一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚及其製備方法
2023-08-07 12:12:36
專利名稱：一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚及其製備方法
一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚及其製備方法技術領域
本發明屬於以氧化鋁、氧化鎂、二氧化矽為基料的無機非金屬耐火材料領域，尤其 涉及一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚及其製備方法。
背景技術：
1、通過安裝在鋼包、中包底部的滑板磚，起鋼水流量的控制調節作用，它不受鋼水 攪拌、熔劑噴入和鋼水停留時間的影響，且操作方便，採用滑板磚易實現連鑄澆鋼操作自動 化，消除鋼水、渣的停留時間以及澆注時間對流量控制的影響。滑板磚是連鑄機澆鑄過程中 鋼水的控制裝置，能夠精確地調節從鋼包到連鑄中間包的鋼水流量，使流入和流出的鋼水 達到平衡，從而使連鑄操作更容易控制。滑動水口系統因可控性好，能提高煉鋼生產效率。
2、在大滑板磚材質的選擇上，國內外普遍選用鋁碳、鋁鋯碳、鋁鎂碳、鋁鎂鋯碳質 四類。都採用1400-150(TC碳保護高溫燒成，經浸漬焦油、浙青後，再進行乾餾及清焦。這 種生產工藝不僅能耗高，天然氣消耗高達1800立方米/噸，而且焦油、浙青在浸漬、乾餾 和清焦時產生大量的有害物質，對環境、人類健康產生很大的影響；同時生產周期需一個 月。相比之下，鋁碳、鋁鋯碳質抗熱震性優於鋁鎂碳、鋁鎂鋯碳質，但抗侵蝕能力有所降低， 特別在澆注高氧鋼、高錳鋼、Ca處理鋼、鎮靜鋼等鋼種時，由於鋼水中的氧與滑板磚中的碳 反應，因氧化失碳形成變質層，結構疏鬆，被鋼水衝刷而損毀；滑板磚中的Al2O3與鋼水中的 FeO(MnO)反應生成低熔物造成化學侵蝕嚴重。
3、滑板磚是連鑄用功能性耐火材料，要求具有較高的高溫強度，較好的抗熱震性、 抗氧化性。目前廣泛使用的Al2O3-C和Al2O3IrO2-C滑板磚的碳含量為6% 11%，且需高 溫(1400°C )燒成。隨著低碳鋼等優質鋼的發展，必須減少滑板磚對鋼水的增碳汙染，並要 求在降低滑板磚中碳含量的同時仍保持其較好的抗熱震性和較高的高溫強度。此外，為滿 足節能和環保的要求，希望能適當降低滑板磚的燒成溫度。發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚。
本發明的另一目的在於提供一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案實現
一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，包含以下組分燒結板狀剛玉、電熔尖晶石、 電熔莫來石、碳黑、α-氧化鋁(Ci-Al2O3)微粉、碳化矽、金屬矽粉、金屬鋁粉、碳化硼、鋁矽 合金粉、金屬鋁纖維，以上各組分通過結合劑粘合在一起；其中各組分的重量百分含量為 燒結板狀剛玉為50 % 60 %、電熔尖晶石10 % 25 %、電熔莫來石5 % 15 %、碳黑1 % 3%, α-氧化鋁(Ci-Al2O3)微粉3% 8%、碳化矽5% 10%、金屬矽粉2% 5%、金屬 鋁粉1 % 5%、碳化硼0. 5% 1 %、鋁矽合金粉1 % 3%、金屬鋁纖維0. 5% 2%。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其在於所述的結合劑為液體酚醛樹脂，液 體酚醛樹脂的用量按重量計佔所述的各組分總量的3% 6%。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其在於所述的燒結板狀剛玉Al2O3含 量彡99. 5%，電熔尖晶石=Al2O3含量彡70%, MgO含量彡25%,電熔莫來石=Al2O3含量 彡75%、SiO2含量彡25%, α-氧化鋁(Ci-Al2O3)微粉氧化鋁含量彡98%，金屬矽粉Si含 量彡98%，金屬鋁粉Al含量> 99%，碳黑C含量> 97%。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其在於各組分的顆粒級配燒結板狀剛玉 顆粒直徑為(3 2、2 1、1 0. 5,0. 5 0)_、電熔尖晶石為320目、電熔莫來石為250 目、α -氧化鋁微粉直徑為1 μ m、碳化矽顆粒直徑1 0mm、金屬矽粉400目、金屬鋁粉180 目、碳化硼為320目、鋁矽合金粉320目、金屬鋁纖維為3mmX0. 09mm(金屬鋁纖維長3mm，直 徑為 0. 09mm)。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，所述的燒結板狀剛玉的顆粒級配按重量百 分含量為
3 2mm，8% 13%
2 1mm，11% 17%
1 0. 5mm，17% 23%
0. 5 0mm，8% 12%。
一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其在於該滑板磚包含以下組分 燒結板狀剛玉、電熔尖晶石、電熔莫來石、碳黑、α-氧化鋁(Ci-Al2O3)微粉、碳化矽、金屬 矽粉、金屬鋁粉、碳化硼、鋁矽合金粉、金屬鋁纖維，以上各組分通過結合劑粘合在一起；其 中各組分的重量百分含量為燒結板狀剛玉為50% 60%、電熔尖晶石10% 25%、電熔 莫來石5% 15%、碳黑 3%、α-氧化鋁(Ci-Al2O3)微粉3% 8%、碳化矽5% 10%、金屬矽粉2% 5%、金屬鋁粉 5%、碳化硼0.5% 1%、鋁矽合金粉 3%、 金屬鋁纖維0.5% 2%，按上述配比的組分同結合劑混合後攪拌均勻，然後成型並自然幹 燥後，放入乾燥器中緩慢升溫乾燥45 60小時，乾燥器溫度不超過200°C的。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其在於所述的結合劑為液體酚 醛樹脂，酚醛樹脂的用量按重量計佔各組分總量的3% 6% ；所述的緩慢升溫乾燥的過程 為1小時內將乾燥器溫度均勻升溫到100°C，且在100°C保溫12小時，然後M小時內將溫 度從100°C均勻上升到200°C，然後在200°C下保溫15小時。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其在於所述的燒結板狀剛玉 Al2O3含量彡99. 5%，電熔尖晶石=Al2O3含量彡70%、Mg0含量彡25%，電熔莫來石=Al2O3含 量彡75% ,SiO2含量 98%，金屬矽粉Si含量> 98%， 金屬鋁粉Al含量> 99%，碳黑C含量> 97%。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其在於各組分的顆粒級配燒結板狀剛玉 顆粒直徑為(3 2、2 1、1 0.5、0.5 0)讓、電熔尖晶石為320目、電熔莫來石為250 目、α -氧化鋁微粉直徑為1 μ m、碳化矽顆粒直徑1 0mm、金屬矽粉400目、金屬鋁粉180 目、碳化硼為320目、鋁矽合金粉320目、金屬鋁纖維為3mmX0. 09mm(金屬鋁纖維長3mm，直 徑為 0. 09mm)。
上述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其在於燒結板狀剛玉的顆粒級配按重量百 分含量為
3 2mm，8% 13%
2 1mm，11% 17%
1 0. 5mm, 17 % 23 %
0. 5 0mm，8% 12%。
滑板磚中的各組分可形成三種結合相(1)酚醛樹脂與碳黑乾燥後碳化結焦，形 成碳結合相；( 金屬矽粉在高溫使用中與炭黑生成β-SiC，在磚體內形成陶瓷結合相； (3)在材料中添加金屬鋁粉與金屬矽粉，通過進行熱處理，產生熔融金屬結合相。這使滑板 的強度明顯提高，而且在使用中碳素燃盡之後，由於金屬、陶瓷結合系統的作用也能保持足 夠的殘餘強度。加入α-氧化鋁微粉也可以促進產品燒結結合作用，增強產品強度。
影響發明產品使用壽命的主要原因是由熱應力作用形成各種裂紋，為了提高滑板 磚的使用壽命，採用低膨脹係數的材料是最有效的途徑。莫來石材料的膨脹係數低，作為滑 板磚原料，可以降低滑板磚的膨脹係數和提高熱震穩定性；剛玉抗侵蝕性能好，但膨脹係數 比莫來石高；一定含量的莫來石有利於提高滑板磚的熱震穩定性，但隨著莫來石含量的提 高，滑板磚的抗侵蝕性能下降。因此滑板磚中莫來石加入量最多不超過15% ；莫來石含量 過低則滑板磚熱震穩定性下降，莫來石加入量最低不低於5%。
提高滑板磚的含碳量，可以增強其熱震穩定性，但隨著含碳量的增加，滑板磚被氧 化的危險性也隨之增大；一旦被氧化，滑板磚的抗衝刷和抗侵蝕能力降低；碳素原料的添 加量對滑板磚的抗侵蝕性能和熱震穩定性有很大的影響，所以將滑板磚中碳黑的添加量控 制在 3%，可以維持滑板磚的抗氧化能力，然後在產品中添加鋁纖維用於提高滑板磚 的抗高溫熱震性能和抗剝落性能，這樣能有效減少了滑板磚在使用中由於裂紋產生、孔口 損落、外側剝落的現象，增強了滑板磚的中、高溫強度和抗折性能。
碳黑屬非品質碳素，易於和金屬矽粉反應生成β-SiC形成陶瓷結合，在鋼中難於 溶解，可改善磚體顯微結構，提高機械性能和抗侵蝕性能。未與炭黑反應的金屬矽粉對提高 滑板磚的抗氧化性有利，在2 % 5 %範圍內，金屬矽粉的加入量越多，抗氧化效果越好，金 屬矽粉越細，越有利於其分布的均勻。少量的金屬鋁粉能明顯提高滑板磚的常溫耐壓性能 和抗折強度(高溫)；在金屬矽粉和金屬鋁粉總量為6%，金屬矽粉/金屬鋁粉=2時，材料 的抗氧化性和抗侵蝕性能最好。
加入SiC的作用是提高滑板磚的中、高溫強度和抗氧化性。為防止結合碳氧化使 組織脆化，對三種防氧化效果好的金屬鋁粉、金屬矽粉、B4C(碳化硼)採取了最佳添加量 減少強化組織結合的金屬鋁粉的添加量，增加高溫時防止氧化效果好的金屬矽粉的添加量 和低溫時防止氧化效果好的B4C(碳化硼)的添加量，對延遲氧化是非常有效的。
本發明的有益效果
1、節能環保優勢由於傳統的燒成滑板磚採用1400°C 1600°C碳保護高溫燒成， 經浸漬焦油、浙青後，再進行乾餾及清焦。這種生產工藝不僅能耗高，天然氣消耗高達1800 立方米/噸產品，而且焦油、浙青在浸漬、乾餾和清焦時產生大量的有害物質，對環境、人類 健康產生很大的影響；本發明的生產周期從原來的30天縮短到7天，天然氣消耗降低至50 立方米/噸產品，為原工藝的2.5%，免燒低碳滑板磚真正屬於環保、節能的綠色耐材產品。
2、適應市場需求隨著低碳鋼、潔淨鋼等優質鋼的發展，防止鋼水第二次汙染，必 需減少滑板磚對鋼水的增碳汙染，並要求在降低滑板磚中碳含量的同時，仍保持其較好的 抗熱震性和較高的高溫強度。碳的存在顯然對高純淨鋼的澆鑄是不利的。因此，本發明通過材質的改進，開發低碳連鑄用耐火材質，以儘可能降低碳對鋼水的汙染，同時也達到提高 其使用壽命的目的。
3、本發明產品的性能優勢發明產品屬於節能型低碳金屬Al-Si結合Al2O3-C滑 板磚，其工藝特點是低溫(不高於200°C)乾燥，產品特性是低碳，與常用的Al2O3-C和 Al2O3-ZrO2-C高溫燒成油浸滑板磚相比，具有較高的熱態強度，較好的抗熱震性和抗氧化 性。經大中型鋼包的批量使用表明，其連續使用次數是高溫燒成Al2O3-C滑板磚的1.5倍， 優於Al2O3-^O2-C滑板磚，用後滑板磚擴孔均勻，拉毛較少，裂紋微細。
具體實施方式
實施例1
發明產品基本生產工藝是按表1中的配方，燒結板狀剛玉(Al2O3含量彡99. 5% ) 經破碎篩分後按表1中的配方進行配料，加入溼碾機或高速混練機中混合3 5分鐘，加入 液體酚醛樹脂結合劑，混勻後再加入碳黑(型號N330)、金屬矽粉(Si含量> 98% )、碳化 矽、碳化硼、金屬鋁粉(Al含量彡99% )、電熔尖晶石(Al2O3含量彡70%、Mg0含量彡25%), 電熔莫來石(Al2O3含量> 75%、Si02含量 98% ),混合10 30分鐘出料。成型採用630噸以上高噸位抽真空壓 磚機，按照磚的形狀、尺寸，精確稱量物料，稱量好的料加入到模具內，成型到規定尺寸，每 塊磚要測量外形尺寸、平整度、對角線尺寸，每班要抽查10%的單重，每一車磚要檢測氣孔 率、體積密度，凡發現不合格現象必須報廢並查找原因。成型後的磚坯一般需經自然乾燥後 才能入乾燥器，磚坯在乾燥器中，按照1小時內均勻升溫到100°C，且在100°C保溫12小時， 然後M小時內將溫度從100°C均勻上升到200°C，然後在200°C下保溫15小時的升溫曲線 進行乾燥，乾燥後的磚坯經過檢查後合格的半成品才能裝窯。為了提高滑板的使用性，防止 裂紋的產生和擴大，要用鋼帶對滑板周邊打箍。為了提高滑板在開拉過程中的靈活性，防止 從滑動面之間漏鋼，滑動面要在磨床上進行加工，要求平整度小於0. 05mm。磨製後的滑板經 檢驗合格後，要在背面粘貼石棉墊和馬口鐵，其作用主要是減少通過滑板磚傳遞到滑動機 構上熱量，防止燒毀機構。
表1本發明產品的3個配方中各組分及結合劑的用量
權利要求
1.一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於包含以下組分燒結板狀剛玉、電 熔尖晶石、電熔莫來石、碳黑、α -氧化鋁微粉、碳化矽、金屬矽粉、金屬鋁粉、碳化硼、鋁矽合 金粉、金屬鋁纖維，以上各組分通過結合劑粘合在一起；其中各組分的重量百分含量為燒 結板狀剛玉為50 % 60%、電熔尖晶石10 % 25%、電熔莫來石5 % 15 %、碳黑1 % 3%, α-氧化鋁微粉3% 8%、碳化矽5% 10%、金屬矽粉2% 5%、金屬鋁粉 5%、碳化硼0. 5% 1 %、鋁矽合金粉1 % 3%、金屬鋁纖維0. 5% 2%。
2.根據權利要求1所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於所述的結合劑為 液體酚醛樹脂，液體酚醛樹脂的用量按重量計佔所述的各組分總量的3% 6%。
3.根據權利要求1所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於所述的燒結板狀 剛玉Al2O3含量彡99.5%,電熔尖晶石=Al2O3含量彡70%、MgO含量彡25%,電熔莫來石 Al2O3含量> 75%、Si02含量 98%，金屬矽粉Si含量 彡98%，金屬鋁粉Al含量> 99%，碳黑C含量> 97%。
4.根據權利要求1或3所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於各組分的顆 粒級配燒結板狀剛玉顆粒直徑為(3 2、2 1、1 0. 5,0. 5 0)mm、電熔尖晶石為320 目、電熔莫來石為250目、α -氧化鋁微粉直徑為1 μ m、碳化矽顆粒直徑1 0mm、金屬矽粉 400目、金屬鋁粉180目、碳化硼為320目、鋁矽合金粉320目、金屬鋁纖維為3mmX0. 09mm。
5.根據權利要求4所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於燒結板狀剛玉的 顆粒級配按重量百分含量為3 2mm，8% 13%2 1mm，11% 17%1 0. 5mm, 17% 23%0. 5 0mm，8% 12%。
6.一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其特徵在於該滑板磚包含以下組 分燒結板狀剛玉、電熔尖晶石、電熔莫來石、碳黑、α-氧化鋁微粉、碳化矽、金屬矽粉、金 屬鋁粉、碳化硼、鋁矽合金粉、金屬鋁纖維，以上各組分通過結合劑粘合在一起；其中各組分 的重量百分含量為燒結板狀剛玉為50% 60%、電熔尖晶石10% 25%、電熔莫來石 5% 15%、碳黑 3%、α-氧化鋁微粉3% 8%、碳化矽5% 10%、金屬矽粉2% 5%、金屬鋁粉1 % 5%、碳化硼0.5% 1%、鋁矽合金粉1 % 3%、金屬鋁纖維0.5% 2%，按上述配比的組分同結合劑混合後攪拌均勻，然後成型並自然乾燥後，放入乾燥器中 緩慢升溫乾燥45 60小時，乾燥器溫度不超過200°C的。
7.根據權利要求6所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其特徵在於所述 的結合劑為液體酚醛樹脂，酚醛樹脂的用量按重量計佔所述的各組分總量的3% 6% ；所 述的緩慢升溫乾燥的過程為1小時內將乾燥器溫度均勻升溫到100°C，且在100°C保溫12 小時，然後M小時內將溫度從100°C均勻上升到200°C，然後在200°C下保溫15小時。
8.根據權利要求6所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚的製備方法，其特徵在於所述 的燒結板狀剛玉Al2O3含量彡99. 5%，電熔尖晶石=Al2O3含量彡70%、MgO含量彡25%，電 熔莫來石=Al2O3含量> 75% ,SiO2含量 98%，金屬矽 粉Si含量> 98%，金屬鋁粉Al含量> 99%，碳黑(含量> 97%。
9.根據權利要求6或8所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於各組分的顆粒級配燒結板狀剛玉顆粒直徑為(3 2、2 1、1 0. 5、0. 5 0)mm、電熔尖晶石為320 目、電熔莫來石為250目、α -氧化鋁微粉直徑為1 μ m、碳化矽顆粒直徑1 0mm、金屬矽粉 400目、金屬鋁粉180目、碳化硼為320目、鋁矽合金粉320目、金屬鋁纖維為3mmX0. 09mm。
10.根據權利要求9所述的金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚，其特徵在於燒結板狀剛玉 的顆粒級配按重量百分含量為 3 2mm，8% 13% 2 1mm，11% 17% 1 0. 5mm, 17% 23% 0. 5 0mm，8% 12%。
全文摘要
本發明公開了一種金屬陶瓷結合免燒低碳滑板磚及其製備方法，該滑板磚中各組分的重量百分含量為燒結板狀剛玉50％～60％、電熔尖晶石10％～25％、電熔莫來石5％～15％、碳黑1％～3％、α-氧化鋁微粉3％～8％、碳化矽5％～10％、金屬矽粉2％～5％、金屬鋁粉1％～5％、碳化硼0.5％～1％、鋁矽合金粉1％～3％、金屬鋁纖維0.5％～2％。本發明產品低碳，熱態強度高，抗熱震性和抗氧化性好，用後擴孔均勻，拉毛較少，裂紋微細；本發明工藝特點是低溫乾燥，生產周期從原來的30天縮短到7天，天然氣消耗降低至原工藝的2.5％，免燒低碳滑板磚真正屬於環保、節能的綠色耐材產品。
文檔編號C04B35/66GK102030548SQ201010534259
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者杭文明, 王遠林 申請人:無錫市南方耐材有限公司