CN103214256B - Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板及其制备方法 - Google Patents

Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板及其制备方法 Download PDF

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一种Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板及其制备方法，属于耐火材料领域。该滑板按重量百分比计的原料组成为55-85%的刚玉、5-30%的活性氧化铝、1-15%的金属Al，0-3%的碳黑和石墨，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，先在120-600℃下烘干5-25h，然后在1200℃-1600℃氮化气氛下烧结5-25h。本发明产品显气孔率4-13%、体积密度3.0-3.4g/cm3、常温耐压强度150-280MPa、高温抗折强度20-55MPa。有良好的抗侵蚀性和抗热震性，成本低，所用原料主要成分化学稳定性高、氧位低，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

Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板及其制备方法
技术领域
本发明涉及制备一种炼钢连铸用滑板，尤其涉及一种洁净钢连铸用的Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板及其制备方法，属于耐火材料领域。 
背景技术
目前现代钢铁企业中滑板的主流产品为铝碳质、铝锆碳质滑板，其生产过程需要浸油工序。近年来，洁净钢获得了飞速发展，常规的铝碳质、铝锆碳质滑板因向钢液增碳以不能满足洁净钢连铸的需要。并且铝碳质、铝锆碳质滑板在使用过程中存在碳氧化的问题，碳氧化造成滑板结构疏松，使铁和锰等的氧化物渗入滑板基体中，与滑板中的氧化铝发生反应而生成的铝铁和锰铝尖晶石，此反应反过来又加速了碳的氧化。碳具有导热率高、温差小、热面温度低、对氧化物熔渣的不润湿性等优点，其存在有助于滑板制品性能的提高，所以在无碳化的同时如何确保滑板的各项性能指标是最近研究的热点。 
洪彦若等在研究非氧化物复合材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属的大部分为过渡塑性相，少部分为金属塑性相。两者初始时均起塑性成型作用，在常温压制成型时金属的塑性使刚性成型转变为塑性成型，提高制坯的密度和降低气孔率；在烧结过程，金属液化或软化，充填空隙，起助烧剂作用，提高制品致密度。区别之处在于烧结过程，过渡塑性相的金属与环境气氛及材料发生了反应，生成了非金属增强相，提高材料的高温强度和抗热震性。 
Al23O27N5为一致熔融化合物，其晶体结构为尖晶石型，熔点为1940℃，并可以稳定至室温。Al23O27N5具有良好的光学和价电性能，同时还具有良好的力学和热学性能，比如线膨胀系数小、热导率低。最重要的是Al23O27N5难以被铁及氧化物基熔渣润湿, 因而具有优良的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性。 
发明内容
本发明旨在制备出一种无需浸油的Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板，其既克服了现有滑板材料对钢液增碳及碳氧化的问题，又精简了生产工序，大大降低了生产成本。同时产品具有强度高、热震稳定性好、抗渣侵蚀性好、抗渣渗透性好、寿命长等特点，能够满足洁净钢连铸的需要。 
本发明的技术方案：
按重量百分比计，原料组成为55-85%的刚玉、5-30%的活性氧化铝、1-15%的金属Al，0-3%的碳黑和石墨，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。
所述刚玉包括板状刚玉和白刚玉，有3-1mm、1-0.1mm、0.1-0mm三种粒度，三种粒度比例为： 
3≤粒度＜1mm   45-65%、1≤粒度＜0.1mm   18-30%、0.1≤粒度＜0mm  17-30% 。
所述活性氧化铝粒度为0.1-0mm，所述金属Al粒度为0.1-0mm，所述碳黑和石墨粒度为0.1-0mm。 
所述Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板耐火材料的生产方法，按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型。先在120-600℃下烘干5-25h，然后在1200-1600℃氮气条件下烧成5-25h。 
本发明以过渡塑性理论为基础，使得滑板在高温烧成过程中原位生成在Al23O27N5，并且将体系中的C以CO的形式排出。其反应及其热力学数据见附1。少量塑性相金属Al的存在，使得滑板具有优良的抗热震性。制备出一种性能优良的无需浸油、适合洁净钢连铸的Al23O27N5结合的复合滑板。 
本发明的积极效果： 
1、本发明利用过渡塑性相工艺制备了Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板。滑板不含C，其主要成分化学稳定性高、氧位低，且含活泼的金属Al，使用时不会对洁净钢发生C、O及H的二次污染，能满足洁净钢生产要求。
2、本发明产品无需浸油工序，精简了生产工艺，降低了生产成本。 
3、本发明所得产品为非氧化物结合的无碳滑板，结合相Al23O27N5为高熔点化合物，使得产品具有优良的高温强度、抗渣侵蚀性和抗渣渗透性，并且游离态的Al降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提高材料的韧性和抗热震性能，同时Al使制品氧位降低，不会对洁净钢产生O污染。 
4、本发明产品具有优良的物理性能指标。显气孔率4-13%、体积密度3.0-3.4g/cm3、常温耐压强度150-280MPa、高温抗折强度15-55Mpa。 
具体实施方式
实施例1：一种Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板的制备方法，按重量百分比计，原料组成为：81%的刚玉、15%的活性氧化铝、4%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，先在120-600℃下烘干12h，然后在120-600℃氮气条件下高温烧结9h；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、活性氧化铝及部分刚玉，所述骨料为粒度为3-1mm、1-0.1mm的刚玉；上述刚玉分为板状刚玉和白刚玉。 
所得产品的性能指标为：显气孔率5.6%，体积密度3.34g/cm3，常温耐压强度210MPa，高温抗折强度39MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗渣渗透性均较好。 
实施例2：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于： 
按重量百分比计，原料组成为：72%的刚玉、20%的活性氧化铝、7%的金属铝粉、1%的石墨，外加3%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率8.3%，体积密度3.18g/cm3，常温耐压强度243MPa，高温抗折强度47MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗渣渗透性均较好。
实施例3：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于： 
按重量百分比计，原料组成为：63%的刚玉、25%的活性氧化铝、10%的金属铝粉、2%的石墨，外加3%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率10.7%，体积密度3.09g/cm3，常温耐压强度269MPa，高温抗折强度53MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗渣渗透性均较好。
附1
1. 10.5Al2O3(s) + 4.5C(s) +2Al(l) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5 (s)+ 4.5CO(g)
ΔG=688348-455.874T  T≥1510K时，ΔG≤0；
2. 10Al2O3(s) + 3C(s) + 3Al(l) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5(s) + 3CO(g)
ΔG=18498-165.599T   T≥112K时，ΔG≤0
3. 9.5Al2O3(s) + 1.5C(s) + 4Al(l) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5(s) + 1.5CO(g)
ΔG=-651352+124.676T  T≤5224K时，ΔG≤0，反应恒可以发生。
三个反应均将体系中的C转化为CO。 

Claims (1)

1.一种Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为55-85％的刚玉、5-30％的活性氧化铝、1-15％的金属Al，0-3％的碳黑和石墨，外加上述原料总量2-6％的酚醛树脂为结合剂，所述刚玉有3-1mm、1-0.1mm、0.1-0mm三种粒度，包括板状刚玉和白刚玉，三种粒度比例为： 
                         3≤粒度＜1mm     45-65％ 
                         1≤粒度＜0.1mm   18-30％ 
                         0.1≤粒度＜0mm   17-30％ 
所述活性氧化铝为0.1-0mm；所述金属Al粒度为0.1-0mm；所述碳黑和石墨的粒度为0.1-0mm；所述Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板具有高温强度、抗渣侵蚀性和抗渣渗透性；游离态的Al降低材料的气孔率并发挥着塑性相作用，提高材料的韧性和抗热震性能，同时Al使制品氧位降低，不会对洁净钢产生O污染； 
按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，先在120-600℃下烘干5-25h，然后在1200-1600℃氮气气氛下烧成5-25h，再经加箍、磨制、涂布即制成Al23O27N5结合的刚玉质复合滑板。 
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