CN105198455B - 碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖及其其制备方法，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：55‑60%的板状刚玉、15‑25%的白刚玉、3‑5%的氧化铝粉、15‑20%的氮化硅铁、0.5‑1.5%的碳纳米管，外加结合剂为所述滑板砖原料组成总量的2‑5%。其制备方法包括配料、混炼、机压成型、干燥、烧成、油浸处理、轻烧碳化处理、加箍、磨平、涂面、成品。本发明的滑板砖结构稳固、有优良的抗热震性和抗侵蚀性、连滑次数高、使用寿命长，便于推广。

Description

碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖及其制备方法。

背景技术

滑动水口是炼钢连铸必备的功能耐火材料，滑板砖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部件，它承担风险大，必须做到万无一失。

洁净钢生产技术是当代炼钢技术的核心之一，其水平在一定程度上代表了一个国家的钢铁冶金工业水平。洁净钢的生产不但要求所用的滑板砖材料安全高效运行，而且还要避免钢水的污染。

目前，国内主要使用铝锆碳质、铝碳质滑板砖，它们基本能够满足普通钢连铸的需求。但是应用于洁净钢，特别是低碳钢和超低碳钢的连铸生产时，还存在许多缺陷。例如，现用的铝锆碳滑板砖含碳量较高，在使用时碳容易对钢水造成污染，影响钢水的洁净度，难以满足洁净钢连铸生产的需要。如果大幅度降低铝锆碳滑板砖中的碳含量，必然导致其抗热震性和抗侵蚀性降低，影响了滑板砖的寿命，严重时还会导致恶性事故的发生。因此，需要进一步对滑板砖进行改进，提高滑板砖的使用寿命以及抗热震性和抗侵蚀性，以满足洁净钢的生产需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构稳固、有优良的抗热震性和抗侵蚀性、连滑次数高、使用寿命长的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：55-60%的板状刚玉、15-25%的白刚玉、3-5%的氧化铝粉、15-20%的氮化硅铁、0.5-1.5%的碳纳米管，外加结合剂为所述滑板砖原料组成总量的2-5%。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比为粒度1：粒度2：粒度3=3.4-2.6：2.4-1.6：1.4-0.6。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为12-17%，粒度2为3-8%。

所述结合剂为热固性酚醛树脂，其型号为PF5323。

所述氧化铝粉的型号为CL370。

所述氮化硅铁的粒度为320-330目。

所述碳纳米管的粒度为490-510目。

所述的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖的制备方法包括以下步骤：

a.配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20-40分钟，得到预混合细粉；

b.混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30-50分钟；

c.机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

d.干燥：将砖坯自然干燥22-26小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110-130℃，干燥22-26小时，再将干燥器温度调为120-200℃，干燥22-26小时；

e.高温烧成：在氮化炉对烘干的砖坯进行氮化烧成，或者梭式窑中埋碳烧成，得到烧成砖；其中氮化烧成时的温度为1250-1350℃，保温6-10小时；埋碳烧成时的温度为1400-1500℃，保温14-18小时。

f.油浸：将烧成砖放入180-210℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为250-280℃，浸渍压力为1.40-1.45MPa，保压时间为3-4小时；

g.轻烧碳化：浸渍后的烧成砖在梭式窑内隔焰焙烘，得到碳化烧成砖；

h.加箍：将钢箍套装在碳化烧成砖的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

i.磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的碳化烧成砖进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

j.涂面：将磨平后的烧成砖的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖。

所述的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖的制备方法还包括以下步骤：

配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20-40分钟，得到预混合细粉；

混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30-50分钟；

机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

干燥：砖坯自然干燥22-26小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110-130℃，干燥22-26 小时，再将干燥器温度调为120-200℃，干燥22-26小时；

加箍：将钢箍套装在干燥后的砖坯的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的砖坯进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

涂面：将磨平后的砖坯的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖。

有益效果

（1）本发明的配比合理，将碳纳米管引入到了滑板砖的生产过程。由于碳纳米管具有强度高和热稳定性强的特性，因此其在高温下不易发生溶解扩散，既维持了滑板砖的碳含量，又减少了钢水中的碳溶解量。同时加入碳纳米管的滑板砖还提高了抗热震性，解决了滑板砖因热震性差导致滑板的炸裂问题。并且由于碳纳米管与一般碳素材料相比具有较高的比表面积，因而能够进一步提高滑板砖的抗侵蚀性，显著提高滑板砖的连滑次数。

（2）本发明配比合理还体现在将氮化硅铁引入到了滑板砖的生产过程。氮化硅铁具有热震稳定性好、高温蠕变小的特点以及优良的化学性能。由于氮化硅铁中的硅铁合金的存在，对滑板砖的成型和烧结都起到了优化作用。同时，氧化铝在高温下可以与氮化硅发生固溶，生成β-Sialon。β-Sialon不仅具有优良的抗热震性和抗侵蚀性，并且可以将刚玉大颗粒连接起来，使得滑板砖的结构更加牢固。

（3）通过对理化性能指标的测定，可以看出，本发明滑板砖的显气孔率和抗氧化性低于普通铝锆碳滑板砖，而体积密度和高温抗折强度大于普通铝锆碳滑板砖，说明本发明的滑板砖强度高、稳定性好、抗侵蚀性强，能够提高连滑次数。

综合上述，本发明的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖使用寿命明显延长，为炼钢连铸用滑动水口技术提供了优质的产品及可靠的性能保障，有助于炼钢产业的发展。

具体实施方式

实施例1 一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：55%的板状刚玉、25%的白刚玉、4%的氧化铝粉（型号CL370）、15%的氮化硅铁、1%的碳纳米管，外加PF5323型号的酚醛树脂为上述滑板砖原料组成总量的2%。

其中，氮化硅铁的粒度为320目，碳纳米管的粒度为490目。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比例为粒度1：粒度2：粒度3=3.4：2.4：1.4。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为15%，粒度2为10%。

其制备方法包括如下步骤：

a.配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20分钟，得到预混合细粉；

b.混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30分钟；

c.机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

d.干燥：将砖坯自然干燥22小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110℃，干燥26小时，再将干燥器温度调为120℃，干燥26小时；

e.高温烧成：在氮化炉中对烘干的砖坯进行氮化烧成，得到烧成砖；其中，氮化烧成时的温度为1400℃，保温10小时；

f.油浸：将烧成砖放入180℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为250℃，浸渍压力为1.40MPa，保压时间为4小时；

g.轻烧碳化：浸渍后的烧成砖在梭式窑内隔焰焙烘，得到碳化烧成砖；

h.加箍：将钢箍套装在碳化烧成砖的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

i.磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的碳化烧成砖进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

j.涂面：将磨平后的烧成砖的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板面上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖；然后按照图纸要求检查成品滑板砖的尺寸及其偏差，之后装箱。

实施例1的碳纳米管结合含氮化硅铁滑板砖理化性能指标

实施例2 一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：57%的板状刚玉、18%的白刚玉、4%的氧化铝粉（型号CL370）、20%的氮化硅铁、1%的碳纳米管，外加PF5323型号的酚醛树脂为上述滑板砖原料组成总量的3%。

其中，氮化硅铁的粒度为325目，碳纳米管的粒度为500目。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比例为粒度1：粒度2：粒度3=3：2：1。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为13%，粒度2为5%。

其制备方法基本同实施例1。不同在于，步骤a中，预混合时间为30分钟；步骤b中混炼时间为40分钟；步骤d中，将砖坯自然干燥24小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为120℃，干燥24小时，再将干燥器温度调为160℃，干燥24小时；步骤e中，氮化烧成时的温度为1450℃，保温8小时；步骤f中，将烧成砖放入200℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为265℃，浸渍压力为1.43MPa，保压时间为3.5小时。

实施例2的碳纳米管结合含氮化硅铁滑板砖理化性能指标

实施例3 一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：60%的板状刚玉、15%的白刚玉、4%的氧化铝粉（型号CL370）、20%的氮化硅铁、1%的碳纳米管，外加PF5323型号的酚醛树脂为上述滑板砖原料组成总量的5%。

其中，氮化硅铁的粒度为330目，碳纳米管的粒度为510目。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比例为粒度1：粒度2：粒度3=2.6：1.6：0.6。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为12%，粒度2为3%。

其制备方法基本同实施例1。不同在于，步骤a中，预混合时间为40分钟；步骤b中混炼时间为50分钟；步骤d中，将砖坯自然干燥26小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为130℃，干燥22小时，再将干燥器温度调为200℃，干燥22小时；步骤e中，氮化烧成时的温度为1400℃，保温6小时；步骤f中，将烧成砖放入210℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为280℃，浸渍压力为1.45MPa，保压时间为3小时。

实施例3的碳纳米管结合含氮化硅铁滑板砖理化性能指标

实施例4 一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：57%的板状刚玉、18%的白刚玉、4%的氧化铝粉（型号CL370）、20%的氮化硅铁、1%的碳纳米管，外加PF5323型号的酚醛树脂为上述滑板砖原料组成总量的3.5%。

其中，氮化硅铁的粒度为325目，碳纳米管的粒度为500目。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比例为粒度1：粒度2：粒度3=3：2：1。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为15%，粒度2为3%。

其制备方法包括如下步骤：

a.配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20分钟，得到预混合细粉；

b.混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30分钟；

c.机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

d.干燥：将砖坯自然干燥22小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110℃，干燥26小时，再将干燥器温度调为120，干燥26小时；

e.高温烧成：在梭式窑中对烘干的砖坯进行埋碳烧成；其中，埋碳烧成时的温度为1500℃，保温10小时；

f.油浸：将烧成砖放入180℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为250℃，浸渍压力为1.40MPa，保压时间为4小时；

g.轻烧碳化：浸渍后的烧成砖在梭式窑内隔焰焙烘，得到碳化烧成砖；

h.加箍：将钢箍套装在碳化烧成砖的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

i.磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的碳化烧成砖进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

j.涂面：将磨平后的烧成砖的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖；然后按照图纸要求检查成品滑板砖的尺寸及其偏差，之后装箱。

实施例4的碳纳米管结合含氮化硅铁滑板砖理化性能指标

实施例5 一种碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：60%的板状刚玉、18%的白刚玉、3%的氧化铝粉（型号CL370）、18%的氮化硅铁、1%的碳纳米管，外加PF5323型号的酚醛树脂为上述滑板砖原料组成总量的5%。

其中，氮化硅铁的粒度为330目，碳纳米管的粒度为510目。

所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比例为粒度1：粒度2：粒度3=2.6：1.6：0.6。

所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为15%，粒度2为3%。

其制备方法包括如下步骤：

配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为30分钟，得到预混合细粉；

混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为40分钟；

机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

干燥：砖坯自然干燥24小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为120℃，干燥24小时，再将干燥器温度调为160℃，干燥24小时；

加箍：将钢箍套装在干燥后的砖坯的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的砖坯进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

涂面：将磨平后的砖坯的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖；然后按照图纸要求检查成品滑板砖的尺寸及其偏差，装箱入库。

实施例5的碳纳米管结合含氮化硅铁滑板砖理化性能指标

Claims (4)

1.一种适用于洁净钢的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖，其特征在于，按重量百分比计，该滑板砖的原料组成为：55-60%的板状刚玉、15-25%的白刚玉、3-5%的氧化铝粉、15-20%的氮化硅铁、0.5-1.5%的碳纳米管，外加结合剂为所述滑板砖原料组成总量的2-5%；所述白刚玉包括两种不同的粒度：0＜粒度1≤48目，320目≤粒度2≤330目，它们所占滑板砖原料总量的百分比为：粒度1为12-17%，粒度2为3-8%；所述结合剂为热固性酚醛树脂，其型号为PF5323；所述氧化铝粉的型号为CL370；所述碳纳米管的粒度为490-510目；所述板状刚玉包括三种不同的粒度：8目≤粒度1≤14目，14目＜粒度2＜28目，28目≤粒度3≤48目，它们之间的重量比为粒度1：粒度2：粒度3=3.4-2.6：2.4-1.6：1.4-0.6；所述氮化硅铁的粒度为320-330目。

2.根据权利要求1所述的适用于洁净钢的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20-40分钟，得到预混合细粉；

b.混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30-50分钟；

c.机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

d.干燥：将砖坯自然干燥22-26小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110-130℃，干燥22-26小时，再将干燥器温度调为120-200℃，干燥22-26小时；

e.高温烧成：在氮化炉对烘干的砖坯进行氮化烧成，或者梭式窑中埋碳烧成，得到烧成砖；

f.油浸：将烧成砖放入180-210℃沥青中浸渍，烧成砖预热温度为250-280℃，浸渍压力为1.40-1.45MPa，保压时间为3-4小时；

g.轻烧碳化：浸渍后的烧成砖在梭式窑内隔焰焙烘，得到碳化烧成砖；

h.加箍：将钢箍套装在碳化烧成砖的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

i.磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的碳化烧成砖进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

j.涂面：将磨平后的烧成砖的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖。

3.根据权利要求2所述的适用于洁净钢的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖的制备方法，其特征在于，步骤e中，氮化烧成时的温度为1250-1350℃，保温6-10小时；埋碳烧成时的温度为1400-1500℃，保温14-18小时。

4.根据权利要求1所述的适用于洁净钢的碳纳米管结合含氮化硅铁的滑板砖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

①配料：将氮化硅铁、氧化铝粉、碳纳米管放入混料机中进行预混合，预混合时间为20-40分钟，得到预混合细粉；

②混炼：将板状刚玉和白刚玉加入湿碾机中进行干混，再加入结合剂进行混炼，最后加入预混合细粉混匀，混炼时间为30-50分钟；

③机压成型：将混炼好的原料压制成砖坯；

④干燥：砖坯自然干燥22-26小时后，进入干燥器烘干；先将干燥器温度调为110-130℃，干燥22-26小时，再将干燥器温度调为120-200℃，干燥22-26小时；

⑤加箍：将钢箍套装在干燥后的砖坯的侧面中间，采用闪光对焊机焊接；

⑥磨平：先使用干式铣磨机对加箍后的砖坯进行粗磨加工，再采用磨床进行精磨加工，使砖体表面平整；

⑦涂面：将磨平后的砖坯的工作面清刷干净，涂上滑板油，在非工作面和石棉板上涂抹胶水，将石棉板贴在非工作面上，自然晾干；得到成品滑板砖。