一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚及其製備方法與流程
2023-07-10 23:24:06 1
本發明屬於耐火材料技術領域，尤其涉及一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚及其製備方法。
背景技術：
轉爐擋渣用閘閥滑板磚由於直接受高溫鋼水衝刷和高氧化性氣氛的氧化，以及頻繁的急冷急熱作用，對耐火材料的抗熱震性、抗氧化性和抗侵蝕性要求極為苛刻。目前國內外轉爐擋渣用閘閥滑板磚材質包括常規重燒鋁鋯碳質和本體採用重燒鋁鋯碳滑板、鑲嵌層採用鋯質材料的複合結構。常規重燒鋁鋯碳材質在100噸以上轉爐上使用壽命為10～12爐；雖然鑲嵌鋯質滑板使用壽命比常規重燒鋁鋯碳滑板有一定幅度延長，但其生產工藝複雜程度大大增加，生產成本提高一倍，且隨著使用壽命延長帶來的不安全隱患加大，對操作人員和評判人員提出更苛刻的要求。因此，進一步提高滑板磚的綜合性能，研發新一代抗熱震性能、耐衝刷、抗侵蝕的高效轉爐擋渣用閘閥滑板磚對潔淨鋼冶煉具有重要意義。
目前有文獻及專利報導，在鎂碳材料裡添加適量膨脹石墨可顯著提高材料的強度，熱震穩定性及抗侵蝕性，傳統鎂碳材料均採用鱗片石墨作為碳源，相對鱗片石墨，膨脹石墨的縱橫比和比表面積大，能夠與骨料和基質形成物理粘結，更容易發生塑性變形，且在材料內相互疊加。因此，添加合適含量的膨脹石墨能夠增大材料的強度和韌性，同時降低材料中的碳含量，但是國內外對於在鋁鋯碳滑板磚中引入膨脹石墨的報導較少。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚，提高轉爐閘閥強度、抗氧化性及熱震穩定性、抗侵蝕性，延長轉爐擋渣用閘閥滑板磚的使用壽命。
為了實現上述的發明目的，本發明採用以下技術方案：
一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚，其組成按重量百分比為：
板狀剛玉顆粒20～30％、鋯剛玉顆粒30～45％、板狀剛玉細粉5～10％、鋯剛玉細粉5～10％、白剛玉細粉5～20％、α-Al2O3微粉0～5％、鱗片石墨1～4％、膨脹石墨0～2％、金屬鋁粉0～5％、金屬矽粉0～5％、碳化硼0～3％，總百分比為100％，外加酚醛樹脂4～6％。
各原料在轉爐擋渣用閘閥滑板磚中的作用如下：優質板狀剛玉和鋯剛玉骨 料是優質滑板的基本保證，起支撐作用；剛玉類細粉是滑板基質的主要組成；鱗片石墨具有較好抗渣性；合理的顆粒級配有利於提高轉爐擋渣用閘閥滑板磚的緻密性、均勻性和加工性；添加金屬鋁粉、金屬矽粉、碳化硼等外加劑有利於增加製品的韌性和抗氧化性；添加膨脹石墨，通過其高的反應性能促進基質中原位陶瓷相的形成，顯著優化了材料的顯微結構，其自身的特殊結構以及原位陶瓷相的形成共同對鋁鋯碳材料增強、增韌。另外，膨脹石墨的石墨層間存在大量的微、納米孔洞而表現出高的可壓縮性和柔軟性，其在熱震循環過程中能吸收和釋放鋁碳材料的熱應力，進而改善材料的抗熱震性能。膨脹石墨-SiC異質結構在基質材料形成牢固界面結合，進一步改善材料的力學性能和熱震穩定性，在材料中保持其結構相對完整性，抑制其在高溫階段結構蝕變，改善材料抗氧化性和抗侵蝕性。
進一步的，所述的板狀剛玉顆粒，其粒級包括：6-14目：10～15％、14-28目：10～15％。
進一步的，所述的鋯剛玉顆粒，其粒級包括：8-14目：10～15％、14-28目：10～20％、＜28目：10～15％。
進一步的，所述的板狀剛玉細粉、鋯剛玉細粉、白剛玉細粉，其粒級均為325目。
進一步的，所述的α-Al2O3微粉粒級為≤5μm。
進一步的，所述板狀剛玉的化學組分為：Al2O3≥98.5％，pH值呈中性；鋯剛玉的化學組分為：Al2O3+ZrO2≥98％且ZrO2≥23％。
進一步的，所述膨脹石墨的膨脹倍數為150～300倍。
本發明的另一目的是提供一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚的製備方法，具體為：
步驟S1、配料
1)、按照以下原料的重量百分配比進行配製：板狀剛玉顆粒20～30％、鋯剛玉顆粒30～45％、板狀剛玉細粉5～10％、鋯剛玉細粉5～10％、白剛玉細粉5～20％、α-Al2O3微粉0～5％、鱗片石墨1～4％、膨脹石墨0～2％、金屬鋁粉0～5％、金屬矽粉0～5％、碳化硼0～3％；
步驟S2、原料預混
將原料中的板狀剛玉細粉、鋯剛玉細粉、白剛玉細粉、α-Al2O3微粉、鱗片石墨、膨脹石墨、金屬鋁粉、金屬矽粉、碳化硼進行預混40～50min；
步驟S3、混碾
根據原料配比向混練機中先加入顆粒料，混碾1～2分鐘後，加入佔總結合劑量的50～60％的結合劑混練，然後加入預混細粉和剩餘結合劑，繼續混練至 良好的成型泥料性能，總混練時間為50～70min，泥料粒度無明顯偏析、結團、白料、團聚等不良現象，且有一定的流動性；
步驟S3、壓製成型：在壓機上控制磚坯尺寸、飛邊、缺損、麻皮、層裂外觀質量，成型後磚坯做好工號標記，碼放整齊；
步驟S4、熱處理：在180～250℃熱處理36～48h後出乾燥器；
步驟S5、燒成：進隧道窯或梭式窯，控制溫度1400～1450℃，保溫10h埋碳燒成；
步驟S6、浸煮碳化：將步驟S5得到的燒製品置於瀝青儲罐中，溫度控制在180～200℃，壓力控制在1.2～1.8MPa，保溫5h後降溫，再進碳化窯，碳化窯溫度控制在450±10℃；
步驟S7、精加工：為減少滑板磚滑動面之間的摩擦力，對滑動面採用平面磨床進行加工，控制好厚度尺寸，平整度達到規定要求。
步驟S8、檢驗、包裝：經檢驗合格後，裝入包裝箱，並做好標識。
與現有技術相比，本發明能實現的有益效果至少包括以下幾個方面：
1)本發明在100噸轉爐上使用壽命由原來10～12爐提升至13～15爐，使用壽命與鑲嵌鋯板閘閥滑板基本相當；與傳統鋁鋯碳的閘閥滑板相比，用後滑板橫向裂紋和斷裂現象顯著減少，抗熱震性能明顯提高；用後板面平整，侵蝕擴孔小；多次連用後強度保持率達到80％以上；連用次數和安全性顯著提高。
2)本發明製備方法簡單，控制方便，能耗低，作業環境清潔，工人勞動強度小，產品合格率高，保質期長，製造成本低。
具體實施方式
首先，需要說明的是，以下將以示例方式來具體說明本發明轉爐擋渣用閘閥滑板磚及其製備方法特點和優點等，然而所有的描述僅是用來進行說明的，而不應將其理解為對本發明形成任何限制。
下面就通過這個給出的實施例來對本發明轉爐擋渣用閘閥滑板磚及其製備方法進行示例性說明。
實施例1
一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚，其組成按重量百分比為：板狀剛玉顆粒25％、鋯剛玉顆粒40％、板狀剛玉細粉5％、鋯剛玉細粉5％、白剛玉細粉10％、α-Al2O3微粉2.5％、鱗片石墨1.8％、膨脹石墨0.7％、金屬鋁粉4％、金屬矽粉4％、碳 化硼2％，外加酚醛樹脂5％，其中：
在本實施例中，所述板狀剛玉的化學組分為：Al2O3≥98.5％，pH值呈中性；鋯剛玉的化學組分為：Al2O3+ZrO2≥98％且ZrO2≥23％。
在本實施例中，所述膨脹石墨的膨脹倍數為150倍。
實施例2
一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚，其組成按重量百分比為：板狀剛玉顆粒20％、鋯剛玉顆粒45％、板狀剛玉細粉3％、鋯剛玉細粉3％、白剛玉細粉10％、α-Al2O3微粉4％、鱗片石墨1.5％、膨脹石墨1％、金屬鋁粉5％、金屬矽粉5％、碳化硼2.5％，外加酚醛樹脂5％，其中：
在本實施例中，所述板狀剛玉的化學組分為：Al2O3≥98.5％，pH值呈中性；鋯剛玉的化學組分為：Al2O3+ZrO2≥98％且ZrO2≥23％。
在本實施例中，所述膨脹石墨的膨脹倍數為200倍。
實施例3
一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚，其組成按重量百分比為：板狀剛玉顆粒30％、鋯剛玉顆粒30％、板狀剛玉細粉6％、鋯剛玉細粉6％、白剛玉細粉10％、α-Al2O3微粉4％、鱗片石墨1％、膨脹石墨1.5％、金屬鋁粉4.5％、金屬矽粉4.5％、碳化硼2.5％，外加酚醛樹脂5％，其中：
在本實施例中，所述板狀剛玉的化學組分為：Al2O3≥98.5％，pH值呈中性；鋯剛玉的化學組分為：Al2O3+ZrO2≥98％且ZrO2≥23％。
在本實施例中，所述膨脹石墨的膨脹倍數為300倍。
實施例4
本發明提供一種轉爐擋渣用閘閥滑板磚的製備方法，具體為：
步驟S1、配料
1)、按照以下原料的重量百分配比進行配製：板狀剛玉顆粒20～30％、鋯剛玉顆粒30～45％、板狀剛玉細粉5～10％、鋯剛玉細粉5～10％、白剛玉細粉 5～20％、α-Al2O3微粉0～5％、鱗片石墨1～4％、膨脹石墨0～2％、金屬鋁粉0～5％、金屬矽粉0～5％、碳化硼0～3％；
步驟S2、原料預混
將原料中的板狀剛玉細粉、鋯剛玉細粉、白剛玉細粉、α-Al2O3微粉、鱗片石墨、膨脹石墨、金屬鋁粉、金屬矽粉、碳化硼進行預混40～50min；
步驟S3、混碾
根據原料配比向混練機中先加入顆粒料，混碾1～2分鐘後，加入佔總結合劑量的50～60％的結合劑混練，然後加入預混細粉和剩餘結合劑，繼續混練至良好的成型泥料性能，總混練時間為50～70min，泥料粒度無明顯偏析、結團、白料、團聚等不良現象，且有一定的流動性；
步驟S3、壓製成型：在壓機上控制磚坯尺寸、飛邊、缺損、麻皮、層裂外觀質量，成型後磚坯做好工號標記，碼放整齊；
步驟S4、熱處理：在180～250℃熱處理36～48h後出乾燥器；
步驟S5、燒成：進隧道窯或梭式窯，控制溫度1400～1450℃，保溫10h埋碳燒成；
步驟S6、浸煮碳化：將步驟S5得到的燒製品置於瀝青儲罐中，溫度控制在180～200℃，壓力控制在1.2～1.8MPa，保溫5h後降溫，再進碳化窯，碳化窯溫度控制在450±10℃；
步驟S7、精加工：為減少滑板磚滑動面之間的摩擦力，對滑動面採用平面磨床進行加工，控制好厚度尺寸，平整度達到規定要求。
步驟S8、檢驗、包裝：經檢驗合格後，裝入包裝箱，並做好標識。
以上僅以舉例方式來詳細闡明本發明轉爐擋渣用閘閥滑板磚及其製備方法這些個例僅供說明本發明的原理及其實施方式之用，而非對本發明的限制，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本領域技術人員還可以做出各種變形和改進。因此，所有等同的技術方案均應屬於本發明的範疇並為本發明的各項權利要求所限定。