CN111807822A - 一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板及生产方法，原料组成为：50％～60％的板状刚玉颗粒、10％～20％的电熔锆莫来石颗粒、5％～8％的氧化铝粉、2％～6％的石墨和/或炭黑、2％～5％的铝硅合金、3％～6％的金属硅，8％～15％的板状刚玉粉，外加上述原料总量4.0～5.5％的热固性酚醛树脂结合剂。生产时取各种原料混匀，经混练后压制成型，经干燥、还原气氛烧制而成。本发明显气孔率4.0～6.5％、体积密度3.10～3.20g/cm3、常温耐压强度150.0～180.0MPa、常温抗折强度30.0～36.0MPa，高温抗折强度19.0～23.0MPa；且使用效果与现有的高温烧制铝锆碳滑板相当或优。

Description

一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板及其生产方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板及其生产方法。
背景技术
滑板是炼钢和连铸用关键性功能元件，具有钢水注入、流量调控功能。滑板在使用过程中要承受高温钢液的化学侵蚀、物理冲刷、剧烈的热冲击以及环境介质的侵蚀，使用条件十分苛刻，其质量可靠性关系到炼钢过程的安全性，必须做到万无一失。为了提高滑板材料的使用寿命，当耐火材料与熔融材料相接触时，要防止它与熔融材料例如液态钢水和熔渣进行反应。因此，为了能稳定操作，滑板应具有较高的高温强度、优良的抗热震性和抗侵蚀性能。
目前的滑板材料主要有添加金属硅粉末烧成的铝锆碳、铝碳等碳结合的耐火材料以及添加聚甲基硅烷或有机硅树脂的不烧铝碳材料。高温(1300℃～1500℃左右)烧成的铝碳和铝锆碳质滑板，在制备时需在还原气氛条件下烧成，因此制备成本高、能耗大、污染严重、生产周期长。碳-碳结合的滑板高温强度低是影响其使用寿命的关键因素，且滑板中碳易氧化导致结构疏松致使高温性能下降，从而使滑板的安全可靠性降低。对于不烧的铝碳滑板基本可以满足中小钢包和中间包的使用要求，但由于抗热震性能不够理想，在大型钢包上使用有放射状裂纹产生，存在使用寿命短的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板及其生产方法，在低温下形成具有网络结构的碳化物，提高滑板的机械性能，减少碳的氧化，提高抗侵蚀和抗渗透性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板，按重量百分比计，原料组成为：50％～60％的板状刚玉颗粒、10％～20％的电熔锆莫来石颗粒、5％～8％的氧化铝粉、2％～6％的石墨和/或炭黑、2％～5％的铝硅合金、3％～6％的金属硅，8％～15％的板状刚玉粉，外加上述原料总量4.0～5.5％的热固性酚醛树脂。
所述板状刚玉颗粒的粒度范围为：1mm＜粒度1≤2mm、0.5mm＜粒度2≤1mm、0.088mm≤粒度3≤0.5mm。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3＝15～30：5～15：15～25。
所述电熔锆莫来石颗粒的粒度范围为：1mm＜粒度4≤2mm、0.5mm＜粒度5≤1mm。
不同粒度的重量比为：粒度4：粒度5＝5～15：5～10。
所述氧化铝粉、炭黑粒度：≤5μm，石墨粒度≤0.088mm；所述铝硅合金、金属硅、板状刚玉粉的粒度均≤0.044mm；所述石墨和炭黑的重量比为0～1:1～2。
所述铝硅合金中成分的质量含量为Al：70％～80％，Si：30％～20％。
所述的铝锆碳滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.088mm的细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>0.088mm的颗粒料加入湿碾机，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35min～45min后得到成型用泥料，将泥料困料48h后压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯经隧道式干燥窑烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为48h，然后在1000℃～1100℃还原气氛下烧制40h～50h烧成；
(5)烧成后经浸油、焙烧、套钢箍、磨制、涂面，即制成本发明产品。
步骤(3)困料的具体条件为：温度20℃～30℃，相对湿度30％～50％。
步骤(4)烧制时的升温速度为25℃/h～30℃/h。
本发明有益效果：
1、本发明产品采用合理工艺在低温条件下烧成，环保节能，生产效率得到提高，性能高于高温烧制的铝锆碳滑板。采用的板状刚玉具有较好的机械强度和耐磨性，可以提高滑板的抗侵蚀和抗冲刷性能；电熔锆莫来石和石墨可以提高滑板在不同温度下和使用过程中的热震稳定性和抗侵蚀性能，保证滑板的高温性能；氧化铝微粉可以减少气孔率，提高致密度；炭黑具有较高的活性、较好的反应性能，可提高滑板的耐磨性；金属硅可以提高滑板的抗氧化性，各成分复配合理，有利于提高滑板的综合使用性能。
2、本发明添加铝硅合金的滑板，在烧制过程中与具有较高活性的炭黑、石墨形成非氧化物，与单独添加金属硅滑板比较，可降低形成非氧化物的温度，在低温下形成具有网络结构的非氧化物，形成非氧化物填充气孔中，使滑板的气孔率降低，体积密度提高，可提高滑板的机械强度；同时形成的非氧化物具有较好的抗氧化性能，减少碳的氧化，提高抗侵蚀和抗渗透性能。
3、本发明将各原料粒度进行限定，采用不同的粒度和级配组合进行添加，可提高泥料的推挤密度，达到更高的体积密度和更低的气孔率。
4、本发明产品具有优良的物理性能：显气孔率4.0～6.5％、体积密度3.10～3.20g/cm3、常温耐压强度150.0～180.0MPa、常温抗折强度30.0～36.0MPa，1400℃还原气氛0.5h的高温抗折强度19.0～23.0MPa。本发明产品高于行业标准YB/T5049-2019，使用效果与现有的高温烧制铝锆碳滑板相当或优。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明铝锆碳滑板各原料粒度要求：
板状刚玉颗粒的粒度包括：1mm＜粒度1≤2mm、0.5mm＜粒度2≤1mm、0.088mm≤粒度3≤0.5mm；
电熔锆莫来石颗粒的粒度包括：1mm＜粒度4≤2mm、0.5mm＜粒度5≤1mm；
氧化铝粉、炭黑粒度：≤5μm，石墨粒度：粒度≤0.088mm；铝硅合金、金属硅、板状刚玉粉的粒度：粒度≤0.044mm。
实施例1
一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板，按重量百分比计，原料组成为：57％的板状刚玉颗粒、15％的电熔锆莫来石颗粒、8％的氧化铝粉、4％的石墨和炭黑、3％的铝硅合金、4％的金属硅，9％的板状刚玉粉，外加上述原料总量4.8％的热固性酚醛树脂为结合剂。
其中板状刚玉颗粒不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3＝20：15：22；
电熔锆莫来石颗粒不同粒度的重量比为：粒度4：粒度5＝10：5；
铝硅合金中成分的含量为Al：70％，Si：30％；
炭黑和石墨的重量比为1:1。
该铝锆碳滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.088mm的细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>0.088mm的颗粒料加入湿碾机中，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45min后得到成型用泥料，在温度20℃～30℃，相对湿度30％～50％的条件下困料48h后进行压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯经隧道式干燥窑烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为48h，然后在1100℃还原气氛下烧制41h烧成，升温速率为30℃/h；
(5)烧成后经浸油、焙烧、套钢箍、磨制、涂面，即制成本发明产品。
所得产品性能：显气孔率5.2％、体积密度3.14g/cm3、常温耐压强度158.0MPa、常温抗折强度32.1MPa，1400℃还原气氛0.5h的高温抗折强度20.5MPa。
实施例2
一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板，按重量百分比计，原料组成为：50％的板状刚玉颗粒、20％的电熔锆莫来石颗粒、8％的氧化铝粉、2％的炭黑、2％的铝硅合金、6％的金属硅，12％板状刚玉粉，外加上述原料总量4.2％的热固性酚醛树脂为结合剂。
其中板状刚玉颗粒不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3＝16：9：25；
电熔锆莫来石颗粒不同粒度的重量比为：粒度4：粒度5＝12：8；
铝硅合金中成分的含量为Al：80％，Si：20％。
该铝锆碳滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.088mm的细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>0.088mm的颗粒料加入湿碾机中，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35min后得到成型用泥料，泥料在温度20℃～30℃，相对湿度30％～50％的条件下困料48h后进行压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯经隧道式干燥窑烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为48h，进车时间为1车/2h，然后在1000℃还原气氛下烧制43h烧成，期间升温速率为25℃/h；
(5)烧成后经浸油、焙烧、套钢箍、磨制、涂面，即制成本发明产品。
所得产品性能指标：显气孔率4.8％、体积密度3.18g/cm3、常温耐压强度175.0MPa、常温抗折强度35.3MPa，1400℃还原气氛0.5h的高温抗折强度22.6MPa。
实施例3
一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板，按重量百分比计，原料组成为：60％的板状刚玉颗粒、10％的电熔锆莫来石颗粒、5％的氧化铝粉、6％的石墨和炭黑、5％的铝硅合金、3％的金属硅、11％的板状刚玉粉，外加上述原料总量5.2％的热固性酚醛树脂结合剂。
其中板状刚玉颗粒不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3＝27：15：18；
电熔锆莫来石颗粒不同粒度的重量比为：粒度4：粒度5＝5：5；
铝硅合金中成分的含量为Al：70％，Si：30％；
石墨和炭黑的重量比为1:2。
该铝锆碳滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将所有粒度≤0.088mm的细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>0.088mm的颗粒料加入湿碾机中，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45min后得到成型用泥料，泥料在温度20℃～30℃，相对湿度30％～50％的条件下困料48h后压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯经隧道式干燥窑烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为48h，进车时间为1车/2h，1000℃还原气氛下烧制43h烧成，升温速率为25℃/h；
(5)烧成后经浸油、焙烧、套钢箍、磨制、涂面，即制成本发明产品。
所得产品性能指标：显气孔率6.3％、体积密度3.12g/cm3、常温耐压强度163.0MPa、常温抗折强度30.8MPa，1400℃还原气氛0.5h的高温抗折强度22.3MPa。
实施例4
将本发明铝锆碳滑板与行业标准YB/T5049-2019中HBLTG-80，及现有高温烧制铝锆碳滑板的性能进行对比，具体方法参见行业标准YB/T5049-2019，结果如下表。
Figure BDA0002594547290000051
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种添加铝硅合金低温烧制的铝锆碳滑板，其特征在于，按重量百分比计，原料组成为：50％～60％的板状刚玉颗粒、10％～20％的电熔锆莫来石颗粒、5％～8％的氧化铝粉、2％～6％的石墨和/或炭黑、2％～5％的铝硅合金、3％～6％的金属硅，8％～15％的板状刚玉粉，外加上述原料总量4.0～5.5％的热固性酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的铝锆碳滑板，其特征在于，所述板状刚玉颗粒的粒度范围为：1mm＜粒度1≤2mm、0.5mm＜粒度2≤1mm、0.088mm≤粒度3≤0.5mm。
3.根据权利要求2所述的铝锆碳滑板，其特征在于，不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3＝15～30：5～15：15～25。
4.根据权利要求1所述的铝锆碳滑板，其特征在于，所述电熔锆莫来石颗粒的粒度范围为：1mm＜粒度4≤2mm、0.5mm＜粒度5≤1mm。
5.根据权利要求4所述的铝锆碳滑板，其特征在于，不同粒度的重量比为：粒度4：粒度5＝5～15：5～10。
6.根据权利要求1所述的铝锆碳滑板，其特征在于，所述氧化铝粉、炭黑粒度：≤5μm，石墨粒度≤0.088mm；所述铝硅合金、金属硅、板状刚玉粉的粒度均≤0.044mm；所述石墨和炭黑的重量比为0～1:1～2。
7.根据权利要求6所述的铝锆碳滑板，其特征在于，所述铝硅合金中成分的质量含量为Al：70％～80％，Si：30％～20％。
8.如权利要求1-7任一项所述的铝锆碳滑板的生产方法，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≤0.088mm的细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>0.088mm的颗粒料加入湿碾机，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35min～45min后得到成型用泥料，将泥料困料48h后压制成型，得到滑板砖坯；
(4)将砖坯经隧道式干燥窑烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为48h，然后在1000℃～1100℃还原气氛下烧制40h～50h烧成；
(5)烧成后经浸油、焙烧、套钢箍、磨制、涂面，即制成本发明产品。
9.如权利要求8所述的铝锆碳滑板的生产方法，其特征在于，步骤(3)困料的具体条件为：温度20℃～30℃，相对湿度30％～50％。
10.如权利要求8所述的铝锆碳滑板的生产方法，其特征在于，步骤(4)烧制时的升温速度为25℃/h～30℃/h。
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