CN111205071A - 一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其包括主成分和酚醛树脂，主成分重量百分比为：板状刚玉30～36％，电熔锆刚玉15～25％，电熔白刚玉25～30％，金属铝粉1～4％，单质硅粉3～7％，鳞片石墨或炭黑3～7％，纳米硅灰1～4％；酚醛树脂加入量为主成分的4％。本发明制备方法简单、烧成温度低、制备成本低而性能优良的低温烧成铝锆碳滑板。在确保滑板使用性能优良的基础上，能大幅度提高滑板的使用寿命，同时使滑板制作烧成过程中煤气消耗减少1/2以上。

Description

一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金耐火材料领域，具体涉及一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板及其制备方法。
背景技术
钢包滑板是直接控制钢水流量、决定滑动水口功能的部件，所以被认为是滑动水口系统中最重要的部分。钢包滑板的使用条件非常特殊：
(1)长时间与高温液态钢水接触，每次浇铸时间约45-60min，浇铸钢水温度在1540℃以上；
(2)钢包滑板连用的时候，需要承受高温钢水剧烈的热冲击作用，滑板耐材温度从1540℃降低到500℃左右，下一次使用时温度又骤然升至1540℃以上；
(3)在浇铸不同成分的钢种时，滑板需反复经受钢水的化学侵蚀和物理冲刷；
(4)通过开闭滑板来控制钢水流量时，需反复经受两块滑板间的机械磨损。苛刻的使用条件要求滑板必须具有高强度和优良的抗热冲击性、抗侵蚀性和抗磨损性。
普通硅灰是一种非晶态的SiO2微粉，是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。纳米硅灰是在上述超细粉体产生过程中，通过对其粒度进行筛选而得到的一种纳米级无定形SiO2粉体。与SiO2微粉相比，纳米硅灰具有粒度更细、纯度高、反应活性强等更加优异的性能特点。
国内外耐火材料生产厂家在大型钢包滑板的制作过程中，均采用高温烧成(1300℃以上)制成铝锆碳滑板。这种滑板需高温烧成后才能使用，在烧成窑中由于不同部位的高温气氛存在一定差异，制品的成品率不理想，窑中不同部位烧成的滑板性能也存在明显差异，并且高温烧成过程中能源消耗较大。低温烧成或不烧滑板作为一个全新的概念逐步受到重视，一般来说，低温烧成或不烧滑板中引入大量的金属铝粉以提高高温使用性能。但是金属铝粉过多，在使用过程中容易水化，如何提高低温烧成或不烧滑板抗水化性能成为目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加入纳米级硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板及其制备方法，制备方法简单、烧成温度低、制备成本低而性能优良的低温烧成滑板铝锆碳滑板。在确保滑板使用性能优良的基础上，能大幅度提高滑板的使用寿命，同时使滑板制作烧成过程中煤气消耗减少1/2以上。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，包括主成分和酚醛树脂，其主成分重量百分比为：板状刚玉30～36％，电熔锆刚玉15～25％，电熔白刚玉25～30％，金属铝粉1～4％，单质硅粉3～7％，鳞片石墨或炭黑3～7％，纳米硅灰1～4％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
作为优选，所述板状刚玉中Al2O3≥99.4％，以重量份计，其粒度级配为：
2～1mm 10～12份；
0.999～0.6mm 10～12份；
0.599～0.2mm 10～12份；
作为优选，所述电熔锆刚玉中Al2O3≥70.0％，ZrO2≥25.0％，以重量份计，其粒度级配为：
1～0.5mm 5～10份；
0.499～0mm 10～15份；
作为优选，所述电熔白刚玉中Al2O3≥99.7％，以重量份计，其粒度级配为：
0.5～0.089mm 10～12份；
0.088～0.045mm 10～12份；
0.044～0mm 5～6份；
作为优选，所述金属Al粉中Al≥97.0％，粒度为＜0.045mm；所述的单质硅粉中Si≥97.0％，粒度为＜0.045mm；所述的鳞片石墨或炭黑中C≥96.0％，粒度为＜0.045mm；所述的纳米硅灰中SiO2≥98.0％，粒度<50nm。
本发明为达到滑板在制备过程中低温烧成的目的，将纳米硅灰引入到低温烧成铝锆碳质滑板中。
滑板作为含碳耐火材料，为了抑制或降低碳的氧化，一般在材料中加入金属铝粉作为防氧化剂，但加入铝粉的同时材料在使用过程中发生水化的风险增大(金属铝粉一定温度下反应生成Al4C3、AlN而水化)。本发明在铝锆碳滑板中引入纳米硅灰，因硅灰的粒度为纳米级、非晶态且活性大的特点，一方面可以填充材料内部的微小气孔，提高材料的致密度和综合性能；另一方面硅灰具有极高的反应活性，在相对较低温度烧成过程中与Al和Si反应生成SiC、Al2O3晶须等增强增韧相，减少烧成过程中Al4C3、AlN水化相的生成，提高了材料的抗水化性能，也大幅度提高的材料的强度和韧性。
本发明的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板的制备方法，包括如下步骤：首先，备料，按重量百分比计主成分为板状刚玉30～36％，电熔锆刚玉15～25％，电熔白刚玉25～30％，金属铝粉1～4％，单质硅粉3～7％，鳞片石墨或炭黑3～7％，纳米硅灰1～4％，酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％，配料时将板状刚玉、电熔锆刚玉和电熔白刚玉中0.5～0.089mm作为颗粒料配一起，其他原料作为粉料配一起；接着，将上述颗粒料放入混碾机中，混碾3～5min后加入酚醛树脂，接着混碾5～8min后，再加入细粉混碾40～50min后出料，混好的泥料在室温下困料24h以上；然后，在1000t摩擦压力机上机压成型，成型后的滑板砖进入干燥窑在200～220℃下干燥24h以上，干燥后的砖进入烧成窑于800～1000℃下埋碳烧成，烧成后的滑板进行沥青处理，之后再用弹丸机将滑板表面的沥青打掉，镶箍，钻孔，抛光，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
本发明在低温烧成铝锆碳质滑板引入纳米硅灰，具有以下的优点：
1、加入的纳米硅灰可以填充材料中更加微小气孔，降低了滑板的显气孔率，提高了体积密度、强度等综合性能。
2、纳米硅灰具有极高的反应活性，能在很低的温度下与材料中的各种Al粉、Si粉等发生反应，大幅度降低了滑板烧成温度，有利于节能环保的要求。
3、纳米硅灰反应活性大，与材料中的金属Al粉和Si粉发生反应，在较低温度下生成SiC、Al2O3晶须等增强增韧相，减少烧成过程中Al4C3水化相的生成，提高了材料的抗水化性能，也大幅度提高了材料的强度和韧性。
具体实施方法
下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例1～3和对比例的原料重量份组成见表1，实施例1～3和对比例制备获得的低温烧成滑板测试结果见表2。
实施例1
配料按重量百分比计为：主成分：板状刚玉36％，电熔锆刚玉22％，电熔白刚玉30％，金属铝粉3％，单质硅粉4％，鳞片石墨或炭黑4％，纳米硅灰1％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
配料时将板状刚玉、电熔锆刚玉和电熔白刚玉中0.5～0.089mm作为颗粒料配一起，其他原料作为粉料配一起；接着，将上述颗粒料放入混碾机中，混碾3～5min后加入酚醛树脂，接着混碾5～8min后，再加入细粉混碾40～50min后出料，混好的泥料在室温下困料24h以上；然后，在1000t摩擦压力机上机压成型，成型后的滑板砖进入干燥窑在200～220℃下干燥24h以上，干燥后的砖进入烧成窑于800～1000℃下埋碳烧成，烧成后的滑板进行沥青处理，之后再用弹丸机将滑板表面的沥青打掉，镶箍，钻孔，抛光，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
实施例2
配料按重量百分比计为：主成分：板状刚玉32％，电熔锆刚玉25％，电熔白刚玉26％，金属铝粉4％，单质硅粉5％，鳞片石墨或炭黑6％，纳米硅灰2％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
按照实施例1同样的配料和混碾方法，机压成型后的滑板砖按照相同的干燥、埋碳烧成和浸渍沥青处理工艺，镶箍，钻孔和抛光等，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
实施例3
配料按重量百分比计为：主成分：板状刚玉30％，电熔锆刚玉23％，电熔白刚玉28％，金属铝粉2％，单质硅粉6％，鳞片石墨或炭黑7％，纳米硅灰4％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
按照实施例1同样的配料和混碾方法，机压成型后的滑板砖按照相同的干燥、埋碳烧成和浸渍沥青处理工艺，镶箍，钻孔和抛光等，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
对比例
配料按重量百分比计为：主成分：板状刚玉36％，电熔锆刚玉22％，电熔白刚玉31％，金属铝粉3％，单质硅粉4％，鳞片石墨或炭黑4％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
按照实施例1同样的配料和混碾方法，机压成型后的滑板砖按照相同的干燥、埋碳烧成和浸渍沥青处理工艺，镶箍，钻孔和抛光等，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
表1对比例和实施例中配料如下表(按重量百分比计，单位％)
Figure BDA0001874781190000051
测试例
对实施例1-3制备的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳滑板和对比例的不含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳滑板的性能进行测试，表2给出了低温烧成滑板经不同温度处理后显气孔率、体积密度、耐压强度、抗折强度、高温抗折强度、抗水化性能(沸水下煮30min，烘干后测定重量变化率和水化后强度保持率)，结果如下。
表2性能对比表
Figure BDA0001874781190000052
Figure BDA0001874781190000061
数据显示与对比例相比，实施例中所制备的滑板显气孔率明显降低，提高了滑板抗钢水冲刷性能；体积密度、耐压强度和抗折强度提高，提高了滑板抗钢水侵蚀和冲刷性能；抗水化后水化增重率降低，水化后的强度保持率增加，即增强了滑板的抗水化性能。实施例所制备的滑板在不同温度下的性能明显好于对比例中不加纳米硅灰的滑板。
本发明制备的含纳米硅灰低温烧成铝锆碳质滑板适用于钢包上，改善了滑板的常规性能和抗水化性能，还提高了滑板的使用寿命。

Claims (9)

1.一种含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，包括主成分和酚醛树脂，其特征在于：主成分重量百分比为：板状刚玉30～36％，电熔锆刚玉15～25％，电熔白刚玉25～30％，金属铝粉1～4％，单质硅粉3～7％，鳞片石墨或炭黑3～7％，纳米硅灰1～4％；酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％。
2.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述板状刚玉中Al2O3≥99.4％，以重量份计，其粒度级配为：
2～1mm 10～12份；
0.999～0.6mm 10～12份；
0.599～0.2mm 10～12份。
3.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述电熔锆刚玉中Al2O3≥70.0％，ZrO2≥25.0％，以重量份计，其粒度级配为：
1～0.5mm 5～10份；
0.499～0mm 10～15份。
4.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述电熔白刚玉中Al2O3≥99.7％，以重量份计，其粒度级配为：
0.5～0.089mm 10～12份；
0.088～0.045mm 10～12份；
0.044～0mm 5～6份。
5.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述金属Al粉中Al≥97.0％，粒度为＜0.045mm。
6.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述的单质硅粉中Si≥97.0％，粒度为＜0.045mm。
7.根据权利要求1所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述的鳞片石墨或炭黑中C≥96.0％，粒度为＜0.045mm。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板，其特征在于：所述的纳米硅灰中SiO2≥98.0％，粒度＜50nm。
9.权利要求1～8中任一项所述的含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先，备料，按重量百分比计主成分为板状刚玉30～36％，电熔锆刚玉15～25％，电熔白刚玉25～30％，金属铝粉1～4％，单质硅粉3～7％，鳞片石墨或炭黑3～7％，纳米硅灰1～4％，酚醛树脂的加入量为主成分重量的4％，配料时将板状刚玉、电熔锆刚玉和电熔白刚玉中0.5～0.089mm作为颗粒料配一起，其他原料作为粉料配一起；接着，将上述颗粒料放入混碾机中，混碾3～5min后加入酚醛树脂，接着混碾5～8min后，再加入细粉混碾40～50min后出料，混好的泥料在室温下困料24h以上；然后，在1000t摩擦压力机上机压成型，成型后的滑板砖进入干燥窑在200～220℃下干燥24h以上，干燥后的砖进入烧成窑于800～1000℃下埋碳烧成，烧成后的滑板进行沥青处理，之后再用弹丸机将滑板表面的沥青打掉，镶箍，钻孔，抛光，即得含纳米硅灰的低温烧成铝锆碳质滑板。
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Title
易献勋: "铝锆碳质滑板材料组成、结构与性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 *
石富等: "《稀土永磁材料制备技术》", 31 December 2013, 冶金工业出版社 *

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