一种炼钢用铝碳滑板砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种炼钢用铝碳滑板砖及其制备方法。其技术方案是：将短切碳纤维、硅基表面改性剂和无水乙醇混合，烘干，即得预处理短切碳纤维。将白刚玉细粉、鳞片石墨、炭黑、硅粉、活性氧化铝粉、碳化硼粉和预处理短切碳纤维混合，即得预处理料。将粒径大于1mm且小于等于3mm白刚玉颗粒和粒径大于0.075mm且小于等于1mm白刚玉颗粒、预处理料、磷酸三乙酯和热固性酚醛树脂混合均匀，压制成型，干燥，固化，然后于埋碳气氛和1300～1400℃条件下烧成5～8小时，制得炼钢用铝碳滑板砖。本发明专利技术具有对设备要求低、工艺简单和原料分散均匀的特点，用该方法所制制品的抗热震性能良好、常温及高温力学性能优异、抗氧化性能好。抗氧化性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种炼钢用铝碳滑板砖及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝碳滑板砖
具体涉及一种炼钢用铝碳滑板砖及其制备方法。

技术介绍

[0002]滑动水口是钢铁连铸工艺中的重要高温功能部件，具有控制钢流和保护浇铸等功能。铝碳砖具有高温强度高、抗渣性与抗热震性能优异等特点，已在滑动水口中得到广泛应用。但随着冶炼技术的进一步发展，对滑板砖提出了更加苛刻的要求。首先，洁净钢的冶炼要求部件中碳含量不能过高，但单纯减少碳源的加入量会导致材料抗热震性能的显著下降。其次，基于经济方面的考虑要求材料具有更长的使用寿命，而铝碳滑板砖的使用寿命除与其抗热震性能有关外，还与其高温力学性能密切相关。另外，由于碳是铝碳滑板砖中的关键功能相，一旦其被大量氧化，材料的许多性能均会显著下降，所以抗氧化性能也十分重要。因此，研究者采用了许多方法来提高铝碳滑板砖的抗热震性能、高温力学性能与抗氧化性能。
[0003]其中最直接的做法之一就是将铝碳滑板砖的传统原料进行改性并应用，如“一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法”(CN201610259340.5)专利技术，该技术利用ZrC改性石墨制备铝碳滑板砖，虽有利于提高材料的抗氧化性能和高温力学性能，但是采用的工艺过程较为复杂，且仅使用对石墨等传统原料进行表面改性的方法，对材料力学性能的提高较为有限。有些研究者开发了引入新型添加剂并结合氮化烧成工艺的相关方法，如“一种纳米硅原位生成陶瓷相增强型铝碳滑板及其制备工艺”(CN201911225412.4)专利技术，该技术采用添加纳米硅粉辅以四氯化硅改性石墨的方法制备铝碳滑板砖，虽有利于提高材料的抗氧化性能和高温力学性能，但对设备的要求较高；“一种添加钛铁合金的铝碳滑板砖及其生产方法”(CN202210645829.1)专利技术，该技术采用添加钛铁合金粉的方法制备铝碳滑板砖，有利于提高材料的高温力学性能和抗热震性能，这些使用氮化烧成工艺的方法虽可使材料力学等性能有较显著的提高，但对设备的要求较高。为了在对设备要求低的前提下使铝碳滑板砖的性能有尽可能显著的提高，研究者们又向其中引入了各种自身力学性能优异的纤维，如“一种氧化铝纤维增强型铝碳质滑板及其制备工艺”(CN202211043808.9)专利技术，该技术采用添加氧化铝纤维的方法制备铝碳滑板砖，虽有利于提高材料的高温力学性能和抗热震性能，但氧化铝纤维要起到增强作用所需的添加量较大，这既增加了生产成本又增加了分散均匀的困难性，而原料分散不均不仅会减弱纤维对力学性能和抗热震性能的增强作用，还会对材料的抗氧化性产生负面影响。“一种加入碳纤维的不烧铝碳滑板及其制备方法”(CN202111153432.2)专利技术，该技术采用添加碳纤维的方法制备不烧铝碳滑板砖，有利于提高材料的高温力学性能和抗热震性能，但是采用的碳纤维与其他原料相容性不足，难以使原料获得足够的分散均匀性，从而使材料的力学性能和抗热震性能提高有限，且不利于材料的抗氧化性提高，未能充分发挥碳纤维的优异性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服现有技术存在的缺陷，目的在于提供一种对设备要求低、工艺简单和原料分散均匀的炼钢用铝碳滑板砖的制备方法，用该方法制备的炼钢用铝碳滑板砖的具有良好的抗热震性能、常温及高温力学性能与抗氧化性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤是：
[0006]步骤一、将30～36wt％的短切碳纤维、1～3wt％的硅基表面改性剂和63～68wt％的无水乙醇混合18～26小时，于80～110℃条件下烘干12～24小时，即得预处理短切碳纤维。
[0007]步骤二、将65～71wt％的白刚玉细粉、2～3wt％的鳞片石墨、5～6wt％的炭黑、10～11wt％的硅粉、10～11wt％的活性氧化铝粉、1～2wt％的碳化硼粉和1～2wt％的预处理短切碳纤维混合2～6小时，即得预处理料。
[0008]步骤三、将40～46wt％的粒径大于1mm且小于等于3mm白刚玉颗粒和15～18wt％的粒径大于0.075mm且小于等于1mm白刚玉颗粒、33～36wt％的预处理料、1～2wt％的磷酸三乙酯和4～5wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，于100～150MPa条件下压制成型，在80～110℃条件下干燥0～24小时，再于180～200℃条件下固化18～24小时，然后于埋碳气氛和1300～1400℃条件下烧成5～8小时，制得炼钢用铝碳滑板砖。
[0009]所述硅基表面改性剂为γ
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氨丙基三乙氧基硅烷和γ―(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种；其中：所述γ
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氨丙基三乙氧基硅烷纯度大于98wt％，所述γ―(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷纯度大于98wt％。
[0010]所述短切碳纤维的C含量大于93wt％，短切碳纤维的长度小于1mm。
[0011]所述白刚玉细粉的Al2O3含量均大于99wt％；所述白刚玉细粉的粒径小于0.075mm。
[0012]所述白刚玉颗粒的Al2O3含量均大于99wt％；所述白刚玉颗粒的粒径为0.075～3mm。
[0013]所述无水乙醇纯度大于99wt％。
[0014]所述鳞片石墨的C含量大于95wt％；鳞片石墨的粒径小于0.15mm。
[0015]所述炭黑的C含量大于95wt％；炭黑的粒径小于25nm。
[0016]所述硅粉的Si含量大于98wt％；硅粉的粒径小于0.075mm。
[0017]所述活性氧化铝粉的Al2O3含量大于99wt％；活性氧化铝粉的粒径小于10μm。
[0018]所述碳化硼粉的B4C含量大于98wt％；碳化硼粉的粒径小于10μm。
[0019]所述磷酸三乙酯纯度大于99wt％。
[0020]所述热固性酚醛树脂的残碳大于45wt％。
[0021]由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：
[0022]1、由于本专利技术采用制备方法仅需使用常规的混合、成型、热处理等手段，并结合分步控制的严格限定，故本专利技术的工艺流程简单；另外，本专利技术所采用的白刚玉、活性氧化铝粉、硅基表面改性剂、无水乙醇、鳞片石墨、炭黑、硅粉、碳化硼粉、磷酸三乙酯、酚醛树脂、短切碳纤维等均为常规工业原料，且短切碳纤维的引入量较低，故原料成本较低。因此，本专利技术具有工艺流程简单、生产成本低的优势。
[0023]2、由于本专利技术使用的硅基表面改性剂在混料时能起到帮助短切碳纤维分散的作用；而在烧成时硅基表面改性剂分解生成二氧化硅包覆在短切碳纤维表面，起到防止短切
碳纤维氧化、保护短切碳纤维的作用，因此短切碳纤维可均匀分布于炼钢用铝碳滑板砖中并在高温含氧环境中长期存在，从而可以发挥碳纤维本身优异的力学性能，对炼钢用铝碳滑板砖的力学性能和抗热震性能起到增强的作用。
[0024]本专利技术使用的硅基表面改性剂高温分解生成的二氧化硅又会与炼钢用铝碳滑板砖中的其他组分如碳和氧化铝发生反应生成碳化硅与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炼钢用铝碳滑板砖的制备方法，其特征在于所述制备方法是：步骤一、将30～36wt％的短切碳纤维、1～3wt％的硅基表面改性剂和63～68wt％的无水乙醇混合18～26小时，于80～110℃条件下烘干12～24小时，即得预处理短切碳纤维；步骤二、将65～71wt％的白刚玉细粉、2～3wt％的鳞片石墨、5～6wt％的炭黑、10～11wt％的硅粉、10～11wt％的活性氧化铝粉、1～2wt％的碳化硼粉和1～2wt％的预处理短切碳纤维混合2～6小时，即得预处理料；步骤三、将40～46wt％的粒径大于1mm且小于等于3mm白刚玉颗粒和15～18wt％的粒径大于0.075mm且小于等于1mm白刚玉颗粒、33～36wt％的预处理料、1～2wt％的磷酸三乙酯和4～5wt％的热固性酚醛树脂混合均匀，于100～150MPa条件下压制成型，在80～110℃条件下干燥0～24小时，再于180～200℃条件下固化18～24小时，然后于埋碳气氛和1300～1400℃条件下烧成5～8小时，制得炼钢用铝碳滑板砖；所述硅基表面改性剂为γ
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氨丙基三乙氧基硅烷和γ―(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种；其中：所述γ
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氨丙基三乙氧基硅烷纯度大于98wt％，所述γ―(2,3
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环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷纯度大于98wt％；所述短切碳纤维的C含量大于93wt％，短切碳纤维的长度小于1m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王周福，王玉龙，刘浩，王玺堂，马妍，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：