸作业。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
实施例1：
原料：
选用板状刚玉颗粒、电熔白刚玉粉、矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比92％)、活性氧化铝、碳含量大于97％石墨、金属铝粉和金属硅粉为原料，其粒度见表1，
表1 原料的粒度组成
| 组成 | 板状刚玉颗粒 | 电熔白刚玉粉 | 矾土基β-Sialon粉 | 石墨 | 金属铝粉 |
| 粒度mm | 5—0.01 | 0.088—0.001 | 0.088—0.001 | 0.16—0.001 | 0.088—0.001 |
各种原料按重量百分比为：板状刚玉颗粒60％，电熔白刚玉粉17％份，矾土基β-Sialon粉10％，活性氧化铝8％，石墨2％，金属铝粉3％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量5％的酚醛树脂作为结合剂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛下1480℃烧成，保温时间12小时；然后再浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，制得低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：含碳量是5.6％，显气孔率6％，体积密度3.10g/cm3，常温耐压强度135Mpa，高温抗折强度27.9Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
实施例2
原料：
选用烧结刚玉颗粒、电熔白刚玉粉、矾土基β-Sialon颗粒(矾土基β-Sialon为重量百分比88％)、矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比90％)、活性氧化铝、碳含量大于98％碳黑、金属铝粉和碳化硼为原料，原料的粒度见表2，
表2 原料的粒度组成
| 组成 | 烧结刚玉颗粒 | 电熔白刚玉粉 | 矾土基β-Sialon颗粒 | 矾土基β-Sialon粉 | 碳黑 | 金属铝粉 | 碳化硼 |
| mm | 5—0.1 | 0.088—0.001 | 2—0.1 | 0.074—0.001 | 0.01—0.001 | 0.088—0.001 | 0.074—0.001 |
各种原料按重量百分比为：烧结刚玉颗粒53％，电熔白刚玉粉16％，矾土基β-Sialon颗粒7％，矾土基β-Sialon粉12％，活性氧化铝5％，金属铝粉3％，碳化硼2％，碳黑2％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量5.5％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛(埋碳)下1530℃烧成，保温时间10小时；然后再浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，制得低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：含碳量是5.8％，显气孔率7％，体积密度3.06g/cm3，常温耐压强度117Mpa，高温抗折强度25.7Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
实施例3
原料：
选用矾土基电熔刚玉颗粒、板状刚玉粉、矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比75％)、活性氧化铝、碳含量大于92％碳黑、金属硅粉为原料，原料的粒度见表3。
表3 原料的粒度组成
| 组成 | 矾土基电熔刚玉颗粒 | 烧结板状刚玉粉 | 矾土基β-Sialon粉 | 石墨 | 金属硅粉 |
| mm | 5—0.1 | 0.088—0.001 | 0.088—0.001 | 0.16—0.001 | 0.044—0.001 |
各种原料按重量百分比为：矾土基电熔刚玉颗粒65％，板状刚玉粉15％，矾土基β-Sialon粉10％，活性氧化铝5％，金属硅粉4％，石墨1％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量5.0％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛下1450℃烧成，保温时间8小时；然后再浸油干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，制成一种低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：4.7％，显气孔率8％，体积密度3.03g/cm3，常温耐压强度121Mpa，高温抗折强度21.3Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
实施例4
原料：
选用矾土基电熔刚玉颗粒，烧结刚玉粉，矾土基β-Sialon颗粒(矾土基β-Sialon为重量百分比58％)，矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比67％)，活性氧化铝，金属硅粉，碳化硅，碳含量大于96％的碳黑。原料的粒度见表4。
表4 原料的粒度组成
| 组成 | 矾土基电熔刚玉颗粒 | 烧结刚玉粉 | 矾土基β-Sialon颗粒 | 矾土基β-Sialon粉 | 碳黑 | 金属硅粉 | 碳化硅 |
| mm | 5—0.1 | 0.088—0.001 | 1—0.1 | 0.088—0.001 | 0.01—0.001 | 0.0740.001 | 0.0880.001 |
各种原料按重量百分比为：矾土基电熔刚玉颗粒54％，烧结刚玉粉21％，矾土基β-Sialon颗粒6％，矾土基β-Sialon粉6％，活性氧化铝7％，碳化硅5％，碳黑1％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量5.2％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛下1380℃烧成，保温时间16小时；然后再浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，制得低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：含碳量是4.8％，显气孔率9％，体积密度2.98g/cm3，常温耐压强度113Mpa，高温抗折强度19.1Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
实施例5
原料：
选用板状刚玉颗粒，电熔致密刚玉颗粒，烧结刚玉粉，矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比84％)，活性氧化铝，金属铝粉，碳化硼。原料的粒度见表5。
表5 原料的粒度组成
| 组成 | 板状刚玉颗粒 | 电熔致密刚玉颗粒 | 烧结刚玉粉 | 矾土基β-Sialon粉 | 金属铝粉 | 碳化硼 |
| mm | 5—3 | 3—0.1 | 0.044—0.001 | 0.088—0.001 | 0.074—0.001 | 0.088—0.001 |
各种原料按重量百分比为：板状刚玉颗粒15％，电熔致密刚玉颗粒45％，烧结刚玉粉10％，矾土基β-Sialon粉15％，活性氧化铝7％，金属铝粉5％，碳化硼3％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量3.8％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛(埋碳)下1570℃烧成，保温时间14小时；然后再浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，制得低碳矾土基Al2O3—β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：含碳量是3.5％，显气孔率4％，体积密度3.15g/cm2，常温耐压强度189Mpa，高温抗折强度30.5Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
实施例6
原料：
选用电熔白刚玉颗粒，电熔白刚玉粉，板状刚玉粉，矾土基β-Sialon颗粒(矾土基β-Sialon为重量百分比78％)，矾土基β-Sialon粉(矾土基β-Sialon为重量百分比89％)，活性氧化铝，金属硅粉，碳化硼。原料的粒度见表6。
表6 原料的粒度组成
| 组成 | 电熔白刚玉颗粒 | 电熔白刚玉粉 | 板状刚玉粉 | 矾土基β-Sialon颗粒 | 矾土基β-Sialon粉 | 金属硅粉 | 碳化硼 |
| mm | 5—0.1 | 0.088—0.001 | 0.044—0.001 | 1.5—0.1 | 0.074—0.001 | 0.044—0.001 | 0.074—0.001 |
各原料按重量百分比为：电熔白刚玉颗粒43％，电熔白刚玉粉10％，板状刚玉粉10％，矾土基β-Sialon颗粒12％，矾土基β-Sialon粉7％，活性氧化铝11％，金属硅粉4％，碳化硼3％。
制备：
将所用原料按上述比例混合均匀，加入原料总量4.2％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；在还原气氛(埋碳)下1500℃烧成，保温时间12小时；然后再浸油、干馏、打箍、磨制、涂面加工，制得低碳矾土基Al2O3—β-Sialon滑板砖。
经检测，所制备滑板砖理化指标为：碳含量3.6％，显气孔率5％，体积密度3.10g/cm3，常温耐压强度162Mpa，高温抗折强度27.1Mpa(在1400℃，埋碳保温半小时的条件下)。
Claims (7)
1.低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，以刚玉颗粒和细粉、矾土基β-Sialon颗粒和/或细粉、活性氧化铝为主要原料，采用埋碳条件下还原气氛烧成工艺，其特征在于：
a.将重量百分数为55-85％的刚玉颗粒和细粉，5-25％的矾土基β-Sialon颗粒和/或细粉，2-12％活性氧化铝，0-2％石墨或碳黑，2-10％防氧化剂混合均匀，加入原料总量3-6％的酚醛树脂，混练后机压成型，干燥；
b.将成型物放入烧结炉中，在还原气氛下烧成，烧成温度1300℃—1580℃，保温6—20小时；
c.将上述烧成物浸油、干馏、打孔、打箍、磨制、涂面加工，即得产物。
2.依权利要求1所述的低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的刚玉颗粒为烧结板状刚玉、烧结刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、矾土基电熔刚玉中的一种或几种，颗粒的粒径为5—0.1mm。
3.依权利要求1所述的低碳Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的刚玉细粉为烧结板状刚玉、烧结刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、矾土基电熔刚玉中的一种或几种，其中细粉的粒径小于0.088mm。
4.依权利要求1所述的低碳基Al2O3—矾土β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的矾土基β-Sialon颗粒中β-Sialon的含量为重量百分比50—95％，颗粒粒径为2—0.1mm。
5.依权利要求1所述的低碳基Al2O3—矾土β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的矾土基β-Sialon细粉中β-Sialon的含量为重量百分比50—95％，细粉粒径小于0.088mm。
6.依权利要求1所述的低碳基Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的石墨或炭黑中，C含量≥90％，粒度小于0.20mm.
7.依权利要求1所述的低碳基Al2O3—矾土基β-Sialon滑板砖的制备方法，其特征在于：所说的防氧化剂为金属铝粉、金属硅粉、碳化硼和碳化硅中的一种或几种，粒度为0.088—0.001mm。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090513 Termination date: 20120329 |