CN102030548B

CN102030548B - 一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102030548B
Application number: CN 201010534259
Authority: CN
Inventors: 杭文明; 王远林
Original assignee: WUXI NANFANG REFRACTORY CO Ltd
Current assignee: WUXI NANFANG REFRACTORY CO Ltd
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: CN102030548A

Abstract

本发明公开了一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖及其制备方法，该滑板砖中各组分的重量百分含量为：烧结板状刚玉50％～60％、电熔尖晶石10％～25％、电熔莫来石5％～15％、碳黑1％～3％、α-氧化铝微粉3％～8％、碳化硅5％～10％、金属硅粉2％～5％、金属铝粉1％～5％、碳化硼0.5％～1％、铝硅合金粉1％～3％、金属铝纤维0.5％～2％。本发明产品低碳，热态强度高，抗热震性和抗氧化性好，用后扩孔均匀，拉毛较少，裂纹微细；本发明工艺特点是低温干燥，生产周期从原来的30天缩短到7天，天然气消耗降低至原工艺的2.5％，免烧低碳滑板砖真正属于环保、节能的绿色耐材产品。

Description

一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖及其制备方法

技术领域

本发明属于以氧化铝、氧化镁、二氧化硅为基料的无机非金属耐火材料领域，尤其涉及一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖及其制备方法。

背景技术

1、通过安装在钢包、中包底部的滑板砖，起钢水流量的控制调节作用，它不受钢水搅拌、熔剂喷入和钢水停留时间的影响，且操作方便，采用滑板砖易实现连铸浇钢操作自动化，消除钢水、渣的停留时间以及浇注时间对流量控制的影响。滑板砖是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的钢水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因可控性好，能提高炼钢生产效率。

2、在大滑板砖材质的选择上，国内外普遍选用铝碳、铝锆碳、铝镁碳、铝镁锆碳质四类。都采用1400-1500℃碳保护高温烧成，经浸渍焦油、沥青后，再进行干馏及清焦。这种生产工艺不仅能耗高，天然气消耗高达1800立方米/吨，而且焦油、沥青在浸渍、干馏和清焦时产生大量的有害物质，对环境、人类健康产生很大的影响；同时生产周期需一个月。相比之下，铝碳、铝锆碳质抗热震性优于铝镁碳、铝镁锆碳质，但抗侵蚀能力有所降低，特别在浇注高氧钢、高锰钢、Ca处理钢、镇静钢等钢种时，由于钢水中的氧与滑板砖中的碳反应，因氧化失碳形成变质层，结构疏松，被钢水冲刷而损毁；滑板砖中的Al₂O₃与钢水中的FeO(MnO)反应生成低熔物造成化学侵蚀严重。

3、滑板砖是连铸用功能性耐火材料，要求具有较高的高温强度，较好的抗热震性、抗氧化性。目前广泛使用的Al₂O₃-C和Al₂O₃-ZrO₂-C滑板砖的碳含量为6％～11％，且需高温(1400℃)烧成。随着低碳钢等优质钢的发展，必须减少滑板砖对钢水的增碳污染，并要求在降低滑板砖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。此外，为满足节能和环保的要求，希望能适当降低滑板砖的烧成温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖。

本发明的另一目的在于提供一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，包含以下组分：烧结板状刚玉、电熔尖晶石、电熔莫来石、碳黑、α-氧化铝(α-Al₂O₃)微粉、碳化硅、金属硅粉、金属铝粉、碳化硼、铝硅合金粉、金属铝纤维，以上各组分通过结合剂粘合在一起；其中各组分的重量百分含量为：烧结板状刚玉为50％～60％、电熔尖晶石10％～25％、电熔莫来石5％～15％、碳黑1％～3％、α-氧化铝(α-Al₂O₃)微粉3％～8％、碳化硅5％～10％、金属硅粉2％～5％、金属铝粉1％～5％、碳化硼0.5％～1％、铝硅合金粉1％～3％、金属铝纤维0.5％～2％。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其在于所述的结合剂为液体酚醛树脂，液体酚醛树脂的用量按重量计占所述的各组分总量的3％～6％。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其在于所述的烧结板状刚玉Al₂O₃含量≥99.5％，电熔尖晶石：Al₂O₃含量≥70％、MgO含量≥25％，电熔莫来石：Al₂O₃含量≥75％、SiO₂含量≤25％，α-氧化铝(α-Al₂O₃)微粉氧化铝含量≥98％，金属硅粉Si含量≥98％，金属铝粉Al含量≥99％，碳黑C含量≥97％。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其在于各组分的颗粒级配：烧结板状刚玉颗粒直径为(3～2、2～1、1～0.5、0.5～0)mm、电熔尖晶石为320目、电熔莫来石为250目、α-氧化铝微粉直径为1μm、碳化硅颗粒直径1～0mm、金属硅粉400目、金属铝粉180目、碳化硼为320目、铝硅合金粉320目、金属铝纤维为3mm×0.09mm(金属铝纤维长3mm，直径为0.09mm)。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，所述的烧结板状刚玉的颗粒级配按重量百分含量为：

3～2mm，8％～13％

2～1mm，11％～17％

1～0.5mm，17％～23％

0.5～0mm，8％～12％。

一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其在于该滑板砖包含以下组分：烧结板状刚玉、电熔尖晶石、电熔莫来石、碳黑、α-氧化铝(α-Al₂O₃)微粉、碳化硅、金属硅粉、金属铝粉、碳化硼、铝硅合金粉、金属铝纤维，以上各组分通过结合剂粘合在一起；其中各组分的重量百分含量为：烧结板状刚玉为50％～60％、电熔尖晶石10％～25％、电熔莫来石5％～15％、碳黑1％～3％、α-氧化铝(α-Al₂O₃)微粉3％～8％、碳化硅5％～10％、金属硅粉2％～5％、金属铝粉1％～5％、碳化硼0.5％～1％、铝硅合金粉1％～3％、金属铝纤维0.5％～2％，按上述配比的组分同结合剂混合后搅拌均匀，然后成型并自然干燥后，放入干燥器中缓慢升温干燥45～60小时，干燥器温度不超过200℃的。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其在于所述的结合剂为液体酚醛树脂，酚醛树脂的用量按重量计占各组分总量的3％～6％；所述的缓慢升温干燥的过程为：1小时内将干燥器温度均匀升温到100℃，且在100℃保温12小时，然后24小时内将温度从100℃均匀上升到200℃，然后在200℃下保温15小时。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其在于所述的烧结板状刚玉Al₂O₃含量≥99.5％，电熔尖晶石：Al₂O₃含量≥70％、MgO含量≥25％，电熔莫来石：Al₂O₃含量≥75％、SiO₂含量≤25％，α-氧化铝微粉氧化铝含量≥98％，金属硅粉Si含量≥98％，金属铝粉Al含量≥99％，碳黑C含量≥97％。

上述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其在于烧结板状刚玉的颗粒级配按重量百分含量为：

3～2mm，8％～13％

2～1mm，11％～17％

1～0.5mm，17％～23％

0.5～0mm，8％～12％。

滑板砖中的各组分可形成三种结合相：(1)酚醛树脂与碳黑干燥后碳化结焦，形成碳结合相；(2)金属硅粉在高温使用中与炭黑生成β-SiC，在砖体内形成陶瓷结合相；(3)在材料中添加金属铝粉与金属硅粉，通过进行热处理，产生熔融金属结合相。这使滑板的强度明显提高，而且在使用中碳素燃尽之后，由于金属、陶瓷结合系统的作用也能保持足够的残余强度。加入α-氧化铝微粉也可以促进产品烧结结合作用，增强产品强度。

影响发明产品使用寿命的主要原因是由热应力作用形成各种裂纹，为了提高滑板砖的使用寿命，采用低膨胀系数的材料是最有效的途径。莫来石材料的膨胀系数低，作为滑板砖原料，可以降低滑板砖的膨胀系数和提高热震稳定性；刚玉抗侵蚀性能好，但膨胀系数比莫来石高；一定含量的莫来石有利于提高滑板砖的热震稳定性，但随着莫来石含量的提高，滑板砖的抗侵蚀性能下降。因此滑板砖中莫来石加入量最多不超过15％；莫来石含量过低则滑板砖热震稳定性下降，莫来石加入量最低不低于5％。

提高滑板砖的含碳量，可以增强其热震稳定性，但随着含碳量的增加，滑板砖被氧化的危险性也随之增大；一旦被氧化，滑板砖的抗冲刷和抗侵蚀能力降低；碳素原料的添加量对滑板砖的抗侵蚀性能和热震稳定性有很大的影响，所以将滑板砖中碳黑的添加量控制在1％～3％，可以维持滑板砖的抗氧化能力，然后在产品中添加铝纤维用于提高滑板砖的抗高温热震性能和抗剥落性能，这样能有效减少了滑板砖在使用中由于裂纹产生、孔口损落、外侧剥落的现象，增强了滑板砖的中、高温强度和抗折性能。

碳黑属非品质碳素，易于和金属硅粉反应生成β-SiC形成陶瓷结合，在钢中难于溶解，可改善砖体显微结构，提高机械性能和抗侵蚀性能。未与炭黑反应的金属硅粉对提高滑板砖的抗氧化性有利，在2％～5％范围内，金属硅粉的加入量越多，抗氧化效果越好，金属硅粉越细，越有利于其分布的均匀。少量的金属铝粉能明显提高滑板砖的常温耐压性能和抗折强度(高温)；在金属硅粉和金属铝粉总量为6％，金属硅粉/金属铝粉＝2时，材料的抗氧化性和抗侵蚀性能最好。

加入SiC的作用是提高滑板砖的中、高温强度和抗氧化性。为防止结合碳氧化使组织脆化，对三种防氧化效果好的金属铝粉、金属硅粉、B4C(碳化硼)采取了最佳添加量：减少强化组织结合的金属铝粉的添加量，增加高温时防止氧化效果好的金属硅粉的添加量和低温时防止氧化效果好的B4C(碳化硼)的添加量，对延迟氧化是非常有效的。

本发明的有益效果：

1、节能环保优势：由于传统的烧成滑板砖采用1400℃～1600℃碳保护高温烧成，经浸渍焦油、沥青后，再进行干馏及清焦。这种生产工艺不仅能耗高，天然气消耗高达1800立方米/吨产品，而且焦油、沥青在浸渍、干馏和清焦时产生大量的有害物质，对环境、人类健康产生很大的影响；本发明的生产周期从原来的30天缩短到7天，天然气消耗降低至50立方米/吨产品，为原工艺的2.5％，免烧低碳滑板砖真正属于环保、节能的绿色耐材产品。

2、适应市场需求：随着低碳钢、洁净钢等优质钢的发展，防止钢水第二次污染，必需减少滑板砖对钢水的增碳污染，并要求在降低滑板砖中碳含量的同时，仍保持其较好的抗热震性和较高的高温强度。碳的存在显然对高纯净钢的浇铸是不利的。因此，本发明通过材质的改进，开发低碳连铸用耐火材质，以尽可能降低碳对钢水的污染，同时也达到提高其使用寿命的目的。

3、本发明产品的性能优势：发明产品属于节能型低碳金属Al-Si结合Al₂O₃-C滑板砖，其工艺特点是低温(不高于200℃)干燥，产品特性是低碳，与常用的Al₂O₃-C和Al₂O₃-ZrO₂-C高温烧成油浸滑板砖相比，具有较高的热态强度，较好的抗热震性和抗氧化性。经大中型钢包的批量使用表明，其连续使用次数是高温烧成Al₂O₃-C滑板砖的1.5倍，优于Al₂O₃-ZrO₂-C滑板砖，用后滑板砖扩孔均匀，拉毛较少，裂纹微细。

具体实施方式

实施例1

发明产品基本生产工艺是：按表1中的配方，烧结板状刚玉(Al₂O₃含量≥99.5％)经破碎筛分后按表1中的配方进行配料，加入湿碾机或高速混练机中混合3～5分钟，加入液体酚醛树脂结合剂，混匀后再加入碳黑(型号：N330)、金属硅粉(Si含量≥98％)、碳化硅、碳化硼、金属铝粉(Al含量≥99％)、电熔尖晶石(Al₂O₃含量≥70％、MgO含量≥25％)、电熔莫来石(Al₂O₃含量≥75％、SiO₂含量≤25％)、铝硅合金粉、金属铝纤维、α-氧化铝微粉(氧化铝含量≥98％)，混合10～30分钟出料。成型采用630吨以上高吨位抽真空压砖机，按照砖的形状、尺寸，精确称量物料，称量好的料加入到模具内，成型到规定尺寸，每块砖要测量外形尺寸、平整度、对角线尺寸，每班要抽查10％的单重，每一车砖要检测气孔率、体积密度，凡发现不合格现象必须报废并查找原因。成型后的砖坯一般需经自然干燥后才能入干燥器，砖坯在干燥器中，按照1小时内均匀升温到100℃，且在100℃保温12小时，然后24小时内将温度从100℃均匀上升到200℃，然后在200℃下保温15小时的升温曲线进行干燥，干燥后的砖坯经过检查后合格的半成品才能装窑。为了提高滑板的使用性，防止裂纹的产生和扩大，要用钢带对滑板周边打箍。为了提高滑板在开拉过程中的灵活性，防止从滑动面之间漏钢，滑动面要在磨床上进行加工，要求平整度小于0.05mm。磨制后的滑板经检验合格后，要在背面粘贴石棉垫和马口铁，其作用主要是减少通过滑板砖传递到滑动机构上热量，防止烧毁机构。

表1本发明产品的3个配方中各组分及结合剂的用量

表2按照表1中3个配方所制得的产品的理化测试指标对照表

根据表2中的检验结果可知：以上3个配方都能正常使用，配方1效果最佳。

Claims

1.一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其特征在于包含以下组分：烧结板状刚玉、电熔尖晶石、电熔莫来石、碳黑、α-氧化铝微粉、碳化硅、金属硅粉、金属铝粉、碳化硼、铝硅合金粉、金属铝纤维，以上各组分通过结合剂粘合在一起；其中各组分的重量百分含量为：烧结板状刚玉为50%～60%、电熔尖晶石10%～25%、电熔莫来石5%～15%、碳黑1%～3%、α-氧化铝微粉3%～8%、碳化硅5%～10%、金属硅粉2%～5%、金属铝粉1%～5%、碳化硼 0.5%～1%、铝硅合金粉1%～3%、金属铝纤维0.5%～2%；所述的结合剂为液体酚醛树脂，液体酚醛树脂的用量按重量计占所述的各组分总量的3%～6%。

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其特征在于所述的烧结板状刚玉Al₂O₃含量≥99.5%，电熔尖晶石：Al₂O₃含量≥70%、MgO含量≥25%，电熔莫来石：Al₂O₃含量≥75%、SiO₂含量≤25%，α-氧化铝微粉氧化铝含量≥98%，金属硅粉Si含量≥98%，金属铝粉Al含量≥99%，碳黑C含量≥97%。

3. 根据权利要求1或2所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其特征在于各组分的颗粒级配：烧结板状刚玉颗粒直径为（3～2、2～1、1～0.5、0.5～0）mm、电熔尖晶石为320目、电熔莫来石为250目、α-氧化铝微粉直径为1μm、碳化硅颗粒直径1～0mm、金属硅粉400目、金属铝粉180目、碳化硼为320目、铝硅合金粉320目、金属铝纤维为3 mm×0.09mm。

4. 根据权利要求3所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖，其特征在于烧结板状刚玉的颗粒级配按重量百分含量为：

3～2mm， 8%～13%

2～1 mm， 11%～17%

1～0.5 mm，17%～23%

0.5～0 mm，8%～12% 。

5. 一种金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其特征在于该滑板砖包含以下组分：烧结板状刚玉、电熔尖晶石、电熔莫来石、碳黑、α-氧化铝微粉、碳化硅、金属硅粉、金属铝粉、碳化硼、铝硅合金粉、金属铝纤维，以上各组分通过结合剂粘合在一起；其中各组分的重量百分含量为：烧结板状刚玉为50%～60%、电熔尖晶石10%～25%、电熔莫来石5%～15%、碳黑1%～3%、α-氧化铝微粉3%～8%、碳化硅5%～10%、金属硅粉2%～5%、金属铝粉1%～5%、碳化硼 0.5%～1%、铝硅合金粉1%～3%、金属铝纤维0.5%～2%，按上述配比的组分同结合剂混合后搅拌均匀，然后成型并自然干燥后，放入干燥器中缓慢升温干燥45～60小时，干燥器温度不超过200℃的；所述的结合剂为液体酚醛树脂，酚醛树脂的用量按重量计占所述的各组分总量的3%～6%；所述的缓慢升温干燥的过程为：1小时内将干燥器温度均匀升温到100℃，且在100℃保温12小时，然后24小时内将温度从100℃均匀上升到200℃，然后在200℃下保温15小时。

6. 根据权利要求5所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其特征在于所述的烧结板状刚玉Al₂O₃含量≥99.5%，电熔尖晶石：Al₂O₃含量≥70%、MgO含量≥25%，电熔莫来石：Al₂O₃含量≥75%、SiO₂含量≤25%，α-氧化铝微粉氧化铝含量≥98%，金属硅粉Si含量≥98%，金属铝粉Al含量≥99%，碳黑C含量≥97%。

7. 根据权利要求5或6所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其特征在于各组分的颗粒级配：烧结板状刚玉颗粒直径为（3～2、2～1、1～0.5、0.5～0）mm、电熔尖晶石为320目、电熔莫来石为250目、α-氧化铝微粉直径为1μm、碳化硅颗粒直径1～0mm、金属硅粉400目、金属铝粉180目、碳化硼为320目、铝硅合金粉320目、金属铝纤维为3 mm×0.09mm。

8. 根据权利要求7所述的金属陶瓷结合免烧低碳滑板砖的制备方法，其特征在于烧结板状刚玉的颗粒级配按重量百分含量为：

3～2mm， 8%～13%

2～1mm， 11%～17%

1～0.5mm， 17%～23%

0.5～0mm， 8%～12% 。