CN101774820B - 添加氮化硅的滑板耐火材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加氮化硅的滑板耐火材料及其生产方法，该滑板按重量百分比计的原料组成为45～65％的刚玉、10～25％的锆莫来石和/或锆刚玉、2～8％的氮化硅、6～18％的氧化铝微粉，其余为金属硅、炭黑、石墨粉中的一种或多种，外加上述原料总量4～6％的酚醛树脂结合剂。生产方法时按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥6～10h，然后在1200～1400℃下氮化烧成。本发明通过加入氮化硅，并合理添加其他组分和用量配比，形成了结构为Al2O3-ZrO2-Si3N4-C的滑板复合材料，改善了滑板的抗氧化性能。该产品显气孔率1～4％，常温耐压强度150～220MPa，高温抗折强度28～33MPa，其抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性等性能指标均达到优或良。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种炼钢用滑动水口滑板耐火材料，特别是涉及一种添加氮化硅的滑板耐火材料及其生产方法。
二、背景技术：
自上世纪70年代以来，滑动水口已成为钢铁工业快速发展的重要工艺技术革新之一，现在国内外绝大多数钢包、中间包都装上了滑动水口系统。滑板是滑动水口的关键组成部分，是直接控制钢水、决定滑动水口功能的重要部件，在使用过程中该部件由于需要长时期承受高温钢液的化学侵蚀和物理冲刷，加之激烈且瞬变的热冲击和机械磨损作用，使用条件及为苛刻，同时为实现自由开闭钢流，滑动面平整度及其板型尺寸均需严格要求，因此，要求滑板必须具有高强度、耐磨损、耐渣蚀和热震稳定性好等特性。
从现在开始到2015年，我国钢铁工业发展的重点为高效连铸及生产高性能、高附加值的洁净钢，因而迫切希望国内尽快研制出用于连铸高洁净钢、高品质和超低碳钢种用的优质滑板。为了减少滑板对钢水的增碳污染，必须减少滑板中的碳，同时要求在减少滑板中碳含量的同时仍保持其较好的抗热震性和较高的高温强度。
专利号为CN97100785.3的专利公开了一种连铸用浸入式水口用碳复合耐火材料的制造方法，由水口本体和内部的防堵塞复合层组成，防堵塞层的制造方法为：由锆英石、氮化硅、镁铝尖晶石和烧结助剂混匀后经等静压成型，于1500～1750℃、非氧化性气氛中烧结成陶瓷复合砂，并以复合砂25～45％、稳定氧化锆20～35％、天然鳞片石墨10～15％、酚醛树脂5～8％、Alon 5～10％混匀碾泥后，与水口本体复合，经等静压成型后烧结制得。该水口用碳复合耐火材料在强度和热震稳定性等方面需要提高，不能满足现代钢铁工业快速发展的使用要求。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术中的缺陷，提出一种耐压强度和抗折强度高，抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性等性能优良的添加氮化硅的滑板耐火材料及其生产方法。
本发明的技术方案：
一种添加氮化硅的滑板耐火材料，按重量百分比计，原料组成为45～65％的刚玉、10～25％的锆莫来石和/或锆刚玉、2～8％的氮化硅、6～18％的氧化铝微粉，其余为金属硅、炭黑、石墨粉中的一种或多种，外加上述原料总量4～6％的酚醛树脂结合剂。
所述锆莫来石为10～15％、锆刚玉为10～15％；所述金属硅为4～8％、炭黑或石墨为2～4％。
所述氮化硅为过500目筛的细粉，氮化硅含量≥98％；所述金属硅为过400目筛的金属硅粉；所述氧化铝微粉粒度≤5μm；所述锆刚玉粒度为0-1mm；锆莫来石粒度为1-3mm。
所述添加氮化硅的滑板耐火材料的生产方法，按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥6～10h，然后在1200～1400℃下氮化烧成。
所述的烧成温度为1300±10℃。
本发明的积极有益效果：
1、本发明通过加入氮化硅，并合理添加其他组分和用量配比，形成了结构为Al2O3-ZrO2-Si3N4-C的滑板复合材料，由于氮化硅和SiAlON改变了碳复合材料的显微结构，增加了致密度，堵塞了气孔，阻碍了氧及反应产物的扩散，改善了滑板的抗氧化性能。本发明产品的显气孔率为1～4％，常温耐压强度为150～220MPa，高温抗折强度为28～33MPa，其抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性等性能指标均达到优或良。
2、本发明产品添加氮化硅，充分利用了氮化硅的性能，由于氮化硅的线膨胀系数低，有利于提高滑板的热震稳定性，其不与渣、铁反应的特点有利于提高滑板的抗渣性，其与铁水浸润性差的特点，有利于改善滑板的抗侵蚀性，其高硬度造就了滑板的高抗冲刷性能。通过添加氮化硅并合理控制其用量，形成了产品本身的性能。另外，由于在生产加工时颗粒的体积膨胀，形成了非常致密的产品表面，使产品的抗渣、抗铁侵蚀能力均超过了现有复合耐火材料。
3、本发明产品采用合理工艺在高温条件下烧成，烧成后产品中的氮化硅大部分仍以原有形态存在于材料中，只有少部分被氧化成二氧化硅，但产品滑板的体积密度、高温抗折强度仍提高了很多，常温耐压强度也保持了较高的水平。可见，氮化硅的加入改善和提高了滑板的性能，同时产品中各成分配伍合理，有利于产品综合性能的改善和提高。
4、本发明的滑板产品能满足钢铁工业的高效连铸和生产高性能、高附加值的洁净钢等方面的要求，市场潜力较大，适宜于推广应用，该产品将具有良好的经济和社会效益。
四、具体实施方式：
实施例1：一种添加氮化硅的滑板耐火材料，按重量百分比计，成分见表1，即原料组成为：45％的刚玉、15％的锆莫来石、10％的锆刚玉、2％的氮化硅、3.5％的炭黑、7％的金属硅、17.5％的氧化铝微粉，外加4％的酚醛树脂结合剂。其中的酚醛树脂为热固性树脂。
生产时，先按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机加压成型，在200±10℃下干燥8h，然后在1300℃氮气氛围下烧成；再经加箍、磨制、涂布即制成本发明的添加氮化硅的Al2O3-ZrO2-Si3N4-C滑板。
所述混合分两步进行，先将原料中的粉料投入混练机中混和均匀，得到混合粉料，备用；然后将骨料混合，搅拌均匀，倒入湿碾机中，向其中加入2/3的酚醛树脂，混碾均匀，再加入所述混合粉料和余下的酚醛树脂，进一步混合均匀，得到泥料。
所述粉料为炭黑或石墨、过400目筛的刚玉粉料、过500目筛的氮化硅、过400目筛的金属硅和粒度≤5μm的氧化铝微粉；所述骨料为0-1mm和1-3mm的刚玉骨料、0-1mm的锆刚玉以及1-3mm的锆莫来石。
所得产品的显气孔率为2％，常温耐压强度163MPa，高温抗折强度30MPa，其抗氧化性、抗冲刷性为优，抗热震性为良。
实施例2：成分见表1，和实施例一基本相同，不同之处在于：
生产时，先按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机加压成型，在200±10℃下干燥6h，然后在1250℃氮气氛围下烧成。再经加箍、磨制、涂布即成添加氮化硅的Al2O3-ZrO2-Si3N4-C滑板。
所得产品的显气孔率为2％，常温耐压强度161MPa，高温抗折强度29MPa，其抗氧化性、抗冲刷性为优，抗热震性为良。
实施例3：成分见表1，和实施例一基本相同，不同之处在于：
生产时，先按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机加压成型，在200±10℃下干燥9h，然后在1350℃氮气氛围下烧成。再经加箍、磨制、涂布即成添加氮化硅的Al2O3-ZrO2-Si3N4-C滑板。
所得产品的显气孔率为3％，常温耐压强度176MPa，高温抗折强度30MPa，其抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性均为优。
实施例4：成分见表1，和实施例一基本相同，不同之处在于：
生产时，先按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机加压成型，在200±10℃下干燥7h，然后在1280℃氮气氛围下烧成。再经加箍、磨制、涂布即成添加氮化硅的Al2O3-ZrO2-Si3N4-C滑板。
所得产品的显气孔率为2％，常温耐压强度180MPa，高温抗折强度31MPa，其抗氧化性、抗热震性均为优，抗冲刷性为良。
实施例5～25：成分见表1，生产方法和实施例一相同，不再重述。
所得产品的性能指标为：显气孔率1～4％，常温耐压强度150～220MPa，高温抗折强度28～33MPa，其抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性等性能指标均达到优良水平。
表1：各实施例中的滑板原料成分配比(以重量百分比计，％)
Claims (4)
1.一种添加氮化硅的滑板耐火材料，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为45～65％的刚玉、10～25％的锆莫来石和/或锆刚玉、2～8％的氮化硅、6～18％的氧化铝微粉，其余为金属硅、炭黑、石墨粉中的一种或多种，外加上述原料总量4～6％的酚醛树脂结合剂；所述氮化硅为过500目筛的细粉，氮化硅含量≥98％；所述金属硅为过400目筛的金属硅粉；所述氧化铝微粉粒度≤5μm；所述锆刚玉粒度为0-1mm；锆莫来石粒度为1-3mm；
所述滑板耐火材料的生产方法为：按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥6～10h，然后在1200～1400℃下氮化烧成。
2.根据权利要求1所述的滑板耐火材料，其特征在于：所述锆莫来石为10～15％、锆刚玉为10～15％。
3.根据权利要求1所述的滑板耐火材料，其特征在于：所述金属硅为4～8％、炭黑或石墨为2～4％。
4.根据权利要求1所述的滑板耐火材料，其特征在于：所述的烧成温度为1300±10℃。
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