CN102826863A - 一种用铝铬渣制备Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法及滑板材料 - Google Patents

一种用铝铬渣制备Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法及滑板材料 Download PDF

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张军杰
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Abstract

本发明涉及一种利用铝铬渣制备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50-70%的铝铬废渣、20-40%的刚玉、8-18%的金属Al，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后分别经过三种不同的烧成方式，分别为：300-600℃空气气氛下烧成、1200-1600℃下氮化烧成、1200-1600℃下埋炭烧成。本发明产品以铝铬渣为原料，并添加金属铝，其内部处于还原气氛，使得金属Cr处于低价态，解决固体废物铝铬渣的环境污染问题，实现了资源的再利用。所用原料主要成分化学稳定性高、氧位低，并且不含碳和易水化的Al4C3，用于洁净钢连铸时不会发生二次C、O、H及其它杂质的污染。

Description

一种用铝铬渣制备Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法及滑板材料
 
技术领域
本发明涉及利用铬矿工业固体废弃物铝铬渣制备一种钢液控流需要的连铸用滑板，尤其涉及一种适合洁净钢连铸用的Al-Cr2O3-Al2O3复合无碳滑板材料及其制备方法，属无机非金属材料制备工艺技术领域以及废弃固体物资源再利用技术领域。
 
背景技术
铬为战略金属，且居首位。全球铬资源存储不丰富，属稀缺资源，并且分布极不均衡，91.2%的铬矿分在南非、哈萨克斯坦和津巴布韦，我国的铬矿资源不但十分匾乏，而且矿石质量较差，铬矿的产量和质量远远满足不了国内的需要。通常，每生产1t金属铬排放15t铬渣，铬渣的主要成分为Al2O3和Cr2O3。铬渣对生态环境等存在一定的危害性，但如果治理得当，又是可利用的资源。
为适应近代工业技术的发展，钢铁工业也发生了革命性的变化，其标志之一是诞生了质量非常优越的洁净钢。洁净钢杂质含量很低，其洁净度要求达到： [S]≤5×10-4%、[P]≤20×10-4%、[N]≤15×10-4%、[H]≤1. 5×10-4%、T[O]≤10×10-4%、[C]≤10×10-4%水平，即杂质总量不超过70ppm。冶炼杂质含量如此低的钢，除了冶炼技术上的革新外，对耐火材料也提出了新的要求。滑板是冶炼中最后接触到的耐火材料之一，是冶炼完毕时钢液中杂质含量已达到要求后最后经过的一种功能原件之一。因此，要求滑板不可再向钢液中扩散O、C、 N及H等杂质。
目前使用的质量较好的滑板主要是铝碳或铝锆碳材质的滑板，其在常规钢种，甚至高质量钢的冶炼中已经取得很好的效果，但是如果用在洁净钢中，材料中的C必然会污染十分洁净的钢液。其次，普通滑板中常含有稳定性较差的氧化物如二氧化硅等在与洁净钢接触时，由于洁净钢的氧位很低也会分解成O和相应金属污染洁净的钢液。因此用于洁净钢的滑板不但要求不含碳，还要求不含稳定性差的氧化物。根据理论计算，能满足这个要求的氧化物只有氧化铝、氧化锆、铝镁尖晶石及稀土氧化物等。众所皆知，这类氧化物的熔点都很高，用它们制备滑板的工艺要求很高，产品的价格必然不菲。为此，促使人们只能另辟新径，制备适合洁净钢连铸用滑板，再无碳化的同时使得滑板具有优良的常温和高温强度，及优良的抗侵蚀性、抗热震性。
 
发明内容
本发明的目的是提供一种利用铬矿工业固体废弃物铝铬废渣制备冶炼洁净钢连铸用滑板材料及其方法。本发明的另一目的是解决固体废物铝铬渣的环境污染问题及资源化再利用问题。
本发明的技术方案：
一种用铝铬渣制备Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法，其特征在于，所述方法如下：
（1）原料制备：按重量百分比计，原料组成为50-70%的铝铬渣、20-40%的刚玉、8-18%的金属Al，外加上述原料总重量2-6%的酚醛树脂为结合剂；
（2）将上述配比的原料混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后分别在空气气氛、氮化气氛、埋炭气氛三种不同的气氛下烧成，其中烧成制度为300-600℃空气气氛下烧成、1200-1600℃下氮化烧成、1200-1600℃下埋炭烧成。
   进一步的，所述原料中，铝铬渣有3-1mm、1-0.1mm及0.1mm以内三种粒度，所述刚玉粒度为3-1mm，所述金属Al粒度为0.1mm以内，其中铝铬渣主要成分及其含量为：Al2O3为60-80wt%，Cr2O3为6-20wt%。
一种用铝铬渣制备的Al-Cr2O3-Al2O3滑板材料，根据所述的方法制备得到。
本发明的积极效果：
1、本发明产品添加铝铬渣，充分利用了氧化铬的优良的抗侵蚀性，其难以被渣液润湿，能有效地抑制渣向开口气孔中的浸透；若氧化铬熔解到渣中，渣的粘性就会增高，渣与耐火材料发生反应，粘性高的渣则变成耐火材料的保护层。故滑板材料中加入氧化铬可以弥补C元素对滑板材料抗侵蚀性的影响，使得滑板制品具有优良的抗侵蚀性。另外，若铬元素溶解到钢液中，可增加钢的硬度、韧性、延展性、耐热性、耐磨性和防腐性。
2、本发明通过加入铝铬渣，并加入适量的金属铝，然后经过不同的烧制工艺，形成了金属基结合、金属和非金属结合的无碳滑板。其中300-600℃空气气氛下烧成后形成金属基结合无碳滑板，1200-1600℃下氮化烧成后形成AlN、AlxCry结合的无碳滑板，1200-1600℃下埋炭烧成后形成铝氧碳化合物、铝铬金属间化合结合的无碳滑板。
3、本发明产品材料同时含有氧化铬和金属Al，滑板内部处于一种还原气氛，使得滑板材料所含的Cr元素处于低价，将不会导致环境的污染。
4、本发明产品由于基质内有塑性相的存在使得滑板材料具有优良的抗热震性。金属Al的熔点为660℃，铝铬金属间化合物及其熔点为：Al7Cr(1023℃)、Al11Cr2(1060℃)、Al4Cr(1126℃)、Al9Cr4(1262℃)、Al8Cr5(1327℃)，游离态的金属Al和铝铬金属间化合物的存在，滑板在使用时升温过程中出现塑性相的量随温度的升高而增多，即塑性相的出现存在温度梯度，这有助于滑板抗热震性能的提高。
5、本发明产品经过高温烧成之后形成Al4O4C、Al2OC及AlN等高熔点化合物。Al4O4C、Al2OC这两种氧化物除了具有熔点高、高温稳定性好、耐蚀性好外，又具有碳化物热导率高、热膨胀率小、抗热冲击性好等优点。AlN具有弥散增韧作用，同时作为刚玉颗粒之间的结合物而提高了材料的致密度、导热性、常温强度及高温强度。基质中没有Al4C3的存在，使得产品具有优良的抗水化性。
6、本发明产品具有优良的物理性能指标。300-600℃空气气氛下烧成获得的产品性能指标为：显气孔率5-8%、体积密度3.1-3.3g/cm3、常温耐压强度200-240MPa、高温抗折强度31-42Mpa；1200-1600℃下氮化烧成获得的产品性能指标为：显气孔率7-11%、体积密度3.2-3.4g/cm3、常温耐压强度280-360MPa、高温抗折强度49-54Mpa；1200-1600℃下埋炭烧成获得的产品性能指标为：显气孔率6-11%、体积密度3.2-3.4g/cm3、常温耐压强度310-370MPa、高温抗折强度40-45Mpa。
7、本发明的滑板产品能满足钢铁行业的高效连铸和产品高性能、高附加值的洁净钢等等方面的要求，市场潜力大，适宜于推广应用；并且该产品以铝铬废渣为原料，解决固体废物铝铬渣的环境污染问题及资源化再利用问题，将具有良好的经济和社会效益。
 
具体实施方式：
实施例1：一种利用铝铬渣为原料的滑板耐火材料，按重量百分比计，原料组成为：55%的铝铬渣、33%的刚玉、12%的金属铝粉，外加3%的热固性酚醛树脂。生产时，先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在在200±10℃下干燥9h，然后在500℃空气气氛下烧成；再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。所述粉料为粒度小于325目的金属Al粉和铝铬渣，所述骨料为粒度为3-1mm、1-0.1mm的刚玉和铝铬渣。
所得产品的性能指标为：显气孔率6%，体积密度3.26g/cm3，常温耐压强度235MPa，高温抗折强度40.6MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。
实施例2：原料组成和实施例1相同，不同之处在于：先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在在200±10℃下干燥9h，然后在1300℃氮化烧成；再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。
所得产品的性能指标为：显气孔率9%，体积密度3.24g/cm3，常温耐压强度356MPa，高温抗折强度54.1MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。
实施例3：原料组成和实施例1相同，不同之处在于：先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在在200±10℃下干燥9h，然后在1450℃埋炭烧成；再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。
所得产品的性能指标为：显气孔率7%，体积密度3.28g/cm3，常温耐压强度367MPa，高温抗折强度44.2MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

Claims (3)

1.一种用铝铬渣制备Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法，其特征在于，所述方法如下：
（1）原料制备：按重量百分比计，原料组成为50-70%的铝铬渣、20-40%的刚玉、8-18%的金属Al，外加上述原料总重量2-6%的酚醛树脂为结合剂；
（2）将上述配比的原料混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后分别在空气气氛、氮化气氛、埋炭气氛三种不同的气氛下烧成，其中烧成制度为300-600℃空气气氛下烧成、1200-1600℃下氮化烧成、1200-1600℃下埋炭烧成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述原料中，铝铬渣有3-1mm、1-0.1mm及0.1mm以内三种粒度，所述刚玉粒度为3-1mm，所述金属Al粒度为0.1mm以内，其中铝铬渣主要成分及其含量为：Al2O3为60-80wt%，Cr2O3为6-20wt%。
3.一种用铝铬渣制备的Al-Cr2O3-Al2O3滑板材料，其特征在于：根据权利要求1所述的方法制备得到。
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