CN104003736B - 一种滑板砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种滑板砖的制备方法。提供了一种在生产制造、使用时无污染，保护环境，提高使用寿命的滑板砖的制备方法。按照以下步骤加工：1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比由刚玉70~90%、金属硅0~15%、金属铝5~15%和稀土0~2%组成；将上述主料均匀配合，待用；2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按3%~6%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1400~1600℃下，在氮气气氛中烧结10~16h，制得。本发明的主料、辅料中不含碳，并且在烧结反应过程中避免碳元素的介入，处于无碳环境中，在无碳的情况下，形成了板面结构致密的滑板砖本体，提高了滑板砖的强度，提高了使用寿命。

Description

一种滑板砖的制备方法
   技术领域
   本发明涉及环保滑板砖的制备方法，尤其涉及一种结合体系采用化学反应结合的环保滑板。
    背景技术
随着我国装备制造业的快速发展，炼钢工艺也不断进步，因而对滑板砖要求日益苛刻，尤其需要抗热冲击、抗高温钢水和熔渣的侵蚀、寿命长的滑板砖。此外，在环境友好的理念支撑下人们还要求滑板砖在生产制造、使用过程中不污染环境、不污染大气。
目前使用的滑板砖主要有Al2O3-C、Al2O3-ZrO2-C和MgO-C等碳结合耐火材料。对于普通钢种而言，以碳结合铝碳和铝锆碳滑板基本可以满足使用要求，但由于其结合方式以碳结合为基本理论支撑，在配方设计时围绕碳结合的理念配料组分上多选择两种以上不同的碳原料，例多为碳黑和鳞片石墨、结合剂采用酚醛树脂，有的在1300~1450 ℃氮化或埋碳烧成、有的低温碳化、有的还在此基础上辅以真空浸渍沥青继续增碳。由于高温强度不够高，使用时仍然存在滑动区拉毛及夹钢的问题，对于高氧钢（钢中的总氧高、FeO高）更不能胜任，滑板中的碳被氧化产生CO或CO2导致板面结构疏松从而降低滑板砖寿命；且其制造（干燥、烧成、浸渍）过程中还伴随大量废气的排放，进而污染工厂周围的大气。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种在生产制造、使用时无污染，保护环境，提高使用寿命的滑板砖的制备方法。
    本发明的技术方案为：按照以下步骤加工：
     1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比由刚玉70~90%、金属硅0~15%、金属铝5~15%和稀土0~2%组成；将上述主料均匀配合，待用；   
     2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按3%~6%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；
     3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1400~1600℃下，在氮气气氛中烧结10~16h，制得。
     所述稀土为镧、铈中的一种或两种的复配。
    在主料中还包括Mg、Zn、Se、Pb中的一种或一种以上的复配合金，所述复配合金的添加比例按质量百分比为1~2%。
      所述临时结合剂为亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠中的一种。
     所述刚玉中Al2O3 的含量大于98%，所述金属铝中活性铝的含量大于95%，金属硅中硅的含量大于98.5%。
所述主料中的刚玉包括2~1mm和1~0.033mm两种颗粒状刚玉料，其总和占刚玉总量的60~70%；以及小于0.033mm以下的细粉状刚玉料，其占刚玉总量的30~40%；
    所述金属硅为小于180目的细粉；
    所述金属铝包括1~0.5mm的颗粒状金属铝料，其占金属铝总量的10~25%；小于0.5mm的细粉状金属铝料，其占金属铝总量的75~90%。      
步骤3）中所述氮气的纯度大于99.999%，氮气压力为0.02~0.2Mpa 。
本发明采用刚玉和金属铝、金属硅为主要原料，其余可以是Mg、Zn、Se、Pb一种或一种以上或他们的合金,尤其添加少量稀土如镧La、铈Ce等，刚玉为耐火骨料，起骨架和填充作用，耐火骨料的颗粒级配按公知安德烈森（Anreasen）紧密堆积理论设计。临时结合剂采用亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠（即水玻璃）中的一种， 在氮气气氛下，温度为1400~1600℃，烧结而成。本发明的主料、辅料中不含碳，并且在烧结反应过程中避免碳元素的介入，处于无碳环境中，在无碳的情况下，形成了板面结构致密的滑板砖本体，提高了滑板砖的强度，提高了使用寿命。
反应结合主要由配料组份中的金属和稀土及氮气参与。金属铝、金属硅在烧结时的氮气气氛下大量生成板状赛隆SiAlON，稀土穿插固溶其中，作为结合相将刚玉骨料紧紧地拉起来（呈板状的赛隆相的原位生成过程中和有可能与刚玉颗粒界面发生反应使一部分主晶相与结合相紧密结合，使材料的非氧化物结合程度提高），这种反应结合方式使得结构致密、牢固，阻碍了晶界滑移，从而增强了材料的高温力学性能。由于赛隆SiAlON本身具有热导率高，热膨胀系数较低的特点，作为刚玉金属滑板的增强相存在，有利于提高试样的抗热震性及强度，此外，作为主要金属添加的铝除了大量生成赛隆外，氧化生成的氧化铝还可以起到堵塞气孔的作用。
具体实施方式
实施例一：按照以下步骤加工：
     1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比包括刚玉70%，金属硅10%，金属铝13%，稀土2%；将上述主料均匀配合，待用；
     2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按5%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；
     3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1400℃下，在氮气气氛中烧结12h，制得；其中，氮气的纯度大于99.999%，露点-60℃，氮气压力为0.1Mpa 。
     所述稀土为镧、铈中的一种或两种的复配；如：镧2%；铈2%；镧、铈各1%等。
     在主料中还包括Mg、Zn、Se、Pb中的一种或一种以上的复配合金，所述复配合金的添加比例按质量百分比为1~2%。
     所述临时结合剂为亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠（即水玻璃）中的一种。
     所述刚玉中Al2O3 的含量大于98%，所述金属铝中活性铝的含量大于95%，金属硅中硅的含量大于98.5%。
     所述主料中的刚玉包括2~1mm和1~0.033mm两种颗粒，其（即2~1mm和1~0.033mm两种颗粒）总和占刚玉总量的60~70%，小于0.033mm以下的细粉，其占刚玉总量的30~40%；
    所述金属硅为小于180目的细粉；
    所述金属铝包括1~0.5mm的颗粒，其占金属铝总量的10~25%，小于0.5mm（如小于40目、180目和200目）的细粉，其占金属铝总量的75~90%。
实施例二：按照以下步骤加工：
     1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比包括刚玉90%，金属硅3%，金属铝3%，稀土1%；将上述主料均匀配合，待用；
     2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按3%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；
     3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1600℃下，在氮气气氛中烧结16h，制得；其中，氮气的纯度大于99.999%，露点-60℃，氮气压力为0.2Mpa 。
     所述稀土为镧、铈中的一种或两种的复配。如：镧1%；铈1%；镧、铈各0.5%等。
     在主料中还包括Mg、Zn、Se、Pb中的一种或一种以上的复配合金，所述复配合金的添加比例按质量百分比为1~2%。
     所述临时结合剂为亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠（即水玻璃）中的一种。
     所述刚玉中Al2O3 的含量大于98%，所述金属铝中活性铝的含量大于95%，金属硅中硅的含量大于98.5%。
     所述主料中的刚玉包括2~1mm和1~0.033mm两种颗粒，其总和占刚玉总量的60~70%，小于0.033mm以下的细粉，其占刚玉总量的30~40%；
    所述金属硅为小于180目的细粉；
    所述金属铝包括1~0.5mm的颗粒，其占金属铝总量的10~25%，小于0.5mm（如小于40目、180目和200目）的细粉，其占金属铝总量的75~90%。
实施例三：按照以下步骤加工：
     1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比包括刚玉80%，金属硅6%，金属铝6.5%，稀土1.5%；将上述主料均匀配合，待用；
     2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按6%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；
     3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1500℃下，在氮气气氛中烧结13h，制得；其中，氮气的纯度大于99.999%，露点-60℃，氮气压力为0.15Mpa 。
     所述稀土为镧、铈中的一种或两种的复配。如：镧1.5%；铈1.5%；镧、铈各0.75%等。
     在主料中还包括Mg、Zn、Se、Pb中的一种或一种以上的复配合金，所述复配合金的添加比例按质量百分比为1~2%。
     所述临时结合剂为亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠（即水玻璃）中的一种。
     所述刚玉中Al2O3 的含量大于98%，所述金属铝中活性铝的含量大于95%，金属硅中硅的含量大于98.5%。
     所述主料中的刚玉包括2~1mm和1~0.033mm两种颗粒，其总和占刚玉总量的60~70%，小于0.033mm以下的细粉，其占刚玉总量的30~40%；
    所述金属硅为小于180目的细粉；
    所述金属铝包括1~0.5mm的颗粒，其占金属铝总量的10~25%，小于0.5mm（如小于40目、180目和200目）的细粉，其占金属铝总量的75~90%。
工作中，主料由颗粒状和细粉状两种状态组成，颗粒状为骨料，细粉状为填料；烧结过程中，填料完全反应，骨料（如金属铝颗粒）则延迟其反应过程，将其在使用过程中继续反应，因为滑板砖在使用过程中局部也承受钢水的温度，金属铝继续反应生成新的组分（如氧化铝），进一步改善局部的组织结构，延长使用寿命。
金属铝的氧化主要发生在烧结时的冷却过程、及使用时与钢液中的活性氧及空气中的氧，氧化生成的氧化铝还可以起到堵塞气孔，提高滑板砖的强度。气孔是在压制过程中形成的，是由于颗粒、细粉堆积之间存在间隙，衡量气孔的多少用显气孔率和体积密度来检测，显气孔率越高，体积密度越低，制品越疏松。反之制品越致密，使用性能越好。
本发明的优点在于：
1、配料中不添加碳组份，不担心使用时因碳氧化而导致的（如滑动区拉毛）性能恶化；
     2、不选用碳产率（固定碳大于30%）非常高的酚醛树脂系做成型结合剂（临时结合剂）；
     3、成型采用双面振动半干法成型；
     4、烧结过程是在纯度不低于99.999%的氮气保护下的电阻炉内完成的，烧结过程中不仅不产生S02、CO等废气，还增加了环境周围的大气中的氧气；
     5、材料烧结后不需浸渍增加强度，不担心使用时释放废烟气污染周围环境。
本发明的优点还在于组分中的稀土镧La和铈Ce不仅具有较高的促反应活性，能够较好地促进赛隆SiAlON板状晶须的生成和长大，而且还具有良好的韧性能够提高制品的抗疲劳强度，进而提高制品的使用寿命。   

Claims (4)

1.一种滑板砖的制备方法，其特征在于，按照以下步骤加工：
     1）、调配主料，所述滑板砖的主料按质量百分比由刚玉70~90%、金属硅0~15%、金属铝5~15%和稀土0~2%组成；将上述主料均匀配合，待用，以上各组份均不包含0；
     2）、配置临时结合剂；按质量百分比将所述临时结合剂按3%~6%的比例加入主料中，均匀搅拌，得成型料；
     3）、成型，烧结；将所述成型料利用模具成型，然后在1400~1600℃下，在氮气气氛中烧结10~16h，制得处于无碳环境中，在无碳的情况下，形成了板面结构致密的滑板砖本体，提高了滑板砖的强度；
所述主料中的刚玉包括2~1mm和1~0.033mm两种颗粒状刚玉料，其总和占刚玉总量的60~70%；以及小于0.033mm以下的细粉状刚玉料，其占刚玉总量的30~40%；
    所述金属硅为小于180目的细粉；
    所述金属铝包括1~0.5mm的颗粒状金属铝料，其占金属铝总量的10~25%；小于0.5mm的细粉状金属铝料，其占金属铝总量的75~90%；
步骤3）中所述氮气的纯度大于99.999%，氮气压力为0.02~0.2Mpa；
在主料中还包括Mg、Zn、Se、Pb中的一种或一种以上的复配合金，所述复配合金的添加比例按质量百分比为1~2%。
2.根据权利要求1所述的一种滑板砖的制备方法，其特征在于，所述稀土为镧、铈中的一种或两种的复配。
3.根据权利要求1所述的一种滑板砖的制备方法，其特征在于，所述临时结合剂为亚硫酸盐纸浆废液、硅酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种滑板砖的制备方法，其特征在于，所述刚玉中Al2O3 的含量大于98%，所述金属铝中活性铝的含量大于95%，金属硅中硅的含量大于98.5%。
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