CN106001532B - 一种刚玉‑锆刚玉‑钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法 - Google Patents

一种刚玉‑锆刚玉‑钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种刚玉‑锆刚玉‑钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法，该滑板砖是由以下组分按重量份数组成：板状刚玉40‑55份，锆刚玉15‑25份，钛酸铝10‑15份，球形煅烧氧化铝6‑10份，金属Al粉5‑8份，高温沥青粉1‑2份，硅灰1‑2份，防氧化剂1‑2份，酚醛树脂3‑5份。本发明在配方中引入板状刚玉和锆刚玉、钛酸铝原料，可明显降低滑板砖材质的热膨胀系数，提高滑板砖的热震稳定性、抗侵蚀性能及抗渣性能；控制高温沥青粉、球形煅烧氧化铝粉、硅灰的选择和加入量，能实现滑板合理的低、中、高温各阶段强度；改善制品使用时因浇钢孔径内外温差热应力产生的热膨胀差异，减少裂纹的发生，显著提高滑板的高温综合性能，延长滑板使用寿命。

Description

一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢包冶金控流耐火材料领域，尤其涉及一种用于普通钢使用的刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法。
背景技术
目前国内外钢包冶金控流普遍采用的铝碳、铝锆碳质滑板，可以满足普通钢种的使用寿命要求，且使用状态稳定；但在生产过程中需经过中温(≥700℃)或高温(≥1400℃)烧成，且在经过烧成工艺之后都需继续进行沥青浸油焙烧工艺以提升滑板的抗氧化性、耐化学侵蚀、抗渣性等性能，整体生产工艺相对复杂且能耗很大，不利于滑板生产的节能降耗和环保控制要求，增加了滑板的生产成本，产品经济效益和使用厂家受到制约。而采用不烧不浸工艺的普通铝碳质或铝锆碳材质滑板由于在约600-650℃酚醛树脂的脱碳氧化导致中温强度明显降低，而此时金属铝尚未熔融形成结合强度，所以导致滑板的抗熔损性能波动很大，是限制不烧不浸滑板在大吨位钢包(＞200吨)多次使用、全面推广的最主要因素之一；同时在高温使用中由于滑板孔径周边存在明显的温差，使用时由于热应力导致的热膨胀不均易导致裂纹的发生，板面氧化、耐磨性减弱，热熔损由此进一步加大，大大限制滑板使用寿命及使用稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法，采用刚玉-锆刚玉-钛酸铝为主原料并引入高温沥青粉、球形煅烧氧化铝粉及硅灰等成份进行滑板材质优化；各成份优势互补，降低材质热膨胀系数，综合提高滑板砖的低、中、高温各阶段强度、结构致密性、热震稳定性、耐热熔损性和抗热剥落性，延长滑板砖使用寿命。同时通过合理的生产工艺优化实现滑板砖生产成本的合理降低和控制。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，该滑板砖是由以下组分按重量份数组成：板状刚玉40-55份，锆刚玉15-25份，钛酸铝10-15份，球形煅烧氧化铝6-10份，金属Al粉5-8份，高温沥青粉1-2份，硅灰1-2份，防氧化剂1-2份，酚醛树脂3-5份。
所述板状刚玉的有效成分Al2O3≥99％，粒度为≤3mm且≥1mm的板状刚玉加入量为25-30份，粒度为＜1mm且≥0.212mm的板状刚玉加入量为5-10份，粒度≤0.075mm的板状刚玉加入量为10-15份。
在上述配方中板状刚玉的选择用量在40-55份之间，大于上限值(＞55)时，材质的热膨胀系数大，热震稳定性差，滑板表面裂纹易发，用量小于下限值(＜40)时，对钢水的侵蚀和非金属夹杂物的侵蚀抵抗能力差，引起滑板砖的耐热熔损性差。
所述锆刚玉的有效成分：Al2O3≥70％，Al2O3+ZrO2≥94％；所述锆刚玉的粒度及加入量为：≤3mm且≥1mm 10-15份，＜1mm且≥0.212mm 5-10份。
引入锆刚玉，由于原料耐磨性好，抗侵蚀性能好且氧化锆具有相变增韧的作用，可以明显改善制品的致密性，降低热膨胀率，提高抗热震性能及抗侵蚀性能。
所述钛酸铝的有效成分：Al2O3≥50％，TiO2+Al2O3≥97％；钛酸铝的粒度为：＜1mm且≥0.212mm。
引入钛酸铝，可使制品材质的热膨胀系数降低，热震稳定性改善，抗热剥落性提高，减少和抑制热裂纹的产生和扩大，同时对钢液和钢渣具有优良的抗侵蚀性。
所述球形煅烧氧化铝中Al2O3≥99.5％，原料粒度≤0.02mm。
引入球形的煅烧氧化铝粉，相对普通粒状或片状氧化铝粉可更加明显改善滑板砖的微观组织结构，实现更加紧密堆积；改善其可塑性及初坯强度，优化其烧结性能，重点实现滑板中、高温阶段强度的适度提升及保证其稳定性。当球形煅烧氧化铝粉用量大于上限值(＞10)时，容易引发滑板使用时的烧结收缩裂纹的产生，用量小于下限值(＜6)时，对滑板砖的微观结构改善不大，会导致滑板砖的耐熔损性不高。
所述金属Al粉的粒度≤0.075mm。引入金属Al微粉，既可实现抗氧化的作用，又能够形成金属结合，提高滑板的中高温强度，并有效抑制裂纹的发生和扩大。
所述高温沥青粉的粒度≤0.075mm。引入高温沥青粉材料可以实现滑板砖的中温结合强度改善，并在1000℃以上实现与金属铝反应生成适量的Al3C4，进一步优化产品的抗热熔损性和热震稳定性。用量控制在1-2份，即可改善材质热震稳定性、又可改善由于碳含量过高引起的抗氧化性能恶化。
所述硅灰的粒度≤0.045mm。引入硅灰可以实现滑板砖的原材料的更加紧密堆积，减少气孔率；重点改善滑板砖的低、中温阶段结合强度，并在1200-1300℃期间实现与煅烧氧化铝反应生成适量的莫来石，进一步优化产品的抗热熔损性和热震稳定性；同时硅灰的引入，有益于抑制钛酸铝在850-1250℃分解成金红石和刚玉相，保证钛酸铝原料保持良好的热震稳定性和抗侵蚀性能。
所述防氧化剂选用Al-Mg、Al-Si合金粉、碳化硼B4C、氮化硼BN中的一种或两种以上组合，粒度≤0.045mm。
酚醛树脂作为结合剂(引入量3-5份，残碳率≥40％)，可保证制品良好的结合力，稳定的结构致密性，良好的机械强度。
上述配方不仅可用于小型钢包(＜100吨)用滑板砖的生产，也可用于100-300吨大、中型钢包控流滑板砖的生产。
一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖的制备方法，采用泥碾机混练，先加入粒度≥0.212mm的大中颗粒料，再加入酚醛树脂，之后将预先混合的所有粒度≤0.075mm的细粉料加入；泥料采用摩擦压砖机成型，于200～350℃下干燥；再经打箍、钻孔、研磨、贴面、涂层后即得本发明的滑板砖成品。本发明的制备方法不需经过中温(≥700℃)或高温(≥1400℃)烧成，且在干燥后不需继续进行沥青浸油焙烧工艺，从而实现滑板砖生产成本的合理降低和控制。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖及其制备方法，在配方中引入板状刚玉和锆刚玉、钛酸铝原料，可明显降低滑板砖材质的热膨胀系数，提高滑板砖的热震稳定性、抗侵蚀性能及抗渣性能；控制高温沥青粉、球形煅烧氧化铝粉、硅灰的选择和加入量，能实现滑板合理的低、中、高温各温度阶段强度，并改善制品使用时因浇钢孔径内外温差热应力产生的热膨胀差异，减少裂纹的发生，能显著提高滑板的高温综合性能，延长滑板使用寿命，实现滑板生产的节能降耗和环保控制要求，并实现滑板生产成本的合理降低和控制。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步说明：
一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，该滑板砖是由以下组分按重量份数组成：板状刚玉40-55份，锆刚玉15-25份，钛酸铝10-15份，球形煅烧氧化铝6-10份，金属Al粉5-8份，高温沥青粉1-2份，硅灰1-2份，防氧化剂1-2份，酚醛树脂3-5份。
所述板状刚玉的有效成分Al2O3≥99％，粒度为≤3mm且≥1mm的板状刚玉加入量为25-30份，粒度为＜1mm且≥0.212mm的板状刚玉加入量为5-10份，粒度≤0.075mm的板状刚玉加入量为10-15份。
在上述配方中板状刚玉的选择用量在40-55份之间，大于上限值(＞55)时，材质的热膨胀系数大，热震稳定性差，滑板表面裂纹易发，用量小于下限值(＜40)时，对钢水的侵蚀和非金属夹杂物的侵蚀抵抗能力差，引起滑板砖的耐热熔损性差。
所述锆刚玉的有效成分：Al2O3≥70％，Al2O3+ZrO2≥94％；所述锆刚玉的粒度及加入量为：≤3mm且≥1mm 10-15份，＜1mm且≥0.212mm 5-10份。
引入锆刚玉，由于原料耐磨性好，抗侵蚀性能好且氧化锆具有相变增韧的作用，可以明显改善制品的致密性，降低热膨胀率，提高抗热震性能及抗侵蚀性能。
所述钛酸铝的有效成分为Al2O3≥50％，TiO2+Al2O3≥97％；钛酸铝的粒度为：＜1mm且≥0.212mm。
引入钛酸铝，可使制品材质的热膨胀系数降低，热震稳定性改善，抗热剥落性提高，减少和抑制热裂纹的产生和扩大，同时对钢液和钢渣具有优良的抗侵蚀性。
所述球形煅烧氧化铝中Al2O3≥99.5％，原料粒度≤0.02mm。
引入球形的煅烧氧化铝粉，相对普通粒状或片状氧化铝粉可更加明显改善滑板砖的微观组织结构，实现更加紧密堆积；改善其可塑性及初坯强度，优化其烧结性能，重点实现滑板中、高温强度的适度提升及保证其稳定性。当球形煅烧氧化铝粉用量大于上限值(＞10)时，容易引发滑板使用时的烧成收缩裂纹的产生，用量小于下限值(＜6)时，对滑板砖的微观结构改善不大，会导致滑板砖的耐熔损性不高。
所述金属Al粉的粒度≤0.075mm。引入金属Al微粉，既可实现抗氧化的作用，又能够形成金属结合，提高滑板的中高温强度，并有效抑制裂纹的发生和扩大。
所述高温沥青粉的粒度≤0.075mm。引入高温沥青粉材料可以实现滑板砖的中温结合强度改善，并在1000℃以上实现与金属铝反应生成适量的Al3C4，进一步优化产品的抗热熔损性和热震稳定性。用量控制在1-2份，即可改善材质热震稳定性、又可改善由于碳含量过高引起的抗氧化性能恶化。
所述硅灰的粒度≤0.045mm。引入硅灰可以实现滑板砖的原材料的更加紧密堆积，减少气孔率；重点改善滑板砖的低、中温结合强度，并在1200-1300℃期间实现与煅烧氧化铝反应生成适量的莫来石，进一步优化产品的抗热熔损性和热震稳定性；同时硅灰的引入，有益于抑制钛酸铝在850-1250℃分解成金红石和刚玉相，保证钛酸铝原料保持良好的热震稳定性和抗侵蚀性能。
所述防氧化剂选用Al-Mg、Al-Si合金粉、碳化硼B4C、氮化硼BN中的一种或两种以上组合，粒度≤0.045mm。
外加酚醛树脂作为结合剂(引入量3-5份，残碳率≥40％)，可保证制品良好的结合力，稳定的结构致密性，良好的机械强度。
上述配方不仅可用于小型钢包(＜100吨)用滑板砖的生产，也可用于100-300吨大、中型钢包控流滑板砖的生产。
一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖的制备方法，采用泥碾机混练，先加入粒度≥0.212mm的大中颗粒料，再加入酚醛树脂，之后将预先混合的所有粒度≤0.075mm的细粉料加入；泥料采用摩擦压砖机成型，于200～350℃下干燥；再经打箍、钻孔、研磨、贴面、涂层后即得本发明的滑板砖成品。本发明的制备方法不需经过中温(700℃以上)或高温(1400℃以上)烧成，且在干燥后不需继续进行沥青浸油焙烧工艺，从而实现滑板砖生产成本的合理降低和控制。
见表1是本发明在制品生产中的应用实例及其指标：
表1应用实例
见表2是各材质主要性能指标的对比数据，说明实施例(1-4)比未调整配方的滑板砖产品的抗氧化性、抗渣侵蚀率明显改善，抗热冲击性也较普通铝碳质或铝锆碳质不烧不浸滑板砖明显改善，综合各项指标及生产成本，刚玉-锆刚玉-钛酸铝质应为一个优选材质。
表2各材质主要性能指标
本发明采用刚玉-锆刚玉-钛酸铝为主原料并引入高温沥青粉、球形煅烧氧化铝粉及硅灰等成份进行滑板材质优化，各原料优势互补，综合提高滑板低、中、高温各阶段强度及其稳定性；降低材质热膨胀系数，减少热应力引起的裂纹发生，改善不烧不浸滑板的抗氧化性、耐磨性、抗热熔损及热震稳定性，提高不烧滑板的综合使用性能，寿命可由原1-2次提升到3-5次；大大增加了滑板市场竞争力和使用安全性，为不烧不浸滑板的推广提供了可靠的性能基础和安全保障，在国内外的产品应用领域有着广泛的市场空间，社会效益和市场效益突出，前景广阔。

Claims (8)

1.一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，该滑板砖是由以下组分按重量份数组成：板状刚玉40-55份，锆刚玉15-25份，钛酸铝10-15份，球形煅烧氧化铝6-10份，金属Al粉5-8份，高温沥青粉1-2份，硅灰1-2份，防氧化剂1-2份，酚醛树脂3-5份；其特征在于，所述防氧化剂选用Al-Mg合金粉、Al-Si合金粉、氮化硼BN中的一种或两种以上组合，粒度≤0.045mm，所述球形煅烧氧化铝中Al2O3≥99.5％，粒度≤0.02mm。
2.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述板状刚玉的有效成分Al2O3≥99％，粒度为≤3mm且≥1mm的板状刚玉加入量为25-30份，粒度为＜1mm且≥0.212mm的板状刚玉加入量为5-10份，粒度≤0.075mm的板状刚玉加入量为10-15份。
3.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述锆刚玉的有效成分Al2O3≥70％，Al2O3+ZrO2≥94％；所述锆刚玉的粒度及加入量为：≤3mm且≥1mm 10-15份，＜1mm且≥0.212mm 5-10份。
4.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述钛酸铝的有效成分Al2O3≥50％，TiO2+Al2O3≥97％；钛酸铝的粒度为：＜1mm且≥0.212mm。
5.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述金属Al粉的粒度≤0.075mm。
6.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述高温沥青粉的粒度≤0.075mm。
7.根据权利要求1所述的一种刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖，其特征在于，所述硅灰的粒度≤0.045mm。
8.一种如权利要求1所述的刚玉-锆刚玉-钛酸铝质不烧不浸滑板砖的制备方法，其特征在于，采用泥碾机混练，先加入粒度≥0.212mm的大中颗粒料，再加入酚醛树脂，之后将预先混合的所有粒度≤0.075mm的细粉料加入；采用摩擦压砖机成型，于200～350℃下干燥；再经打箍、钻孔、研磨、贴面、涂层后即得板砖成品。
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