專利名稱：Al₂₃O₂₇N₅結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備一種煉鋼連鑄用滑板，尤其涉及一種潔凈鋼連鑄用的Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板及其制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中滑板的主流產(chǎn)品為鋁碳質(zhì)、鋁鋯碳質(zhì)滑板，其生產(chǎn)過程需要浸油工序。近年來，潔凈鋼獲得了飛速發(fā)展，常規(guī)的鋁碳質(zhì)、鋁鋯碳質(zhì)滑板因向鋼液增碳以不能滿足潔凈鋼連鑄的需要。并且鋁碳質(zhì)、鋁鋯碳質(zhì)滑板在使用過程中存在碳氧化的問題，碳氧化造成滑板結(jié)構(gòu)疏松，使鐵和錳等的氧化物滲入滑板基體中，與滑板中的氧化鋁發(fā)生反應(yīng)而生成的鋁鐵和錳鋁尖晶石，此反應(yīng)反過來又加速了碳的氧化。碳具有導(dǎo)熱率高、溫差小、熱面溫度低、對氧化物熔渣的不潤濕性等優(yōu)點，其存在有助于滑板制品性能的提高，所以在無碳化的同時如何確?；宓母黜椥阅苤笜?biāo)是最近研究的熱點。洪彥若等在研究非氧化物復(fù)合材料時，提出了金屬塑性相復(fù)合耐火材料的理論及實現(xiàn)該材料的工藝，即過渡塑性相工藝。在剛性的無機氧化物中加入一定量的金屬，金屬的大部分為過渡塑性相，少部分為金屬塑性相。兩者初始時均起塑性成型作用，在常溫壓制成型時金屬的塑性使剛性成型轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄猿尚?，提高制坯的密度和降低氣孔率；在燒結(jié)過程，金屬液化或軟化，充填空隙，起助燒劑作用，提高制品致密度。區(qū)別之處在于燒結(jié)過程，過渡塑性相的金屬與環(huán)境氣氛及材料發(fā)生了反應(yīng)，生成了非金屬增強相，提高材料的高溫強度和抗熱震性。Al23O27N5為一致熔融化合物，其晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石型，熔點為1940°C，并可以穩(wěn)定至室溫。Al23O27N5具有良好的光學(xué)和價電性能，同時還具有良好的力學(xué)和熱學(xué)性能，比如線膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率低。最重要的是Al23O27N5難以被鐵及氧化物基熔渣潤濕，因而具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性和抗渣滲透性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在制備出一種無需浸油的Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板，其既克服了現(xiàn)有滑板材料對鋼液增碳及碳氧化的問題，又精簡了生產(chǎn)工序，大大降低了生產(chǎn)成本。同時產(chǎn)品具有強度高、熱震穩(wěn)定性好、抗渣侵蝕性好、抗渣滲透性好、壽命長等特點，能夠滿足潔凈鋼連鑄的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案:
按重量百分比計，原料組成為55-85%的剛玉、5-30%的活性氧化鋁、1-15%的金屬Al，0-3%的碳黑和石墨，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。所述剛玉包括板狀剛玉和白剛玉，有3-lmm、l-0.lmm、0.1-Omm 二種粒度，二種粒度比例為:
3 ≤粒度< 1_ 45-65%、I ≤粒度< 0.1_ 18_30%、0.I ≤粒度< 0_ 17-30%。
所述活性氧化招粒度為0.1-Omm,所述金屬Al粒度為0.1-Omm,所述碳黑和石墨粒度為 0.l-Omrn。所述Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板耐火材料的生產(chǎn)方法，按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型。先在120-600°C下烘干5-25h，然后在1200-1600°C氮氣條件下燒成5-25h。本發(fā)明以過渡塑性理論為基礎(chǔ)，使得滑板在高溫?zé)蛇^程中原位生成在Al23O27N5,并且將體系中的C以CO的形式排出。其反應(yīng)及其熱力學(xué)數(shù)據(jù)見附I。少量塑性相金屬Al的存在，使得滑板具有優(yōu)良的抗熱震性。制備出一種性能優(yōu)良的無需浸油、適合潔凈鋼連鑄的Al23O27N5結(jié)合的復(fù)合滑板。 本發(fā)明的積極效果:
1、本發(fā)明利用過渡塑性相工藝制備了 Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板。滑板不含C，其主要成分化學(xué)穩(wěn)定性高、氧位低，且含活潑的金屬Al，使用時不會對潔凈鋼發(fā)生C、0及H的二次污染，能滿足潔凈鋼生產(chǎn)要求。2、本發(fā)明產(chǎn)品無需浸油工序，精簡了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明所得產(chǎn)品為非氧化物結(jié)合的無碳滑板，結(jié)合相Al23O27N5為高熔點化合物，使得產(chǎn)品具有優(yōu)良的高溫強度、抗渣侵蝕性和抗渣滲透性，并且游離態(tài)的Al降低材料的氣孔率并發(fā)揮著塑性相的作用，提高材料的韌性和抗熱震性能，同時Al使制品氧位降低，不會對潔凈鋼產(chǎn)生O污染。4、本發(fā)明產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理性能指標(biāo)。顯氣孔率4-13%、體積密度3.0-3.4g/cm3、常溫耐壓強度150-280MPa、高溫抗折強度15_55Mpa。
具體實施例方式實施例1:一種Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板的制備方法，按重量百分比計，原料組成為:81%的剛玉、15%的活性氧化鋁、4%的金屬鋁粉，外加3%的熱固性酚醛樹脂。生產(chǎn)時，先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機壓制成型，先在120-60(TC下烘干12h，然后在120-60(TC氮氣條件下高溫?zé)Y(jié)9h ;再經(jīng)加箍、磨制、涂布即制成本發(fā)明產(chǎn)品。所述粉料為粒度小于325目的金屬Al粉、活性氧化鋁及部分剛玉，所述骨料為粒度為3-lmm、l-0.1mm的剛玉；上述剛玉分為板狀剛玉和白剛玉。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率5.6%，體積密度3.34g/cm3，常溫耐壓強度2IOMPa,高溫抗折強度39MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗渣滲透性均較好。實施例2:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
按重量百分比計，原料組成為:72%的剛玉、20%的活性氧化鋁、7%的金屬鋁粉、1%的石墨，外加3%的熱固性酚醛樹脂。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率8.3%，體積密度3.18g/cm3,常溫耐壓強度243MPa，高溫抗折強度47MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗渣滲透性均較好。實施例3:生產(chǎn)工藝和實施例1相同，不同之處在于:
按重量百分比計，原料組成為:63%的剛玉、25%的活性氧化鋁、10%的金屬鋁粉、2%的石墨，外加3%的熱固性酚醛樹脂。所得產(chǎn)品的性能指標(biāo)為:顯氣孔率10.7%，體積密度3.09g/cm3,常溫耐壓強度269MPa，高溫抗折強度53MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗渣滲透性均較好。附I
1.10.5A1203(s) + 4.5C(s) +2A1 (I) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5 (s)+ 4.5C0(g)AG=688348-455.874T T 彡 1510K 時，AG 彡 0 ;
2.1OAl2O3(S) + 3C(s) + 3A1(1) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5 (s) + 3C0 (g)AG=18498-165.599T T 彡 112K 時，AG<0
3.9.5A1203(s) + 1.5C(s) + 4A1 (I) + 2.5N 2(g) = Al23O27N5 (s) + 1.5C0(g) AG=-651352+124.676T T 彡 5224K 時，Λ G 彡 0，反應(yīng)恒可以發(fā)生。三個反應(yīng)均 將體系中的C轉(zhuǎn)化為CO。
權(quán)利要求
1.一種Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板，其特征在于:按重量百分比計，原料組成為55-85%的剛玉、5-30%的活性氧化鋁、1-15%的金屬Al，0_3%的碳黑和石墨，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板，其特征在于:所述剛玉有3-lmmU-0.lmm、0.l-Omm三種粒度，包括板狀剛玉和白剛玉，三種粒度比例為:3彡粒度< Imm 45-65%、I 彡粒度< 0.1mm 18_30%、0.I 彡粒度< Omm 17-30% ； 所述活性氧化鋁為0.1-Omm ;所述金屬Al粒度為0.1-Omm ;所述碳黑和石墨的粒度為0.1-Omm0
3.權(quán)利要求1或2所述的Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板的制備方法，其特征在于:按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，先在120-600°C下烘干5-25h，然后在1200-1600°C氮氣氣氛下燒成5_25h，再經(jīng)加箍、磨制、涂布即制成本發(fā)明產(chǎn)品 O
全文摘要
一種Al23O27N5結(jié)合的剛玉質(zhì)復(fù)合滑板及其制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。該滑板按重量百分比計的原料組成為55-85%的剛玉、5-30%的活性氧化鋁、1-15%的金屬Al，0-3%的碳黑和石墨，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結(jié)合劑。生產(chǎn)時按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后壓制成型，先在120-600℃下烘干5-25h，然后在1200℃-1600℃氮化氣氛下燒結(jié)5-25h。本發(fā)明產(chǎn)品顯氣孔率4-13%、體積密度3.0-3.4g/cm3、常溫耐壓強度150-280MPa、高溫抗折強度20-55MPa。有良好的抗侵蝕性和抗熱震性，成本低，所用原料主要成分化學(xué)穩(wěn)定性高、氧位低，用于潔凈鋼連鑄時不會發(fā)生二次C、O、H及其它雜質(zhì)的污染。
文檔編號C04B35/622GK103214256SQ201310171149
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者李勇, 張軍杰 申請人:北京科技大學(xué)