低碳Al的製作方法
2023-05-05 22:20:06
專利名稱：低碳Al的製作方法
所屬領域本發明屬於耐火材料製品製造技術領域，具體涉及一種以剛玉和礬土基β-Sialon為主要原料的低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法。
背景技術：
滑動水口是控制鋼水流動的關鍵部件，其安全性和長壽命對連鑄生產的正常運行起關鍵作用。而滑板是滑動水口的最重要組成部分，也是滑動水口各部件中承擔風險最大的元件，必須做到萬無一失。
目前國內的滑板主要材質為鋁碳和鋁鋯碳質，中小型鋼包主要用不燒或燒成鋁碳質滑板，大型鋼包主要使用鋁鋯碳質滑板。碳元素由於具有優良的抗侵蝕性和耐磨性，因此被廣泛使用於滑板磚中。鋁碳和鋁鋯碳質滑板磚含有5-8％的碳，在煉鋼連鑄使用中，滑板中的碳滲入鋼液，從而對鋼液產生汙染，影響低碳鋼、潔淨鋼的品質。所以目前的鋁碳和鋁鋯碳質滑板已難以滿足特種鋼特別是潔淨鋼生產的需要。潔淨鋼生產要求使用的滑板材料以低碳、低矽含量甚至無碳無矽為好。
塞隆具有優異的抗氧化性和抗熱震性以及良好的熱態強度，近年來已廣泛地應用於高檔耐火材料中。在耐火材料中引入塞隆，能改善耐火材料的使用性能，提高使用壽命。在滑板中引入塞隆，能明顯改善滑板的抗氧化性、抗熱震性和熱態強度，提高滑板使用壽命。
文獻「優質滑動水口的工藝研究」(重型機械科技，2003，513-19)提供了一種非氧化物結合剛玉滑板的製備方法。該方法以剛玉為主要原料，金屬矽粉和鋁粉為添加劑，採用高溫氮化法在滑板中生成Sialon/Si3N4等非氧化物結合相。該方法採用高溫直接氮化生產非氧化物結合剛玉滑板，生產成本較高。
文獻「塞隆結合剛玉滑板的性能及應用」(耐火材料，2003，5303-304)介紹了一種直接氮化法製備塞隆結合剛玉滑板的方法。主要方法為以板狀剛玉、金屬矽粉和鋁粉為主要原料，以紙漿廢液為結合劑，機壓成型，乾燥後進入氮化爐內氮化燒結，氮化溫度為1450-1470℃，保溫時間為8-12小時。該方法採用高溫直接氮化法生產塞隆結合剛玉滑板，原料要求嚴格，生產工藝設備複雜，產品成本較高。
名為「含賽隆的滑動水口磚」的專利(授權公告日2003年5月14日授權公告號CN 1108212C)介紹了一種含賽隆滑動水口磚的製備方法。該專利介紹的滑動水口磚，其成分按重量百分比為塞隆的含量17～45％，燒結氧化鋁或電熔氧化鋁30～80％，碳化矽或碳化硼1～10％。為了製備含賽隆的滑動水口磚，該專利採用下述三種方法1.利用金屬矽、氧化鋁及其他助燒結劑為原料，直接在氮化爐內高溫氮化反應，從而製備含賽隆的耐火材料。2.採用氮化矽、氧化鋁及其它助燒結劑為原料，直接在氮化爐內高溫氮化反應，從而製備含賽隆的耐火材料。3.採用已合成好的塞隆細粉、氧化鋁顆粒及其他助燒結劑為原料，直接在氮化爐內高溫氮化反應，從而製備含賽隆的耐火材料。該專利製備的滑動水口磚也是採用高溫直接氮化法生產，生產工藝裝備複雜，成本較高。
從以上文獻和專利分析，目前已有報導的含塞隆的滑板都是通過直接高溫氮化燒結的方法製備的，生產工藝設備複雜，成本較高，難以實現工業化生產。
發明內容
本發明的目的是利用中國天然高鋁礬土為原料製備的礬土基β-Sialon，與剛玉材料複合，採用還原氣氛(埋碳)燒成工藝製備成一種低碳礬土基Al2O3-β-Sialon滑板磚，以克服現有技術生產工藝設備複雜、成本較高、難以實現工業化生產的不足，並大大降低材料的碳含量。
本發明的技術方案為低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，以剛玉顆粒和細粉、礬土基β-Sialon顆粒及細粉、活性氧化鋁為原料，採用埋碳條件下還原氣氛燒成工藝，其步驟為將重量份數為55-85％的剛玉顆粒和細粉，5-25％的礬土基β-Sialon顆粒和/或細粉，2-12％活性氧化鋁，0-2％石墨或炭黑，2-10％防氧化劑混合均勻，加入原料總量3-6％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；將成型物放入燒結爐中，在還原氣氛下燒成，燒成溫度1300℃-1580℃，保溫6-20小時；將上述燒成物浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，即得產物。
其中剛玉顆粒為燒結板狀剛玉、燒結剛玉、電熔白剛玉、電熔緻密剛玉、礬土基電熔剛玉中的一種或幾種，顆粒的粒徑為5-0.1mm。
剛玉細粉為燒結板狀剛玉、燒結剛玉、電熔白剛玉、電熔緻密剛玉、礬土基電熔剛玉中的一種或幾種，細粉的粒徑小於0.088mm。
礬土基β-Sialon顆粒中β-Sialon的含量為重量比50-95％，顆粒粒徑為2-0.1mm。
礬土基β-Sialon細粉中β-Sialon的含量為重量比50-95％，細粉粒徑小於0.088mm。
石墨或碳黑中，C≥90％，粒度小於0.20mm。
防氧化劑為金屬鋁粉、金屬矽粉、碳化硼或碳化矽中的一種或幾種，粒度為0.088-0.001mm。
與現有技術相比，本發明的優點在於1.用該發明方法製備的滑板磚與現有的鋁碳滑板磚相比，具有優異的抗氧化性和抗熱震性，較高的熱態抗折強度。
2.本發明所用的非氧化物來自天然高鋁礬土製備的礬土基β-Sialon，原料成本低，又充分利用了我國豐富的天然高鋁礬土資源。
3.本發明中燒成工藝採用的還原氣氛燒成比氮化燒結工藝生產設備簡單，生產工藝易於控制，生產效率高，因此成本較低。
4.本發明製備的滑板磚含碳量極低，能減少使用中碳對鋼水的汙染，適用於大中型鋼包和中間包澆注低碳鋼、高氧鋼、高錳鋼、鈣處理鋼等各種潔淨鋼的連鑄作業。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述，但不局限於下列實施例。
實施例1原料選用燒結板狀剛玉顆粒、電熔白剛玉粉、礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比92％)、活性氧化鋁、碳含量大於97％石墨、金屬鋁粉為原料，其粒度見表1，表1原料的粒度組成
各種原料的重量百分比為燒結板狀剛玉顆粒60％，電熔白剛玉粉17％份，礬土基β-Sialon粉10％，活性氧化鋁8％份，石墨2％份，金屬鋁粉3％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量5％的酚醛樹脂作為結合劑，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛下1480℃燒成，保溫時間12小時；然後再浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，製得低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為含碳量是5.6％，顯氣孔率6％，體積密度3.10g/cm3，常溫耐壓強度135Mpa，高溫抗折強度27.9Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
實施例2原料選用燒結剛玉顆粒、電熔白剛玉粉、礬土基β-Sialon顆粒(β-Sialon的含量為重量比88％)、礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比90％)、活性氧化鋁、碳含量大於98％碳黑、金屬鋁粉和碳化硼為原料，原料的粒度見表2。
表2原料的粒度組成
各種原料的重量百分比為燒結剛玉顆粒53％，電熔白剛玉粉16％，礬土基β-Sialon顆粒7％，礬土基β-Sialon粉12％，活性氧化鋁5％，金屬鋁粉3％，碳化硼2％，碳黑2％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量5.5％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛(埋碳)下1530℃燒成，保溫時間10小時；然後再浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，製得低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為含碳量是5.8％，顯氣孔率7％，體積密度3.06g/cm3，常溫耐壓強度117Mpa，高溫抗折強度25.7Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
實施例3原料選用礬土基電熔剛玉顆粒、燒結板狀剛玉粉、礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比75％)、活性氧化鋁、碳含量大於92％石墨、金屬矽粉為原料。原料的粒度見表3。
表3原料的粒度組成
各種原料按重量百分比為礬土基電熔剛玉顆粒65％，燒結板狀剛玉粉15％，礬土基β-Sialon粉10％，活性氧化鋁5％，金屬矽粉4％，石墨1％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量5.0％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛下1450℃燒成，保溫時間8小時；然後再浸油乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，製成一種低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為4.7％，顯氣孔率8％，體積密度3.03g/cm3，常溫耐壓強度121Mpa，高溫抗折強度21.3Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
實施例4原料選用礬土基電熔剛玉顆粒，燒結剛玉粉，礬土基β-Sialon顆粒(β-Sialon的含量為重量比58％)，礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比67％)，活性氧化鋁，金屬矽粉，碳化矽，碳含量大於96％碳黑。原料的粒度見表4。
表4原料的粒度組成
各種原料按重量百分比為礬土基電熔剛玉顆粒54％，燒結剛玉粉21％，礬土基β-Sialon顆粒6％，礬土基β-Sialon粉6％，活性氧化鋁7％，碳化矽5％，碳黑1％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量5.2％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛下1380℃燒成，保溫時間16小時；然後再浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，製得低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為含碳量是4.8％，顯氣孔率9％，體積密度2.98g/cm3，常溫耐壓強度113Mpa，高溫抗折強度19.1Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
實施例5原料選用燒結板狀剛玉顆粒，電熔緻密剛玉顆粒，燒結剛玉粉，礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比84％)，活性氧化鋁，金屬鋁粉，碳化硼。原料的粒度見表5。
表5原料的粒度組成
各種原料按重量百分比為燒結板狀剛玉顆粒15％，電熔緻密剛玉顆粒45％，燒結剛玉粉10％，礬土基β-Sialon粉15％，活性氧化鋁7％，金屬鋁粉5％，碳化硼3％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量3.8％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛(埋碳)下1570℃燒成，保溫時間14小時；然後再浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，製得低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為含碳量是3.5％，顯氣孔率4％，體積密度3.15g/cm3，常溫耐壓強度189Mpa，高溫抗折強度30.5Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
實施例6
原料選用電熔白剛玉顆粒，電熔白剛玉粉，燒結板狀剛玉粉，礬土基β-Sialon顆粒(β-Sialon的含量為重量比78％)，礬土基β-Sialon粉(β-Sialon的含量為重量比89％)，活性氧化鋁，金屬矽粉，碳化硼。原料的粒度見表6表6原料的粒度組成
各種原料按重量百分比為電熔白剛玉顆粒43％，電熔白剛玉粉10％，燒結板狀剛玉粉10％，礬土基β-Sialon顆粒12％，礬土基β-Sialon粉7％，活性氧化鋁11％，金屬矽粉4％，碳化硼3％。
製備將所用原料按上述比例混合均勻，加入原料總量4.2％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；在還原氣氛(埋碳)下1500℃燒成，保溫時間12小時；然後再浸油、乾餾、打箍、磨製、塗面加工，製得低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚。
經檢測，所製備滑板磚理化指標為3.6％，顯氣孔率5％，體積密度3.10g/cm3，常溫耐壓強度162Mpa，高溫抗折強度27.1Mpa(在1400℃，埋碳保溫半小時的條件下)。
權利要求
1.低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，以剛玉顆粒和細粉、礬土基β-Sialon顆粒和細粉、活性氧化鋁為主要原料，採用埋碳條件下還原氣氛燒成工藝，其特徵在於a.將重量份數為55-85％的剛玉顆粒和細粉，5-25％的礬土基β-Sialon顆粒和/或細粉，2-12％活性氧化鋁，0-2％石墨或炭黑，2-10％防氧化劑混合均勻，加入原料總量3-6％的酚醛樹脂，混練後機壓成型，乾燥；b.將成型物放入燒結爐中，在還原氣氛下燒成，燒成溫度1300℃-1580℃，保溫6-20小時；c.將上述燒成物浸油、乾餾、打孔、打箍、磨製、塗面加工，即得產物。
2.依權利要求1所述的低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的剛玉顆粒為燒結板狀剛玉、燒結剛玉、電熔白剛玉、電熔緻密剛玉、礬土基電熔剛玉中的一種或幾種，顆粒的粒徑為5-0.1mm。
3.依權利要求1所述的低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的剛玉細粉為燒結板狀剛玉、燒結剛玉、電熔白剛玉、電熔緻密剛玉、礬土基電熔剛玉中的一種或幾種，細粉的粒徑小於0.088mm。
4.依權利要求1所述的低碳基Al2O3-礬土β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的礬土基β-Sialon顆粒中β-Sialon的含量為重量比50-95％，顆粒粒徑為2-0.1mm。
5.依權利要求1所述的低碳基Al2O3-礬土β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的礬土基β-Sialon細粉中β-Sialon的含量為重量比50-95％，細粉粒徑小於0.088mm。
6.依權利要求1所述的低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的石墨或碳黑中，C≥90％，粒度小於0.20mm。
7.依上述權利要求所述的任一低碳Al2O3-礬土基β-Sialon滑板磚的製備方法，其特徵在於所說的防氧化劑為金屬鋁粉、金屬矽粉、碳化硼或碳化矽中的一種或幾種，粒度為0.088-0.001mm。
全文摘要
本發明提供了一種低碳Al
文檔編號C04B35/10GK1686921SQ20051001745
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月29日 優先權日2005年3月29日
發明者鍾香崇, 石凱, 嶽衛東, 呂培中, 葉方保, 羅焰, 衛忠賢 申請人:鄭州大學, 河南省伯馬(集團)新鄉市耐火材料廠