一种下水口砖及其制备方法与流程

本申请涉及耐火材料领域，更具体地说，它涉及一种下水口砖及其制备方法。

背景技术：

1、滑动水口是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，包括滑板和下水口，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。

2、下水口长期与高温钢水接触，热应力容易使得下水口所用下水口砖发生炸裂，在下水口砖表面形成裂纹，钢水沿裂纹渗钢，进而导致出现跑钢等恶性事故，因此急需要研究一种低成本且抗开裂性能较好的下水口砖，避免出现安全事故。

技术实现思路

1、为了改善现有的下水口砖容易炸裂的问题，本申请提供一种下水口砖及其制备方法。

2、第一方面，本申请提供一种下水口砖，采用如下的技术方案：

3、一种下水口砖，包括以下重量份的原料：特级高铝颗粒45-55份，电熔刚玉粉15-25份，特级高铝粉15-25份，炭黑1-5份，金属铝粉1-10份，金属硅粉0.5-2份，碳化硅粉2-4份，结合剂 1-5份和糖醇；所述特级高铝颗粒的粒度为1-10mm，所述特级高铝粉料的粒度为10-100μm；所述结合剂为酚醛树脂和呋喃树脂中的至少一种，其中，所述糖醇与呋喃树脂的质量比为（1-2）：1，所述糖醇为木糖醇，所述酚醛树脂由木质素和淀粉进行改性，所述改性酚醛树脂的制备方法，包括以下具体步骤：

4、将淀粉、木质素、硼砂、甲醛和水混合，形成反应液，加热后调节反应液ph值至碱性后进行反应，直至反应液ph值至中性，得到淀粉-木质素复合物，然后将苯酚、催化剂混合升温反应，降温至80-85℃，再加入淀粉-木质素复合物混合，加热进行改性反应，反应后得到淀粉-木质素改性酚醛树脂。

5、通过采用上述技术方案，在下水口砖原料中添加适量的炭黑原料和碳化硅粉，能够提高下水口砖的高温强度和抗侵蚀性，提高下水口砖的热稳定性，增强下水口砖的抗压强度，提高下水口砖的承载能力，减少下水口砖裂纹的产生。使用适量的电熔刚玉粉具有较高的熔炼温度，能够提高下水口砖的硬度、抗压强度和抗侵蚀性能，减少侵蚀介质在下水口砖的浸入。使用不同粒度的特级高铝颗粒和特级高铝粉料进行级配，能够相互填充孔隙，提高下水口砖的密度，同时促进下水口砖的烧结，提高下水口砖的高温强度和耐压强度。酚醛树脂和呋喃树脂具有较好的粘接性和硬化性能，能够在下水口砖体系中形成坚固的连接，提高下水口砖的抗压强度、耐化学侵蚀性能和硬度，减少侵蚀介质对下水口砖的侵蚀。酚醛树脂和呋喃树脂能够在下水口砖的固化形成坚硬的表面，进而提高下水口砖的硬度和抗冲击性能，减少下水口砖的冲击磨损现象。使用适量呋喃树脂代替酚醛树脂能够提高结合剂的易涂性和粘附性，减少粘附过程中气孔的产生，提高下水口砖中、高温粘结强度，增强下水口砖的高温强度和密度，减少外界侵蚀介质对下水口砖的侵蚀。利用木质素表面的酚羟基和醛基官能团，能够代替苯酚制备改性酚醛树脂，降低酚醛树脂的成本，同时提高酚醛树脂的交联密度，增强酚醛树脂与下水口砖之间的粘接黏附性，进而提高下水口砖的高温强度和密度。利用淀粉中的糖苷键增强酚醛树脂与下水口砖体系中的各组分进行反应，提高下水口砖体系中交联程度，增强结合剂的分子量，提高下水口砖的高温粘接强度和密度，减少裂缝的产生。添加适量的糖醇能够改善结合剂的流动性和成型性，提高结合剂在下水口砖体系中的粘附性，增强下水口砖体系的密度和粘结强度，进一步增强下水口砖的抗侵蚀性和强度。

6、优选的，所述碳化硅粉中sic质量分数≥90%，所述特级高铝颗粒和特级高铝粉中al2o3质量分数≥88%，电熔刚玉粉中al2o3质量分数≥95%。

7、优选的，所述改性反应温度为90-95℃。

8、优选的，所述下水口砖原料还包括硅烷偶联剂3-5份，硅溶胶10-15份，马来酸酐0.5-1.5份，过氧化二异丙苯0.1-0.3份。

9、通过采用上述技术方案，在下水口砖中添加适量的硅溶胶，能够有利于下水口砖内部晶体结构的形成和增长，填充下水口砖内部微观结构的孔隙，减少水分进入后的冻胀破坏，提高下水口砖的抗渗透性和抗压强度。利用硅烷偶联剂与硅溶胶表面的硅羟基进行反应，再以硅烷偶联剂为桥梁连接马来酸酐，能够增强下水口砖体系的粘接强度和密度，促使硅溶胶牢固、稳定在填充在下水口砖体系中，减少下水口砖中孔隙的产生，提高下水口砖的密度和高温强度。

10、第二方面，本申请提供一种下水口砖的制备方法，采用如下的技术方案：

11、一种下水口砖的制备方法，包括以下具体步骤：

12、将电熔刚玉粉、特级高铝粉、金属铝粉、金属硅粉、碳化硅粉和炭黑混合后磨粉，过200目筛，得到混合粉体，然后特级高铝颗粒和结合剂混合，搅拌均匀，然后加入混合粉体继续搅拌，得到混碾泥料，然后将混碾泥料打击压制成砖坯，烘干成型，组装钢壳，制得下水口砖。

13、通过采用上述技术方案，制备的下水口砖在各个组分的协同作用下，减少了下水口砖体系的孔隙，提高了下水口砖的密度和高温强度，减少了裂缝的产生。

14、优选的，预先将硅溶胶和硅烷偶联剂进行混合，加热升温，然后再加入马来酸酐和过氧化二异丙苯，加热引发反应，制得改性硅溶胶。

15、通过采用上述技术方案，先在硅溶胶的表面连接上硅烷偶联剂，再以硅烷偶联剂为桥梁连接上马来酸酐基团，形成交联网络结构，能够与下水口砖体系的各组分连接，进而提高下水口砖的强度和密度，进一步降低裂缝的产生，减少外界物质的侵蚀。

16、优选的，所述引发反应温度为165-175℃。

17、综上所述，本申请具有以下有益效果：

18、1、由于本申请炭黑原料和碳化硅粉提高下水口砖的高温强度和抗侵蚀性，提高下水口砖的热稳定性和承载能力。同时使用不同粒度的特级高铝颗粒和特级高铝粉料进行级配，填充下水口砖的孔隙，增强下水口砖的密度和强度，进一步减少外界侵蚀介质的侵害。

19、2、本申请中使用木质素和淀粉对酚醛树脂进行改性，能够减少苯酚的使用，降低酚醛树脂的使用成本，同时提高酚醛树脂的交联密度，增强酚醛树脂与下水口砖体系各组分之间的粘接性能，提高下水口砖的密度和强度，减少裂纹的产生。

技术特征：

1.一种下水口砖，其特征在于，包括以下重量份的原料：特级高铝颗粒45-55份，电熔刚玉粉15-25份，特级高铝粉15-25份，炭黑1-5份，金属铝粉1-10份，金属硅粉0.5-2份，碳化硅粉2-4份，结合剂 1-5份和糖醇；所述特级高铝颗粒的粒度为1-10mm，所述特级高铝粉料的粒度为10-100μm；所述结合剂为酚醛树脂和呋喃树脂中的至少一种，其中，所述糖醇与呋喃树脂的质量比为（1-2）：1，所述糖醇为木糖醇，所述酚醛树脂由木质素和淀粉进行改性，所述改性酚醛树脂的制备方法，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述碳化硅粉中sic质量分数≥90%，所述特级高铝颗粒和特级高铝粉中al2o3质量分数≥88%，电熔刚玉粉中al2o3质量分数≥95%。

3.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述改性反应温度为90-95℃。

4.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述下水口砖原料还包括硅烷偶联剂3-5份，硅溶胶10-15份，马来酸酐0.5-1.5份，过氧化二异丙苯0.1-0.3份。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的下水口砖的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

6.根据权利要求5所述的下水口砖的制备方法，其特征在于，预先将硅溶胶和硅烷偶联剂进行混合，加热升温，然后再加入马来酸酐和过氧化二异丙苯，加热引发反应，制得改性硅溶胶。

7.根据权利要求6所述的下水口砖的制备方法，其特征在于，所述引发反应温度为165-175℃。

技术总结本申请涉及耐火材料领域，具体公开了一种下水口砖及其制备方法。一种下水口砖，包括以下重量份的原料：特级高铝颗粒45‑55份，电熔刚玉粉15‑25份，特级高铝粉15‑25份，炭黑1‑5份，金属铝粉1‑10份，金属硅粉0.5‑2份，碳化硅粉2‑4份，结合剂1‑5份和糖醇；所述特级高铝颗粒的粒度为1‑10mm，所述特级高铝粉料的粒度为10‑100μm；所述结合剂为酚醛树脂和呋喃树脂中的至少一种，其中，所述糖醇与呋喃树脂的质量比为（1‑2）：1，所述酚醛树脂由木质素和淀粉进行改性。本申请的下水口砖通过不同粒度的高铝颗粒进行补充，通过各个组分协同作用，提高下水口砖的高温强度和密度，减少裂纹。技术研发人员：王新国,翟林峰,倪荣军,李锰受保护的技术使用者：济南双凤耐火材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5