CN101574739B - 金属Si/Al复合低碳Al2O3-C滑板材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，它是将细粉和板状刚玉颗粒经混合、困料、压制成型、干燥、在550-650℃烧成；其中：细粉包括：Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉和板状刚玉粉；各原料所占重量百分比为：Si粉：5～10；Al粉：1～4；活性氧化铝微粉：3～5；碳粉：2～6；B₄C粉：1±0.5；板状刚玉粉：13.5～22.5、板状刚玉颗粒：余量；或细粉中还包括β-SiAlON粉：2±0.5。本发明具有碳含量低的特点，尤其适合于低碳钢品种钢的浇注。采用了550-650℃烧成工艺，能有效节约能源。提高滑板砖的高温力学性能，并保持了较高的抗热震性，使用寿命高。更好适应钢种的变化，抑制钢液的侵蚀、冲刷和渗透，更好适应钢铁连铸向长寿、高效方向的发展。

Description

金属Si/Al复合低碳Al2O3-C滑板材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种钢液控流需要的连铸用滑板，尤其涉及一种适合于不同品种钢液控流需要的连铸用的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料及其制备方法。

背景技术：

随着近几年炼钢连铸新技术的不断推广和应用，再加之高氧钢、钙处理钢、超纯净钢等品种钢的开发，滑板的工作环境也面临更为恶劣的钢液冲刷、化学侵蚀和更大的温度波动，同时要求滑板要更加可靠、长寿和高效，在强烈的热冲击和热化学侵蚀下，由于受浇铸方式、时间、温度、钢种、节流和周转时间等不同操作因素的影响，使目前连铸用的高铝质、铝碳质、铝锆碳质、碱性、锆质和金属材质的滑板，均不同程度存在裂纹、拉毛和氧化，影响使用寿命的进一步提高，从而不能更好适应连铸新技术的需要求。

发明内容：

为了解决目前连铸用滑板在使用中容易出现裂纹、拉毛和氧化的问题，本发明的目的是提供一种高温力学性能、抗热震性能、抗氧化性能好的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料。

本发明的另一个目的是提供一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，该方法可节约能源，降低生产成本。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，它是将细粉和板状刚玉颗粒经混合、困料、在550-650℃烧成；其中：

细粉包括：Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉和板状刚玉粉；其中各原料所占重量百分比为

Si粉：          5～10

Al粉：          1～4

活性氧化铝微粉：3～5

碳粉：          2～6

B₄C粉：         1±0.5

板状刚玉粉：    13.5～22.5；

板状刚玉颗粒    余量。

所述的板状刚玉粉所占重量百分比优选为18～20。

本发明还可以以下述方式实现：

一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，它是由以下重量百分比的原料配制；采用了550-650℃烧成工艺

细粉包括：Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉、β-SiAlON粉和板状刚玉粉；其中各原料所占重量百分比为：

Si粉：           5～10

Al粉：           1～4

活性氧化铝微粉： 3～5

碳粉：           2～6

B₄C粉：          1±0.5

β-SiAlON粉：    2±0.5

板状刚玉粉：     12～20；

板状刚玉粉：       余量。

所述的板状刚玉粉所占重量百分比优选为18～20。

所述的碳粉是指石墨、碳黑和树脂碳。

所述的Si粉细度≤0.038mm；所述的Al粉细度≤0.088mm；所述的活性氧化铝粉细度≤28μm；所述的石墨细度≤0.038mm；所述的碳黑细度≤0.01mm；所述的板状刚玉粉细度≤50μm、板状刚玉颗粒粒度≤3mm。

所述Si粉的Si含量≥98％；所述Al粉的Al含量≥98％；所述石墨的C含量≥98％、所述碳黑的C含量≥98.5％；所述板状刚玉颗粒粒度为≤3mm。

所述板状刚玉颗粒是粒度分别为3-2mm、2-1mm、1-0.5mm和0.5mm混合颗粒。

所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量配比将Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉和B₄C粉制成混合粉；

2)在按重量配比的板状刚玉颗粒中加入适量的树脂粘合剂使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入1)步骤的混合粉及适量树脂粘合剂进一步充分混合；

3)将步骤2)混合好的料进行24-30h困料，压制成型、干燥，在温度“550～650℃烧成，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。

所述的干燥为两次干燥，第一次干燥在压制成型后，温度为160-180℃；第二次干燥在钻孔后进行100-120℃干燥排除钻孔水分。

所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，还可以以下步骤：

1)按重量配比将Si粉、Al粉、活性氧化铝粉、碳粉、B₄C粉和β-SiAlON粉制成混合粉；

2)按重量配比在板状刚玉颗粒中加入适量的树脂粘合剂使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入1)步骤的混合粉及适量树脂粘合剂进一步充分混合；

3)将步骤2)混合好的料进行24-30h困料，压制成型、干燥、在温度“550～650℃烧成，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。

所述的干燥为两次干燥，第一次干燥在压制成型后，温度为160-180℃；第二次干燥在钻孔后进行100-120℃干燥排除钻孔水分。

所述的烧成时间保持在18-27小时，温度高时烧成时间相对短一点，温度低时烧成时间相对长一点。

本发明利用金属材料的塑性，通过精选原料，对原料合理级配，使滑板中引入金属Si、Al，从而使以因金属Si、Al原料的引入而制作的滑板满足苛刻环境下的特定使用要求。

本发明充分利用金属Si、Al在高温使用时可与C、CO和N₂原位反应生成SiC、Si₃N₄、SiAlON、AlN等，这些非氧化物晶体具有针状、纤维状等结构填充在刚玉骨架结构中，形成非氧化物结合，对材料起强化韧化作用，从而提高滑板砖的高温力学性能，并保持了较高的抗热震性。这些非氧化物在氧化条件下生成SiO₂，这种高活性的SiO₂与基质中Al₂O₃反应生成莫来石，并形成莫来石致密层，有效阻碍氧气向材料内部扩散，因此具有较好的抗氧化性。这些非氧化物在氧化条件下生成SiO₂，这种高活性的SiO₂与基质中Al₂O₃反应生成莫来石，并形成莫来石致密层，有效阻碍氧气向材料内部扩散，因此具有较好的抗氧化性。

本发明的积极效果是：

1本发明具有碳含量低的特点，目前的铝碳、铝锆碳等滑板总碳含量10-14％，金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板的碳含量降到6％以下，降低了4-8％，尤其适合于低碳钢品种钢的浇注。

2本发明利用金属硅/铝的低共熔点为577℃的特点，使该产品采用了550-650℃烧成工艺，能有效节约能源。

3本发明由于利用金属Si、Al在高温时能与C、CO和N₂原位反应生成SiC、Si₃N₄、SiAlON等非氧化物对材料具有强化韧化作用，从而提高滑板砖的高温力学性能，并保持了较高的抗热震性。

4本发明由于原位生成的SiC、Si₃N₄、SiAlON等非氧化物氧化后形成莫来石致密层，显著提高制品的抗氧化性，有效减少滑板在使用中被氧化而被拉毛及热裂纹现象的发生，从而显著提高使用寿命。

5本发明由于具有优良的抗热震性能，较高的热态强度，从而能更好适应钢种的变化，抑制钢液的侵蚀、冲刷和渗透，更好适应钢铁连铸向长寿、高效方向的发展，具有良好的社会效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：

1)先将5千克细度≤0.038mm，Si含量≥98％的金属Si粉，4千克细度≤0.088mm，Al含量≥98％的金属Al粉，进行搅拌混合为金属Si、Al复合粉，然后选取20千克规格为小于或等于50微米的板状刚玉细粉，3千克规格为小于或等于28微米的活性氧化铝微粉，3千克细度≤0.038mm，C含量≥98％的石墨，2千克细度≤0.01mm，C含量≥98.5％的的碳黑，1千克B₄C≥92％碳化硼细粉，再加入事先混合的金属Si、Al复合粉，在双锥搅拌机中拌制成混合粉；

2)分别取15千克3-2mm板状刚玉颗粒、18千克2-1mm板状刚玉颗粒，16千克1-0.5mm板状刚玉颗粒，13千克0.5mm以下的板状刚玉颗粒，进行搅拌混合，另取4千克树脂，先加入2/3，使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入上述事先拌制的混合粉及剩余1/3树脂进一步充分混合；

3)将上述混合好的料进行24-30h困料，压制成型、160-180℃干燥24h，进行钻孔，再进行100-120℃干燥8h排除钻孔水分，入窑进行550℃中温烧成27h，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘堑、涂面工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。其中干燥和中温烧成工艺要求如下：

实施例2

1)事先将10千克细度≤0.038mm，Si含量≥98％的金属Si粉，2千克细度≤0.088mm，Al含量≥98％的金属Al粉，进行搅拌混合为金属Si、Al复合粉，然后选取18千克规格为小于等于50微米的板状刚玉细粉，5千克规格为小于等于28微米的活性氧化铝微粉，1千克细度≤0.038mm，C含量≥98％的石墨，3千克细度≤0.01mm，C含量≥98.5％的的碳黑，1千克B₄C≥92％碳化硼细粉，再加入事先混合的金属Si、Al复合粉，在双锥搅拌机中拌制成混合粉；

2)分别取15千克3-2mm板状刚玉颗粒、18千克2-1mm板状刚玉颗粒，13千克1-0.5mm板状刚玉颗粒，14千克0.5mm以下的板状刚玉颗粒，进行搅拌混合，另取4千克树脂，先加入2/3，使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入上述事先拌制的混合粉及剩余1/3树脂进一步充分混合；

3)将上述混合好的料进行24-30h困料，由压制成型、160-180℃干燥26h，进行钻孔，再进行100-120℃干燥8h排除钻孔水分，入窑进行600℃中温烧成23h，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面等工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。其中干燥和中温烧成工艺要求如下：

实施例3

1)事先将6千克细度≤0.038mm，Si含量≥98％的金属Si粉，1千克细度≤0.088mm，Al含量≥98％的金属Al粉，进行搅拌混合为金属Si、Al复合粉，然后选取18千克规格为小于等于50微米的板状刚玉细粉，5千克规格为小于等于28微米的活性氧化铝微粉，1千克细度≤0.038mm，C含量≥98％的石墨，1千克细度≤0.01mm，C含量≥98.5％的的碳黑，2千克细度≤0.044mm的β-SiAlON细粉，1千克B₄C≥92％碳化硼细粉，再加入事先混合的金属Si、Al复合粉，在双锥搅拌机中拌制成混合粉；

2)分别取15千克3-2mm板状刚玉颗粒、20千克2-1mm板状刚玉颗粒，17千克1-0.5mm板状刚玉颗粒，13千克0.5mm以下的板状刚玉颗粒，进行搅拌混合，另取4千克树脂，先加入2/3，使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入上述事先拌制的混合粉及剩余1/3树脂进一步充分混合；

3)将上述混合好的料进行24-30h困料，由压制成型、160-180℃干燥30h，进行钻孔，再进行100-120℃干燥8h排除钻孔水分，入窑进行650℃中温烧成18h，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面等工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。其中干燥和中温烧成工艺要求如下：

Claims (9)

1.一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，它是将细粉和板状刚玉颗粒经混合、困料、压制成型、干燥、在550-650℃烧成，其中：

细粉包括：Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉和板状刚玉粉；各原料所占重量百分比为：

Si粉：          5～10

Al粉：          1～4

活性氧化铝微粉：3～5

碳粉：          2～6

B₄C粉：         1±0.5

板状刚玉粉：    13.5～22.5；

板状刚玉颗粒    余量；

所述的烧成时间保持在18-27小时。

2.一种金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，它是将细粉和板状刚玉颗粒经混合、困料、压制成形、干燥、在550-650℃烧成；其中：

细粉包括：Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉、β-SiAlON粉和板状刚玉粉；各原料所占重量百分比为：

Si粉：          5～10

Al粉：          1～4

活性氧化铝微粉：3～5

碳粉：          2～6

B₄C粉：         1±0.5

β-SiAlON粉：   2±0.5

板状刚玉粉：    12～20 

板状刚玉颗粒    余量。

3.根据权利要求1或2所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，其特征在于：所述的碳粉是指石墨、碳黑和树脂碳。

4.根据权利要求3所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，其特征在于：所述的Si粉细度≤0.038mm；所述的Al粉细度≤0.088mm；所述的活性氧化铝粉细度≤28μm；所述的石墨细度≤0.038mm；所述的碳黑细度≤0.01mm；所述的板状刚玉粉细度≤50μm、板状刚玉颗粒粒度≤3mm。

5.根据权利要求4所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料，其特征在于：所述Si粉的Si含量≥98％；所述Al粉的Al含量≥98％；所述石墨的C含量≥98％、所述碳黑的C含量≥98.5％；所述板状刚玉颗粒粒度为3-0.5mm。

6.一种制备权利要求1、3、4或5所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量配比将Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉和B₄C粉制成混合粉；

2)在按重量配比的板状刚玉颗粒中加入适量的树脂粘合剂使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入1)步骤的混合粉及适量树脂粘合剂进一步充分混合；

3)将步骤2)混合好的料进行困料，压制成型、干燥，在温度550～650℃烧成，烧成时间保持在18-27小时，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。

7.根据权利要求6所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，其特征在于：所述的困料时间为24-30h，所述的干燥为两次干燥，第一次干燥在压制成型后，温度为160-180℃；第二次干燥在钻孔后进行100-120℃ 干燥排除钻孔水分。

8.一种制备权利要求2、3、4或5所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量配比将Si粉、Al粉、活性氧化铝微粉、碳粉、B₄C粉和β-SiAlON粉制成混合粉；

2)在按重量配比的板状刚玉颗粒中加入适量的树脂粘合剂使其与板状刚玉颗粒充分混合，将颗粒充分包裹，然后再加入1)步骤的混合粉及适量树脂粘合剂进一步充分混合；

3)将步骤2)混合好的料进行困料，压制成型、干燥，在温度550～650℃烧成，然后进行浸油、干馏、清砂、打箍、磨制、粘壳、涂面工序制做成金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C系列滑板砖。

9.根据权利要求8所述的金属Si/Al复合低碳Al₂O₃-C滑板材料的制备方法，其特征在于：所述的困料时间为24-30h，所述的干燥为两次干燥，第一次干燥在压制成型后，温度为160-180℃；第二次干燥在钻孔后进行100-120℃干燥排除钻孔水分。