CN107602099A - 一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法，它的组成按重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉颗粒4～6％，粒径为2～1mm的板状刚玉颗粒17～25％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉颗粒15～22％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉颗粒21～30％，粒径为0～0.045mm板状刚玉细粉10～14％，改性石墨2～5％，α‑Al₂O₃微粉5％，炭黑0.5～2％，金属合金粉3～6％，复合抗氧化剂2～5％，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂4～5％。该砖通过加入以鳞片石墨为本体的改性石墨，中温预处理时，插入剂分解使鳞片石墨逐层推开并形成同向共性的结构，同时原位形成非氧化物，这些物质均匀交叉填充在刚玉骨架中，提高了该砖的耐高温性、抗侵蚀性、抗冲刷性、热震稳定性和使用寿命。

Description

一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，特别是转炉挡渣滑板技术领域，尤其涉及一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法。

背景技术

转炉挡渣通过引用滑板自动挡渣技术，有效减少转炉出钢过程炉渣的下渣量，提高钢水洁净度同时增加合金收得率，降低冶炼成本。目前，该技术已广泛应用在国内中大型转炉，并且取得良好的使用效果。转炉滑板挡渣技术主要是由内水口、上滑板、下滑板、外水口砖及配套机构的组合来实现；使用时，上滑板作为固定，下滑板通过油缸驱动来控制挡渣作业。滑板作为滑动挡渣系统中最重要的组成部分，直接控制钢水流量，在满足不同炼钢工艺要求的条件下，需要长时间、反复承受高温钢水的化学侵蚀和物理冲刷，同时承受高的热冲击和机械磨损作用，而目前广泛采用的铝碳或铝锆碳质高温烧成滑板砖的耐高温性能差、抗侵蚀性差、抗冲刷性差和热震稳定性差；同时，由于高温条件下材料强度损失严重，滑板砖的使用寿命较低。

发明内容

为了解决上述普通滑板砖耐高温性能差、抗渣侵蚀性差、抗冲刷性差、热震稳定性差以及使用寿命短等问题，本发明的目的在于提供一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖及其制备方法，本发明所述含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，通过加入改性石墨，具有良好的耐高温性能、抗侵蚀性、抗冲刷性和热震稳定性，并且显著提高使用寿命。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：

一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其组成按重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉颗粒4～6％，粒径为2～1mm的板状刚玉颗粒17～25％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉颗粒15～22％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉颗粒21～30％，粒径为0～0.045mm的板状刚玉细粉10～14％，改性石墨2～5％，α-Al₂O₃微粉5％，炭黑0.5～2％，金属合金粉3～6％，复合抗氧化剂2～5％，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂4～5％。

所述改性石墨原料组成及其在改性石墨原料中的重量百分比为：插层石墨50～70％，活性金属铝粉10～30％，金属硅粉10％。

所述插层石墨为鳞片石墨制成，C含量≥98％，粒度100目；所述活性金属铝粉粒度≤0.045mm，Al含量≥99％；所述金属硅粉粒度≤0.045mm，Si含量≥99％。

所述改性石墨的制备方法为：将所述改性石墨原料按配比称量，再将插层石墨、活性金属铝粉和金属硅粉置于V型混炼机内混合1～3h，得到混合细粉；最后将混合细粉置于行星式球磨机中共磨0.5～1h，得到改性石墨细粉；

所述复合抗氧化剂为SiC和B₄C的混合物，其中SiC占所述混合物的重量百分比为40～80wt％。

所述α-Al₂O₃微粉的粒径为≤5μm，平均粒径为2.8μm～3.3μm。

所述金属合金粉含有Al、Si、Mg和Zn，且必须含有Al和Si，合金粉的粒度为0～0.088mm，其中金属Al粉占金属合金粉的重量百分比为40％～70％。

上述含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法，该方法的步骤为：

(1)细粉预混合：将按重量百分比比例的板状刚玉细粉、改性石墨粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、金属合金粉、复合抗氧化剂在V形混合机进行预混合，混合时间50～80min，预混后的细粉放置于40～60℃干燥炕房内2天～5天；

(2)颗粒料配料：将3～2mm板状刚玉、2～1mm板状刚玉、1～0.5mm板状刚玉和0.5～0.045mm板状刚玉采用全自动配料系统按重量百分比比例的进行颗粒料配料；

(3)混碾：将步骤(2)中的板状刚玉颗粒料在轮碾式混碾机混碾1～5min，再加入4％～6％的酚醛树脂结合剂混碾5～10min，然后加入(1)步骤中预混后的细粉继续混碾，混碾时间为30～50min，混碾后的泥料在恒温恒湿房内困料12h～36h；

(4)机压成型：将步骤(3)中所述困料后的泥料加入成型模具中，在电动螺旋压力机中自动成型，先轻打3～10次后出模吊打排气3次，再逐步增加压力重打10-25次，最后吊模稳压后出模，总打击次数不少于35次，得到半成品；

(5)烘烤干燥：将所述半成品自然凉放12h～24h，放入干燥窑内干燥处理，进窑口温度为50～70℃，在此温度下干燥8小时以上；升高温度至110℃，在此温度下干燥12h以上；再升高温度，在110～250℃的温度下干燥12h以上；升高温度至250℃，恒温干燥12h-16h；总干燥时间48h以上；

(6)中温处理：将步骤(5)中干燥后的半成品在60m隧道窑进行中温处理，采用埋碳保护加热处理，窑内每小时升温25～30℃，中温处理温度为800℃～1000℃，高温点保温时间10h～24h，冷却至100℃以下取出半成品；

(7)油浸处理：将步骤(6)中温处理后的半成品在真空油浸罐内对滑板进行环保沥青油浸处理，软化点为60～95℃，油浸温度为150℃～250℃，油浸保压时间6小时以上，得到滑板砖；

(8)精加工处理：将步骤(7)中油浸处理后得到的滑板砖进行打箍、套壳、干燥、磨制、车壳、干燥、涂层等处理，检验合格后包装即可得到成品滑板砖。

优选地，所述泥料在困料后8小时内成型完毕。

相较于现有普通转炉挡渣滑板砖，本发明的有益效果是：

(1)本发明的低碳转炉挡渣滑板砖中引入改性石墨，1000℃左右，改性石墨内的插层剂发生分解反应，将层状的鳞片石墨逐层推开，均匀分布于基质内，分散的单个石墨层形成一个同向共性的石墨网状结构，使得滑板的热态线膨胀性在各个方向上都一致，有效缓解了滑板的热态损伤，弥补了刚玉的热膨胀率大的缺陷，大大提升滑板砖的热震稳定性；

(2)由于被推开的层状石墨比表面积大大提升，增加碳原子与其他原子反应的活性，与插层石墨共磨的活性金属铝粉和金属硅粉均匀的分布在被推开的层状石墨周围，高温下迅速与碳原子反应，原位生产了SiC、AlN和Al₄C₃等非氧化物陶瓷相物质，这些物质均匀分布交叉在材料基质中，提高材料的强度、提升材料的韧性，大大缓解滑板砖高温使用过程中受到的热冲刷、热应力，改善使用效果；同时非氧化物生产过程产生的微量体积膨胀效应，进一步提升了材料结构的致密度，提高使用强度；

(3)本发明通过引入改性石墨工艺，在提升材料热震稳定性和高温使用性能的同时降低了滑板砖的碳含量，适应了当前炼钢新工艺的市场需求，特别是洁净钢、低碳钢等优质钢的需求，减少滑板砖使用过程中对钢水的增碳影响，防止钢水二次污染。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。

为避免重复，先将实施例中涉及的有关原料技术参数或制作方法统一说明，实施例中不再赘述：

所述改性石墨原料组成及其在改性石墨原料中的重量百分比为：插层石墨50～70％，活性金属铝粉10～30％，金属硅粉10％。所述插层石墨为鳞片石墨制成，C含量≥98％，粒度100目；所述活性金属铝粉粒度≤0.045mm，Al含量≥99％；所述金属硅粉粒度≤0.045mm，Si含量≥99％。所述改性石墨的制备方法为：将所述改性石墨原料按配比称量，再将插层石墨、活性金属铝粉和金属硅粉置于V型混炼机内混合1～3h，得到混合细粉；最后将混合细粉置于行星式球磨机中共磨0.5～1h，得到改性石墨细粉；

所述复合抗氧化剂为SiC和B₄C的混合物，其中SiC占所述混合物的重量百分比为40～80wt％。

所述α-Al₂O₃微粉的粒径为≤5μm，平均粒径为2.8μm～3.3μm。

所述金属合金粉含有Al、Si、Mg和Zn，且必须含有Al和Si，合金粉的粒度为0～0.088mm，其中金属Al粉占金属合金粉的重量百分比为40％～70％。

下面就通过这个给出的实施例来对本发明含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖进行示例性说明。

实施例1

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其组成及重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉4％，粒径为2～1mm的板状刚玉25％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉20％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉21％，粒径为0～0.045mm的板状刚玉细粉10％、改性石墨5％、α-Al₂O₃微粉5％、炭黑0.5％、金属合金粉4.5％、复合抗氧化剂5％；外加液体酚醛树脂结合剂4％。

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法包括以下步骤：

(1)细粉预混合：将按重量百分比比例的板状刚玉细粉、改性石墨粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、金属合金粉、复合抗氧化剂在V形混合机进行预混合，混合时间50～80min，预混后的细粉放置于40～60℃干燥炕房内2天～5天；

(2)颗粒料配料：将3～2mm板状刚玉、2～1mm板状刚玉、1～0.5mm板状刚玉和0.5～0.045mm板状刚玉采用全自动配料系统按重量百分比比例的进行颗粒料配料；

(3)混碾：将步骤(2)中的板状刚玉颗粒料在轮碾式混碾机混碾1～5min，再加入4％的酚醛树脂结合剂混碾5～10min，然后加入(1)步骤中预混后的细粉继续混碾，混碾时间为30～50min，混碾后的泥料在恒温恒湿房内困料12h～36h；

(4)机压成型：将步骤(3)中所述困料后的泥料加入成型模具中，在电动螺旋压力机中自动成型，先轻打3～10次后出模吊打排气3次，再逐步增加压力重打10-25次，最后吊模稳压后出模，总打击次数不少于35次，得到半成品；

(5)烘烤干燥：将所述半成品自然凉放12h～24h，放入干燥窑内干燥处理，进窑口温度为50～70℃，在此温度下干燥8小时以上；升高温度至110℃，在此温度下干燥12h以上；再升高温度，在110～250℃的温度下干燥12h以上；升高温度至250℃，恒温干燥12h-16h；总干燥时间48h以上；

(6)中温处理：将步骤(5)中干燥后的半成品在60m隧道窑进行中温处理，采用埋碳保护加热处理，窑内每小时升温25～30℃，中温处理温度为800℃～1000℃，高温点保温时间10h～24h，冷却至100℃以下取出半成品；

(7)油浸处理：将步骤(6)中温处理后的半成品在真空油浸罐内对滑板进行环保沥青油浸处理，软化点为60～95℃，油浸温度为150℃～250℃，油浸保压时间6小时以上，得到滑板砖；

(8)精加工处理：将步骤(7)中油浸处理后得到的滑板砖进行打箍、套壳、干燥、磨制、车壳、干燥、涂层等处理，检验合格后包装即可得到成品。

实施例2

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其组成及重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉5％，粒径为2～1mm的板状刚玉20％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉15％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉30％，粒径为0～0.045mm的板状刚玉细粉13％、改性石墨2％、α-Al₂O₃微粉5％、炭黑2％、金属合金粉6％、复合抗氧化剂2％；外加液体酚醛树脂结合剂4.5％。

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其组成及重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉6％，粒径为2～1mm的板状刚玉17％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉23％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉24％，粒径为0～0.045mm的板状刚玉细粉14％、改性石墨3.5％、α-Al2O3微粉5％、炭黑1％、金属合金粉3.5％、复合抗氧化剂3％；外加液体酚醛树脂结合剂5％。

本实施例所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法与实施例1相同。

表1本发明实施例1～3所述含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的理化性能

将上述实施例得到的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖在河北某钢铁公司200吨转炉挡渣上试用，试验结束后对本发明滑板砖与普通镁碳质产品进行侵蚀、裂纹等对比分析。本发明滑板砖使用炉数可达18炉以上，平均扩径25mm，平均侵蚀速率1.38mm/炉，使用过程中未见异常侵蚀、掉块、裂纹。而普通的转炉挡渣用滑板砖的平均使用炉数在15炉以下，平均侵蚀速3mm/炉以上。本发明的转炉滑板砖通过引入改性石墨，进一步提高了滑板砖的耐侵蚀性能、热震性能和耐高温性能，其使用效果明显优于普通滑板砖。

Claims (9)

1.一种含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于，其组成按重量百分比为：粒径为3～2mm的板状刚玉颗粒4～6％，粒径为2～1mm的板状刚玉颗粒17～25％，粒径为1～0.5mm的板状刚玉颗粒15～22％，粒径为0.5～0.045mm的板状刚玉颗粒21～30％，粒径为0～0.045mm板状刚玉细粉10～14％，改性石墨2～5％，α-Al₂O₃微粉5％，炭黑0.5～2％，金属合金粉3～6％，复合抗氧化剂2～5％，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂4～5％。

2.根据权利要求1所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于，所述改性石墨原料组成及其在改性石墨原料中的重量百分比为：插层石墨50～70％，活性金属铝粉10～30％，金属硅粉10％。

3.根据权利要求2所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于：所述插层石墨为鳞片石墨制成，C含量≥98％，粒度100目；所述活性金属铝粉粒度≤0.045mm，Al含量≥99％；所述金属硅粉粒度≤0.045mm，Si含量≥99％。

4.根据权利要求2所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于，所述改性石墨的制备方法为：将所述改性石墨原料按配比称量，再将插层石墨、活性金属铝粉和金属硅粉置于V型混炼机内混合1～3h，得到混合细粉；最后将混合细粉置于行星式球磨机中共磨0.5～1h，得到改性石墨细粉。

5.根据权利要求1所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于：所述复合抗氧化剂为SiC和B₄C的混合物，其中SiC占所述混合物的重量百分比为40～80wt％。

6.根据权利要求1所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于：所述α-Al₂O₃微粉的粒径为≤5μm，平均粒径为2.8μm～3.3μm。

7.根据权利要求1所述的含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖，其特征在于：所述金属合金粉含有Al、Si、Mg和Zn，且必须含有Al和Si，合金粉的粒度为0～0.088mm，其中金属Al粉占金属合金粉的重量百分比为40％～70％。

8.根据权利要求1～7所述含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法，其特征在于，按以下步骤具体进行：

(1)细粉预混合：将按重量百分比比例的板状刚玉细粉、改性石墨粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、金属合金粉、复合抗氧化剂在V形混合机进行预混合，混合时间50～80min，预混后的细粉放置于40～60℃干燥炕房内2天～5天；

(2)颗粒料配料：将3～2mm板状刚玉颗粒、2～1mm板状刚玉颗粒、1～0.5mm板状刚玉颗粒和0.5～0.045mm板状刚玉颗粒采用全自动配料系统按重量百分比比例的进行颗粒料配料；

(3)混碾：将步骤(2)中的板状刚玉颗粒料在轮碾式混碾机混碾1～5min，再加入4％～5％的酚醛树脂结合剂混碾5～10min，然后加入(1)步骤中预混后的细粉继续混碾，混碾时间为30～50min，混碾后的泥料在恒温恒湿房内困料12h～36h；

(4)机压成型：将步骤(3)中所述困料后的泥料加入成型模具中，在电动螺旋压力机中自动成型，先轻打3～10次后出模吊打排气3次，再逐步增加压力重打10-25次，最后吊模稳压后出模，总打击次数不少于35次，得到半成品；

(5)烘烤干燥：将所述半成品自然凉放12h～24h，放入干燥窑内干燥处理，进窑口温度为50～70℃，在此温度下干燥8小时以上；升高温度至110℃，在此温度下干燥12h以上；再升高温度，在110～250℃的温度下干燥12h以上；升高温度至250℃，恒温干燥12h-16h；总干燥时间48h以上；

(6)中温处理：将步骤(5)中干燥后的半成品在60m隧道窑进行中温处理，采用埋碳保护加热处理，窑内每小时升温25～30℃，中温处理温度为800℃～1000℃，高温点保温时间10h～24h，冷却至100℃以下取出半成品；

(7)油浸处理：将步骤(6)中温处理后的半成品在真空油浸罐内对滑板进行环保沥青油浸处理，软化点为60～95℃，油浸温度为150℃～250℃，油浸保压时间6小时以上，得到滑板砖；

(8)精加工处理：将步骤(7)中油浸处理后得到的滑板砖进行打箍、套壳、干燥、磨制、车壳、干燥、涂层等处理，检验合格后包装即可得到成品滑板砖。

9.根据权利要求1所述含改性石墨转炉挡渣用低碳滑板砖的制备方法，其特征在于：所述泥料在困料后8小时内成型完毕。