CN102898157A

CN102898157A - Al4O4C结合Al-Al2O3复合无碳滑板及制备方法

Info

Publication number: CN102898157A
Application number: CN2012103773040A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 张军杰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-08
Also published as: CN102898157B

Abstract

一种Al₄O₄C结合Al-Al₂O₃复合无碳滑板及制备方法，属于耐火材料领域。该滑板原料组成为60-85%的刚玉、5-20%的活性氧化铝、2-20%的金属Al，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后在1200-1700℃下埋炭条件下烧成。该产品具有金属-非金属结合的结构，有优良的物理性能指标：显气孔率3-10%、体积密度3.1-3.4g/cm³、常温耐压强度150-500MPa、高温抗折强度30-70Mpa。产品有优良的抗水化性；游离态的金属铝使得产品具有优良的抗热震性。产品所用原料主要成分化学稳定性高、氧位低，并且不含碳和易水化的Al₄C₃，用于洁净钢连铸时不会发生二次C、O、H及其它杂质的污染。

Description

Al4O4C结合Al-Al2O3复合无碳滑板及制备方法

技术领域

本发明涉及制备一种炼钢连铸用滑板，尤其涉及一种洁净钢连铸用的Al₄O₄C结合Al-Al₂O₃复合无碳滑板及其制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术

为适应近代工业技术的发展，钢铁工业也发生了革命性的变化，其标志之一是诞生了质量非常优越的洁净钢。其洁净度要求达到： [S]≤5×10^-4%、[P]≤20×10^-4%、[N]≤15×10^-4%、[H]≤1. 5×10^-4%、T[O]≤10×10^-4%、[C]≤10×10^-4%水平，即杂质总量不超过70ppm。冶炼杂质含量如此低的钢，除了冶炼技术上的革新外，对耐火材料也提出了新的要求。滑板是冶炼完毕时钢液中杂质含量已达到要求后最后经过的耐火材料之一，故滑板不可再向钢液中扩散O、C、N及H等杂质。

滑板是决定滑动水口功能的关键部分。由于滑板反复接触高温钢水（特别是铸孔部位），蚀损严重，使用条件苛刻。在浇注过程中保证滑板间不漏钢水，滑板必须具备以下性能：滑板对钢水和炉渣要有很强的抗侵蚀性和冲刷性、抗热震性、高耐磨性和高温强度、与钢水接触具有低侵润湿性、高抗氧化性。

目前现代钢铁企业中滑板的主流产品为铝碳质、铝锆碳质滑板。滑板在使用过程中存在碳氧化的问题，碳氧化造成滑板结构疏松，使铁和锰等的氧化物渗入滑板基体中，与滑板中的硅发生反应而生成的铁和锰尖晶石，此反应反过来又加速了碳的氧化。并且由于铝碳、铝锆碳滑板材质中含有大量的SiO₂，与钢液中及渣中的FeO、MnO、CaO等成分反应生成低熔物，使滑板在高温下不耐冲刷。

洪彦若等在研究非氧化物复合材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属的大部分为过渡塑性相，少部分为金属塑性相。两者初始时均起塑性成型作用，在常温压制成型时金属的塑性使刚性成型转变为塑性成型，提高制坯的密度和降低气孔率；在烧结过程，金属液化或软化，充填空隙，起助烧剂作用，提高制品致密度。区别之处在于烧结过程，过渡塑性相的金属与环境气氛及材料发生了反应，生成了非金属增强相，提高材料的高温强度和抗热震性。

近几年，金属基结合滑板是研究的热点。卜景龙等以板状刚玉和金属铝为主要原料，采用1100℃的高温氮化反应烧结工艺，制得以金属铝和氮化铝为结合相，以刚玉为主晶相的Al-AlN-Al₂O₃复相滑板。田养利等以板状刚玉和金属铝粉为主要原料制备了金属-氮化物结合刚玉滑板。上述研究均是利用金属Al在高温下反应生成AlN高温非金属增强相，使得制品具有较好的性能。但大量的AlN使得制品在常温下水化严重，产品不能长期存放，进而使得产品工业化生产非常困难。

发明内容

本发明旨在克服现有滑板材料中含有大量AlN、Al₄C₃的制品在常温下水化严重，产品不能长期存放，进而使得产品工业化生产非常困难的缺陷，提供一种强度高、热震稳定性好、抗侵蚀性好、寿命长的滑板材料及其制造方法，以满足洁净钢连铸的需要。

本发明的技术方案：

按重量百分比计，原料组成为60-85%的刚玉、5-20%的活性氧化铝、2-20%的金属Al，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。

所述刚玉有3-1mm、1-0.1mm、0.1-0mm三种粒度，所述活性氧化铝粒度为0.1-0mm，所述金属Al粒度为0.1-0mm。

所述Al-Al₂O₃滑板耐火材料的生产方法，按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后在1200-1700℃埋炭条件下烧成。

本发明的积极效果：

1、本发明利用过渡塑性相工艺制备了Al-Al₂O₃金属与非金属复合滑板。滑板不含C且含活泼的金属Al和不水化的Al₄O₄C、Al₂OC，使用时不会对洁净钢发生C、O及H的二次污染，能满足洁净钢生产要求。

2、本发明产品经过高温烧成之后形成Al₄O₄C、Al₂OC及AlN等高熔点化合物。Al₄O₄C、Al₂OC这两种氧化物除了具有熔点高、高温稳定性好、耐蚀性好外，又具有碳化物热导率高、热膨胀率小、抗热冲击性好等优点。AlN具有弥散增韧作用，同时作为刚玉颗粒之间的结合物而提高了材料的致密度、导热性、常温强度及高温强度。

3、本发明所得产品为金属和非金属结合的无碳滑板：Al₄O₄C和Al₂OC增强相以板片状和柱状穿插在基质中，AlN弥散分布在刚玉颗粒之间，游离态的金属Al填充于基质的间隙和气孔中。其中游离态的Al降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提高材料的韧性和抗热震性能，同时Al使制品氧位降低，不会对洁净钢产生O污染。

4、由于试样内部没有Al₄C₃的存在、AlN的量较少，加上Al₄O₄C和Al₂OC的抗水性较好，良好的抗水化性能使得高温下滑板性能稳定，没有H₂O的分解，避免了对钢发生H污染，并便于滑板的长期存放。

5、本发明产品具有优良的物理性能指标。显气孔率3-10%、体积密度3.1-3.4g/cm³、常温耐压强度150-500MPa、高温抗折强度30-70Mpa。

6、本发明的滑板产品能满足钢铁行业的高效连铸和产品高性能、高附加值的洁净钢等等方面的要求，市场潜力大，适宜于推广应用，将具有良好的经济和社会效益。

具体实施方式

实施例1：Al₄O₄C结合的Al-Al₂O₃复合无碳滑板及其制备方法，按重量百分比计，原料组成为：82%的刚玉、9%的活性氧化铝、9%的金属铝粉，外加3.5%的热固性酚醛树脂。

生产时，先按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后经摩擦压力机压制成型，在在200±10℃下干燥9h，然后在1450℃埋炭烧成；再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。

所述粉料为粒度小于325目的金属Al粉、活性氧化铝及部分刚玉，所述骨料为粒度为3-1mm、1-0.1mm的刚玉；述刚玉分为板状刚玉和白刚玉。

所得产品的性能指标为：显气孔率4.1%，体积密度3.27g/cm³，常温耐压强度410MPa，高温抗折强度61MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

实施例2：生产工艺和实施例1相同，不同之处在于：

按重量百分比计，原料组成为：82%的刚玉、12%的活性氧化铝、6%的金属铝粉，外加3.5%的热固性酚醛树脂。所得产品的性能指标为：显气孔率5.4%，体积密度3.20g/cm³，常温耐压强度390MPa，高温抗折强度58MPa，其抗热震性、抗侵蚀性、抗氧化性及抗水化性均较好。

Claims

1.一种Al₄O₄C结合Al-Al₂O₃复合无碳滑板，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为60-85%的刚玉、5-20%的活性氧化铝、2-20%的金属Al，外加上述原料总量2-6%的酚醛树脂为结合剂。

2.根据权利要求1所述的Al₄O₄C结合Al-Al₂O₃复合无碳滑板，其特征在于：所述刚玉有3-1mm、1-0.1mm、0.1-0mm三种粒度，所述活性氧化铝为0.1-0mm，所述金属Al粒度为0.1-0mm。

3.权利要求1或2所述的Al₄O₄C结合Al-Al₂O₃复合无碳滑板的制备方法，其特征在于：按配比称取各种原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后加压成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后在1200-1700℃下埋炭条件下烧成，再经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。