CN107673767B - 一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板及其制备方法，属于耐火材料领域。该添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板的组成成分及重量百分比为：镁钙铝砂39.5％～64％，特级矾土25％～40％，镁钙铝砂细粉9.5％～19％，α‑Al₂O₃微粉8％，碳化硅细粉1％～6％，金属铝粉2％～8％，炭黑0.5％～2％，高温沥青粉1％，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂3％～6％。本发明引入镁钙铝砂作为颗粒骨料，减轻环境的危害，同时改善了产品性能，还降低了生产成本；镁钙铝砂主要物相是铝酸钙类、富铝尖晶石相和钙镁铝石相，使滑板具有良好的耐侵蚀性能、热震性能和耐高温性能。

Description

一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板及其制备方法。

背景技术

随着高效连铸和精炼技术及工艺的发展，滑动水口系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，成为冶炼中关键功能材料。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，使连铸操作更容易控制，提高炼钢生产效率，从而得到了迅速发展。

滑动水口系统由驱动装置、机械部分和耐火材料部分(即上下滑板、下水口砖)组成，该系统中的滑板在使用过程中，承受钢水的机械冲刷和高温钢水的化学侵蚀。为了控制连铸中间包流入和流出钢水的平衡，滑板需要来回拉动控制流量，此时滑板要求滑板具备良好的耐磨性能和高温强度。国内滑板主要是铝碳质、铝锆碳质，选用板状刚玉或者锆刚玉等为主原料，纳米级炭黑作为碳源，以酚醛树脂作为结合剂，铝碳质和铝锆碳质滑板使用性能稳定，安全性能高，普遍应用在国内大型钢铁企业连铸控流系统。但是铝碳质和铝锆碳质滑板选用板状刚玉或者锆刚玉为主要原料，原料成本较高，同时需要1500℃左右烧成，不仅制造成本高，而且环境污染大，能耗大，不适应当前节能环保的方针。本发明通过添加工业废渣-钒铁渣(镁钙铝砂)，大幅降低滑板的原料成本，提供一种高性能滑板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，本发明所述添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，通过加入镁钙铝砂，不仅降低了生产成本，同时使滑板具有良好的耐高温性能、抗侵蚀性，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：

一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其组成成分及重量百分比为：镁钙铝砂39.5％～64％，特级矾土25％～40％，30％～35％的共磨粉，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂3％～6％。其中所述的共磨粉由9.5％～19％镁钙铝砂细粉、8％α-Al₂O₃微粉、0.5％～2％炭黑、1％～6％碳化硅细粉、2％～8％金属铝粉和1％高温沥青粉混合均匀制得。

优选地，所述镁钙铝砂和镁钙铝砂细粉为钒铁合金的工业废渣-钒铁渣。

优选地，所述的镁钙铝砂的粒径为(5～3、3～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的镁钙铝砂5％、粒径为3～1mm的镁钙铝砂10％～20％、粒径为1～0mm的镁钙铝砂10％～20％；所述的镁钙铝砂的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量为83.15％，CaO的含量为5.36％，Fe₂O₃的含量为0.35％，MgO的含量为9.82％，SiO₂的含量为0.12％。

优选地，所述的特级矾土的粒径为(5～3、3～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的特级矾土5％、粒径为3～1mm的特级矾土10％～20％、粒径为1～0mm的特级矾土10％～15％；所述的特级矾土中的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量≥86.5％，Fe₂O₃的含量≤1.8％，TiO₂的含量≤4.0％，CaO+MgO的含量≤0.4，R₂O的含量≤0.4％。

优选地，所述α-Al₂O₃微粉的粒径为0～2μm；所述α-Al₂O₃微粉中：Al₂O₃的含量≥99.0％，SiO₂的含量≤0.1％，Fe₂O₃的含量≤0.08％，Na₂O+K₂O的含量≤0.3％。

优选地，所述碳化硅细粉中：SiC的含量≥94.5％，Fe₂O₃的含量≤0.4％，SiO₂的含量≤0.6％，游离碳的含量≤0.5％，游离硅的含量≤0.6％。

优选地，所述金属铝粉的粒径为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％。

优选地，所述炭黑中：固定碳含量≥99％，挥发分含量≤0.5％，灰分含量≤0.5％，水分含量≤0.5％。

优选地，所述高温沥青粉中：固定碳含量≥60％，挥发分≤50％，灰分≤0.5％，软化点120～180℃。

本发明的另一目的是提供一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一：共磨粉制备：按重量百分比将镁钙铝砂细粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、碳化硅细粉、金属铝粉和高温沥青粉混合均匀制得共磨粉；

步骤二：颗粒料配料：按重量百分比将粒径为5～3mm的特级矾土、粒径为3～1mm的特级矾土、粒径为1～0mm的特级矾土、粒径为5～3mm的镁钙铝砂、粒径为3～1mm的镁钙铝砂和粒径为1～0mm的镁钙铝砂均匀混合得到颗粒配料；

步骤三：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混2～3分钟，然后缓慢加入酚醛树脂结合剂，最后加入共磨粉，混合20～30分钟后得到混合料；

步骤四：成型：将混合料在630t电动螺旋压砖机上压制成型，得到胚砖；

步骤五：干燥：将胚砖置于干燥窑内干燥，进窑初始温度为50℃，在此温度下干燥8小时以上；将温度升高到110℃，在此温度下干燥12小时以上；将温度升高到200～250℃之间，干燥12小时以上；再将温度升高到250～350℃，干燥16小时以上；总干燥时间48小时以上；出窑后挑选合格半成品。

步骤六：打箍：铁箍位于中部、铁箍焊缝不得超过1mm，铁箍与半成品滑板间隙不得超过1mm；

步骤七：磨制：在数控立轴圆台平面磨床上磨制，半成品滑板工作面平整度小于0.05mm，半成品滑板磨制过程中产生的水分利用红外干燥器进行烘干；

步骤八：贴面、涂层、检验后包装即可得到成品。

与普通铝质滑板相比较，本发明的有益效果是：

1.本发明所引入的镁钙铝砂作为钒铁合金的工业废渣-钒铁渣，通过有效地回收利用，减轻环境的危害，同时改善了产品性能，还降低了生产成本；

2.镁钙铝砂的耐火度大于1790℃，具有优良的抗高温性能，其主要物相是铝酸钙类、富铝尖晶石相和钙镁铝石，其中物相六铝酸钙和二铝酸钙具有较高的熔点、较低的热膨胀系数，六铝酸钙还具有板片状晶体结构，能够改善耐火材料的隔热性能；富铝尖晶石相具有高熔点、低膨胀系数，耐火度高，抗侵蚀性能优良，高温下尖晶石能够将钢水中的CaO吸附从而反应生成CA₂、CA₆等高黏度物质，降低了钢水的渗透作用，使的滑板具有良好的抗侵蚀性和抗热震性能。钙镁砂石相具有高熔点、耐火度高等优点，增强了滑板的耐火性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其组成成分及重量百分比为：镁钙铝砂35％，特级矾土35％，30％的共磨粉，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂5％。其中所述的共磨粉由17.5％镁钙铝砂细粉、8％α-Al₂O₃微粉、0.5％炭黑、1％碳化硅细粉、2％金属铝粉和1％高温沥青粉混合均匀制得。

所述镁钙铝砂和镁钙铝砂细粉为钒铁合金的工业废渣-钒铁渣。

所述的镁钙铝砂的粒径为(5～3、3～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的镁钙铝砂5％，粒径为3～1mm的镁钙铝砂15％，粒径为1～0mm的镁钙铝砂15％；所述的镁钙铝砂的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量为83.15％，CaO的含量为5.36％，Fe₂O₃的含量为0.35％，MgO的含量为9.82％，SiO₂的含量为0.12％。

所述的特级矾土的粒径为(5～3、3～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的特级矾土5％，粒径为3～1mm的特级矾土20％，粒径为1～0mm的特级矾土10％；所述的特级矾土中的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量≥86.5％，Fe₂O₃的含量≤1.8％，TiO₂的含量≤4.0％，CaO+MgO的含量≤0.4，R₂O的含量≤0.4％。

所述α-Al₂O₃微粉的粒径为0～2μm；所述α-Al₂O₃微粉中：Al₂O₃的含量≥99.0％，SiO₂的含量≤0.1％，Fe₂O₃的含量≤0.08％，Na₂O+K₂O的含量≤0.3％。

所述碳化硅细粉中：SiC的含量≥94.5％，Fe₂O₃的含量≤0.4％，SiO₂的含量≤0.6％，游离碳的含量≤0.5％，游离硅的含量≤0.6％。

所述金属铝粉的粒径为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％。

所述炭黑中：固定碳含量≥99％，挥发分含量≤0.5％，灰分含量≤0.5％，水分含量≤0.5％。

所述高温沥青粉中：固定碳含量≥60％，挥发分≤50％，灰分≤0.5％，软化点120～180℃。

上述的添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一：共磨粉制备：按重量百分比将镁钙铝砂细粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、碳化硅细粉、金属铝粉和高温沥青粉混合均匀制得共磨粉；

步骤二：颗粒料配料：按重量百分比将粒径为5～3mm的特级矾土、粒径为3～1mm的特级矾土、粒径为1～0mm的特级矾土、粒径为5～3mm的镁钙铝砂、粒径为3～1mm的镁钙铝砂和粒径为1～0mm的镁钙铝砂均匀混合得到颗粒配料；

步骤三：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混2～3分钟，然后缓慢加入酚醛树脂结合剂，最后加入共磨粉，混合20～30分钟后得到混合料；

步骤四：成型：将混合料在630t电动螺旋压砖机上压制成型，得到胚砖；

步骤五：干燥：将胚砖置于干燥窑内干燥，进窑初始温度为50℃，在此温度下干燥8小时以上；将温度升高到110℃，在此温度下干燥12小时以上；将温度升高到200～250℃之间，干燥12小时以上；再将温度升高到250～350℃，干燥16小时以上；总干燥时间48小时以上；出窑后挑选合格半成品。

步骤六：打箍：铁箍位于中部、铁箍焊缝不得超过1mm，铁箍与半成品滑板间隙不得超过1mm；

步骤七：磨制：在数控立轴圆台平面磨床上磨制，半成品滑板工作面平整度小于0.05mm，半成品滑板磨制过程中产生的水分利用红外干燥器进行烘干；

步骤八：贴面、涂层、检验后包装即可得到成品。

实施例2

本实施例添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

表1 本发明各实施例所采用配料的粒型及百分比

将上述实施例制备得到添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板。

表2为上述实施例1～4所得添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板与现有的铝质滑板的理化性能及平均使用寿命参数

从表2中可以得知，本发明添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板在大型钢包上试用，试验结束后对添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板与现有产品进行了侵蚀、裂纹、板面情况等分析，使用寿命3～4次/套，铸孔扩径：平均侵蚀8.5mm；平均侵蚀速率2.83mm/次。通过与现有产品对比测量分析，本发明低碳铝质滑板的平均侵蚀速率为≤3mm/次，低于现有铝质产品的侵蚀速率≥3.5mm/次；下线滑板的裂纹情况良好，仅存在铸孔放射性微细裂纹，板面光滑，未出现异常拉毛情况或者铸孔异常侵蚀现象，因此本发明添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板具有优良的耐侵蚀性能、热震性能和耐高温性能。

Claims (2)

1.一种添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板，其特征在于，其组成成分及重量百分比为：镁钙铝砂30%，特级矾土35%，35%的共磨粉，总百分比为100%；外加酚醛树脂结合剂6%； 其中所述的共磨粉由19%镁钙铝砂细粉、8%α-Al₂O₃微粉、1%炭黑、2%碳化硅细粉、4%金属铝粉和1%高温沥青粉混合均匀制得；所述镁钙铝砂和镁钙铝砂细粉为钒铁合金的工业废渣-钒铁渣；所述的镁钙铝砂的粒径为5～3mm、3～1mm和1～0mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的镁钙铝砂5%、粒径为3～1mm的镁钙铝砂15%、粒径为1～0mm的镁钙铝砂10%；所述的镁钙铝砂的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量为83.15%，CaO的含量为5.36%，Fe₂O₃的含量为0.35%，MgO的含量为9.82%，SiO₂的含量为0.12%；所述的特级矾土的粒径为5～3mm、3～1mm和1～0mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的特级矾土5%、粒径为3～1mm的特级矾土15%、粒径为1～0mm的特级矾土15%；所述的特级矾土中的化学组分及含量为：Al₂O₃的含量≥86.5%，Fe₂O₃的含量≤1.8%，TiO₂的含量≤4.0%，CaO+MgO的含量≤0.4，R₂O的含量≤0.4%；所述α-Al₂O₃微粉的粒径为0～2μm；所述α-Al₂O₃微粉中：Al₂O₃的含量≥99.0%，SiO₂的含量≤0.1%，Fe₂O₃的含量≤0.08%，Na₂O+K₂O的含量≤0.3%；所述碳化硅细粉中：SiC的含量≥94.5%，Fe₂O₃的含量≤0.4%，SiO₂的含量≤0.6%，游离碳的含量≤0.5%，游离硅的含量≤0.6%；所述金属铝粉的粒径为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99%，Fe的含量≤0.2%，Si的含量≤0.2%，Cu的含量≤0.1%；所述炭黑中：固定碳含量≥99%，挥发分含量≤0.5%，灰分含量≤0.5%，水分含量≤0.5%。

2.根据权利要求1所述的添加镁钙铝砂的低碳铝质滑板的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一：共磨粉制备：按重量百分比将镁钙铝砂细粉、α-Al₂O₃微粉、炭黑、碳化硅细粉、金属铝粉和高温沥青粉混合均匀制得共磨粉；

步骤二：颗粒料配料：按重量百分比将粒径为5～3mm的特级矾土、粒径为3～1mm的特级矾土、粒径为1～0mm的特级矾土、粒径为5～3mm的镁钙铝砂、粒径为3～1mm的镁钙铝砂和粒径为1～0mm的镁钙铝砂均匀混合得到颗粒配料；

步骤三：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混2～3分钟，然后缓慢加入酚醛树脂结合剂，最后加入共磨粉，混合20～30分钟后得到混合料；

步骤四：成型：将混合料在630t电动螺旋压砖机上压制成型，得到胚砖；

步骤五：干燥：将胚砖置于干燥窑内干燥，进窑初始温度为50℃，在此温度下干燥8小时以上；将温度升高到110℃，在此温度下干燥12小时以上；将温度升高到200～250℃之间，干燥12小时以上；再将温度升高到250～350℃，干燥16小时以上；总干燥时间48小时以上；出窑后挑选合格半成品；

步骤六：打箍：铁箍位于中部、铁箍焊缝不得超过1mm，铁箍与半成品滑板间隙不得超过1mm；

步骤七：磨制：在数控立轴圆台平面磨床上磨制，半成品滑板工作面平整度小于0.05mm，半成品滑板磨制过程中产生的水分利用红外干燥器进行烘干；

步骤八：贴面、涂层、检验后包装即可得到成品。