CN111410519B - 一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖及其生产方法 - Google Patents

一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种添加钛酸铝的Al2O3‑C滑板砖及其生产方法，该滑板砖按重量百分比计的原料组成为68‑90％的刚玉、3‑15％的活性氧化铝微粉，5‑15％的钛酸铝，0.5‑1％的碳化硼，0‑1％的‑298鳞片石墨，0‑1％的碳黑，外加上述原料总量3‑5％的热固性酚醛树脂为结合剂。该滑板砖生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混练得到泥料，然后压制成型，在180℃‑250℃下烘干。该产品显气孔率6‑10％、体积密度3.00‑3.20g/cm3、常温耐压强度100‑230MPa、常温抗折强度10‑20MPa，高温抗折强度10‑50MPa，残余耐压强度保持率45‑61％，1450℃热膨胀率0.68‑0.78％。本产品生产工艺采用不烧工艺，不需要沥青浸渍和干馏，节能环保，同时产品具有优良的常温和高温强度，热震稳定性、体积稳定性和抗侵蚀性能优异，便于推广应用。

Description

一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖及其生产方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖及其生产方法。
背景技术
滑动水口是控制钢水流量的重要功能耐火材料，滑板砖是滑动水口的关键组成部分，是决定滑动水口功能的部件，在使用过程中需要承受钢水的高温、机械冲刷和化学侵蚀，使用条件苛刻，特别是在品种钢冶炼使用时，对滑板砖的损毁更加严重，对其性能和安全性要求更加严格。
目前，品种钢冶炼使用的滑板砖主要是高温烧成和中温处理铝碳质、铝锆碳质滑板砖，高温烧成滑板砖由于热处理温度较高，需要沥青浸渍和干馏处理，节能环保效果较差，同时高温烧成滑板砖中需要添加金属硅，利用金属硅在热处理过程中原位反应形成非氧化物，形成结合强度，在冶炼钙处理钢时硅和钙易形成低熔物，造成滑板砖损毁，影响高温烧成滑板砖的使用；低温处理滑板砖对品种钢具有较好的适应性，但是该滑板砖在热处理过程中内部形成大量AlN、Al4C3，在生产和使用过程中易水化，造成滑板砖结构破坏，限制了滑板砖的生产和使用，严重时还会导致恶性事故的发生。因此，开发品种钢用不烧滑板砖，改善滑板砖对品种钢的适应性，提高其抗水化性、热震稳定性和抗侵蚀性，从而提高其使用寿命。
发明内容
本发明涉及一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖及其生产方法，旨在制备出一种无需高温烧成，无需沥青浸渍和干馏的不烧滑板砖，该滑板砖克服了现有中温处理滑板材料中因含有大量AlN、Al4C3而不能长期存放，进而使得产品工业化生产非常困难的缺陷；又精简了生产工序，大大降低生产成本。同时具有强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性好、寿命长等特点。
本发明的技术方案：
一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，按重量百分比计，原料组成为68-90％的刚玉、3-15％活性氧化铝微粉，5-15％的钛酸铝，0.5-1％的碳化硼，0-1％的-298鳞片石墨，0-1％的碳黑，外加上述原料总量3-5％的热固性酚醛树脂结合剂。
所述刚玉为板状刚玉和白刚玉，板状刚玉粒度范围为：1＜粒度1≤2mm、0.5＜粒度2≤1mm、 0.2≤粒度3≤0.5mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2mm、粒度5≤0.044mm。
所述钛酸铝为α-Al2O3和金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3： 60-80％，TiO2：20-40％；所述钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1mm。
所述活性氧化铝微粉的型号为CL370，所述碳黑的型号为N220。
所述碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044mm。
所述-298鳞片石墨为-200目细粉，C％≥98％。
板状刚玉和白刚玉不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5＝15-30：8-20：10-20：10-20：0-25。
所述的添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.5mm的粉料投入混合机中混合均匀，得到混合粉，备用；
(2)将所有粒度>0.5mm的骨料加入湿碾机中，混合均匀，再向湿碾机中加入热固性酚醛树脂；
(3)待热固性酚醛树脂均匀的包裹到骨料上，再加入混合粉，混练30-40分钟后得到成型用泥料，泥料在恒温恒湿的条件下困料8-12小时后进行压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯自然干燥12-24小时后，进入干燥器烘干，干燥温度180-250℃，逐渐升温使干燥温度达到目标温度后保温8-10h；
(5)干燥后产品再经加箍、磨制、涂布，即制成本发明产品。
所述步骤(3)中恒温恒湿的具体条件为：温度为20-30℃，湿度为40-50％。
所述步骤(4)中升温速度为：100℃之前为5-10℃/h，100℃之后为10-15℃/h。
本发明的有益效果
1、本发明利用过渡塑性相工艺制备添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，由于引入钛酸铝替代金属铝，钛酸铝具有耐高温性强，在热处理过程中不易分解，滑板砖在生产和使用过程中不会生成易水化的Al4C3和AlN，具有较好的抗水化性能，避免了滑板砖在生产和使用过程中的水化风险，同时便于滑板的长期存放。
2、钛酸铝和金属铝相比，还具有热膨胀系数小的特点，引入到滑板砖中可降低滑板砖线变化率，滑板砖在使用过程中由于高温钢水的热效应，形成了从滑板砖铸孔到滑板砖边缘由内带外的热梯度，滑板砖的线变化较低时，受温度的影响较小，可减少由于不同部位线变化不一致而造成的内部应力的产生，提高滑板砖的热震稳定性，进而提高其使用寿命。钛酸铝还具抗渣、耐侵蚀、耐碱和对多种金属及玻璃的不浸润性的特点，可提高滑板砖的抗侵蚀性，提高滑板砖对钢种的适应性。另外，钛酸铝和金属铝相比成本相对较低，可降低滑板砖的材料成本。
3、本申请对原料组成中板状刚玉和白刚玉的粒度及重量比例进行限定，一方面保证不同粒度的颗粒料和细粉料比例合理，另一方面保证不同粒度的颗粒料占比合理，合理的粒度级配能保证产品的体积密度和显气孔率。另外，在滑板砖的生产方法中，由于结合剂酚醛树脂的固化反应受温度影响较大，故设置干燥时100℃之前的升温速度较100℃之后稍慢，能保证树脂固化后结构更完整，可提高产品的强度。
4、本发明产品无需高温烧成，无需沥青浸渍和干馏工序，简化了生产工序，大大降低了生产成本。本发明产品具有优良的物理性能指标：显气孔率6-10％、体积密度3.00-3.20g/cm3、常温耐压强度100-230MPa、常温抗折强度10-20MPa，高温抗折强度(1450℃×3h埋碳)10-50 MPa，残余耐压强度保持率(1100℃水冷3次)45-61％，1450℃热膨胀率0.68-0.78％，产品的热震稳定性和体积稳定性较好。
具体实施方式
实施例1
一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：45％的板状刚玉、45％的白刚玉、3％的活性氧化铝微粉、5％的钛酸铝、1％的碳化硼、1％的-298鳞片石墨，外加上述原料总量3％的热固性酚醛树脂结合剂。
板状刚玉粒度范围为：1＜粒度1≤2mm、0.5＜粒度2≤1mm、0.2≤粒度3≤0.5mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2mm、粒度5≤0.044mm，不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5＝15：20：10：20：25。
活性氧化铝微粉型号为CL370；
碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044mm；
-298鳞片石墨为-200目细粉，C％≥98％；
钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1mm，钛酸铝为α-Al2O3、金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3：65％，TiO2：35％。
该滑板砖的生产方法：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.5mm的粉料投入混合机中混合均匀，得到混合粉，备用；
(2)然后将所有粒度>0.5mm的骨料加入湿碾机中，混合均匀，再向湿碾机中加入热固性酚醛树脂；
(3)待热固性酚醛树脂均匀的包裹到骨料上，再加入混合粉，混练30分钟后得到成型用泥料，泥料在温度25℃，湿度45％的条件下困料8小时后进行压制成型，得到滑板砖坯体；
(4)将砖坯自然干燥12小时后，进入干燥器烘干，干燥温度180℃，100℃之前升温速率10℃/h，100℃之后升温速率15℃/h，干燥温度达到目标温度后保温8h；
(5)干燥后产品再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。
所得产品的性能指标为：该产品显气孔率7％、体积密度3.15g/cm3、常温耐压强度100 MPa、常温抗折强度10MPa，高温抗折强度(1450℃×3h埋碳)10MPa，残余耐压强度保持率(1100℃水冷3次)45％，1450℃热膨胀率0.78％，产品的热震稳定性和体积稳定性较好，其中热震稳定性用残余耐压强度保持率表征，保持率高热震稳定性好，体积稳定性用热膨胀率表征，热膨胀率大体积稳定性差。
实施例2
一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：47％的板状刚玉、31％的白刚玉、12％的活性氧化铝微粉、8％的钛酸铝、0.5％的碳化硼、1％的-298鳞片石墨，0.5％的碳黑，外加上述原料总量4％的热固性酚醛树脂结合剂。
板状刚玉粒度范围为：1＜粒度1≤2mm、0.5＜粒度2≤1mm、0.2≤粒度3≤0.5mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2mm、粒度5≤0.044mm，不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5＝25：10：12：18：13。
活性氧化铝微粉型号为CL370；碳黑型号为N220；
碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044mm；
-298鳞片石墨为-200目细粉，C％≥98％；
钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1mm，钛酸铝为α-Al2O3和金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3：65％，TiO2：35％。
该滑板砖的生产方法：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.5mm的粉料投入混合机中混合均匀，得到混合粉，备用；
(2)然后将所有粒度>0.5mm的骨料加入湿碾机中，混合均匀，再向湿碾机中加入热固性酚醛树脂；
(3)待热固性酚醛树脂均匀的包裹到骨料上，再加入混合粉，混练40分钟后得到成型用泥料，泥料在温度30℃，湿度45％的条件下困料12小时后进行压制成型，得到滑板砖坯体；
(4)将砖坯自然干燥24小时后，进入干燥器烘干，干燥温度250℃，100℃之前升温速率5℃/h，100℃之后升温速率10℃/h，干燥温度达到目标温度后保温10h；
(5)干燥后产品再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。
所得产品的性能指标为：该产品显气孔率8％、体积密度3.10g/cm3、常温耐压强度180 MPa、常温抗折强度15MPa，高温抗折强度(1450℃×3h埋碳)25MPa，残余耐压强度保持率(1100℃水冷3次)50％，1450℃热膨胀率0.75％，产品的热震稳定性和体积稳定性较好。
实施例3
一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：45％的板状刚玉、35％的白刚玉、7％的活性氧化铝微粉、11％的钛酸铝、1％的碳化硼、1％碳黑，外加3％的热固性酚醛树脂结合剂。
板状刚玉粒度范围为：1＜粒度1≤2mm、0.5＜粒度2≤1mm、0.2≤粒度3≤0.5mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2mm、粒度5≤0.044mm，不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5＝20：10：15：15：20。
活性氧化铝微粉型号为CL370；碳黑型号为N220；
碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044mm；
钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1mm，钛酸铝为α-Al2O3和金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3：65％，TiO2：35％。
生产方法与实例1相同，所得产品的性能指标为：该产品显气孔率6％、体积密度3.20 g/cm3、常温耐压强度110MPa、常温抗折强度12MPa，高温抗折强度(1450℃×3h埋碳)35MPa，残余耐压强度保持率(1100℃水冷3次)55％，1450℃热膨胀率0.70％，产品的热震稳定性和体积稳定性较好。
实施例4
一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：58％的板状刚玉、10％的白刚玉、14％的活性氧化铝微粉、15％的钛酸铝、1％的碳化硼、1％的-298鳞片石墨，1％的碳黑，外加5％的热固性酚醛树脂为结合剂。
板状刚玉粒度范围为：1＜粒度1≤2mm、0.5＜粒度2≤1mm、0.2≤粒度3≤0.5mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2mm、粒度5≤0.044mm，不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5＝30：8：20：10：0。
活性氧化铝微粉型号为CL370；碳黑型号为N220；
碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044mm；
-298鳞片石墨为-200目细粉，C％≥98％；
钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1mm，钛酸铝为α-Al2O3和金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3：65％，TiO2：35％。
生产方法同实施例2，所得产品的性能指标为：该产品显气孔率10％、体积密度3.00g/cm3、常温耐压强度230MPa、常温抗折强度20MPa，高温抗折强度(1450℃×3h埋碳)50MPa，残余耐压强度保持率(1100℃水冷3次)61％，1450℃热膨胀率0.68％，产品的热震稳定性和体积稳定性较好。

Claims (5)

1.一种添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为68-90%的刚玉、3-15 %活性氧化铝微粉，5-15 %的钛酸铝，0.5-1 %的碳化硼，0-1 %的-298鳞片石墨，0-1 %的碳黑，外加上述原料总量3-5 %的热固性酚醛树脂结合剂；
所述刚玉为板状刚玉和白刚玉，板状刚玉粒度范围为：1 mm＜粒度1≤2 mm、0.5 mm＜粒度2≤1 mm、0.2 mm≤粒度3≤0.5 mm；白刚玉粒度范围为：粒度4≤0.2 mm、粒度5≤0.044mm；不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5=15-30：8-20：10-20：10-20：0-25；
所述钛酸铝为α-Al2O3和金红石型TiO2通过固相反应烧结法合成，其组分含量为Al2O3：60-80 %，TiO2：20-40 %；所述钛酸铝粒度范围为：粒度≤0.1 mm，所述-298鳞片石墨、碳黑的用量不同时为0。
2.根据权利要求1所述的添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，其特征在于：所述活性氧化铝微粉的型号为CL370，所述碳黑的型号为N220。
3.根据权利要求1所述的添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，其特征在于：所述碳化硼的粒度范围为：粒度≤0.044 mm。
4.根据权利要求1所述的添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖，其特征在于：所述-298鳞片石墨为-200目细粉，C %≥98%。
5.如权利要求1-4任一项所述的添加钛酸铝的Al2O3-C滑板砖的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.5mm的粉料投入混合机中混合均匀，得到混合粉，备用；
（2）将所有粒度>0.5mm的骨料加入湿碾机中，混合均匀，再向湿碾机中加入热固性酚醛树脂；
（3）待热固性酚醛树脂均匀的包裹到骨料上，再加入混合粉，混练30-40分钟后得到成型用泥料，泥料在恒温恒湿的条件下困料8-12小时后进行压制成型，得到滑板砖坯；
所述恒温恒湿的具体条件为：温度为20-30℃，湿度为40-50%；
（4）将砖坯自然干燥12-24小时后，进入干燥器烘干，干燥温度180-250℃，逐渐升温使干燥温度达到目标温度后保温8-10h；
其中，升温速度为：100℃之前为5-10℃/h，100℃之后为10-15℃/h；
（5）干燥后产品再经加箍、磨制、涂布，即制成本产品。
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