一种高温烧成铝镁碳滑板砖及其生产方法与流程

本发明涉及一种高温烧成铝镁碳滑板砖及其生产方法，属于功能耐火材料。

背景技术：

1、滑板砖作为炼钢用功能性耐火材料，主要用于钢水流量的调控。目前市场主要的滑板砖有不烧、轻烧和重烧滑板砖。其中不烧和轻烧滑板砖主要应用于一些小型和中型钢包上，重烧滑板其较高的强度、较好抗热震性能、优良的抗钢水侵蚀性能被用于大型钢包钢流控制系统。

2、滑板砖在使用过程中损坏的主要原因是，钢水的冲刷和高温侵蚀造成滑板砖的孔径扩大和板面的侵蚀，钢水中的一些合金元素与滑板中的元素反应形成低熔物，温度的急热急冷造成滑板砖裂纹，以及高温条件下滑板中碳质元素被氧化造成结构疏松强度下降。提高常温与高温强度，尤其是提高滑板的热震性能和抗氧化性能，能有效提高滑板砖的使用性能和使用次数。烧成滑板砖的高温强度主要是由在烧制过程中生成的非氧化物结合相提供，同时原料中的碳质元素具有良好的导热性能以及与钢水的不浸润性能，使滑板砖具有优良的抗热震性能和抗侵蚀性能，因此提高骨料与基质之间的结合强度和韧性，进而提高材料强度、抗氧化性和抗热震性等性能，是提高滑板砖使用性能的主要目标和途径。

技术实现思路

1、针对目前铝碳滑板砖的性能不足，本发明的目的是提供一种高温烧成铝镁碳滑板砖及其生产方法。该产品具有使用寿命长、耐压强度高、抗氧化性能好、抗热震性能好等特点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种高温烧成铝镁碳滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：65～73％的板状刚玉、10～15％的缺陷尖晶石微粉、1～3％的轻烧镁砂细粉、3～6％的金属硅粉、1～3％的膨胀石墨、2～4％的碳黑、1～2％的高温沥青粉、1～2％的碳化硼、1～3％的硼砂，外加上述原料总重量3～5％的热固性酚醛树脂结合剂。

4、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，板状刚玉包括1mm<粒度1≤2mm、0.5mm<粒度2≤1mm、0.044mm<粒度3≤0.5mm、粒度4≤0.044mm四种颗粒料，不同粒度的重量比为粒度1：粒度2：粒度3：粒度4＝20-25:20-25:20-22:5-10。

5、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，缺陷尖晶石微粉型号为90ma，主要成分为：al2o3≥87％，mgo≥8.5％，粒度为：d50＝2.1±0.3μm。

6、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，轻烧镁砂细粉粒度5≤0.074mm，mgo含量≥98％。

7、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，金属硅粉si含量≥98％，包括粒度6≤0.074mm、粒度7≤0.018mm的两种粗细不同的筛下料，不同粒度的重量比为粒度6：粒度7＝3-2:3-1。

8、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，膨胀石墨粒度≤0.150mm，c含量≥98.5％。

9、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，高温沥青粉的粒度≤0.078mm，挥发分≤42％，残碳≥55％，软化点≥150℃。

10、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，碳化硼粒度≤0.044mm，b4c含量≥98％。

11、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖，硼砂为五水硼砂，na2b4o7·5h2o含量≥99％，0.250mm<粒度≤0.380mm。

12、所述的高温烧成铝镁碳滑板砖的制备方法，具体步骤为：

13、(1)按比例称取各原料，备用；

14、(2)先将原料中≤0.5mm的物料按照先轻后重的顺序加入锥形混料机，混合20-30min，得到预混粉；

15、(3)再将原料中大于0.5mm的颗粒料加入湿碾机中搅拌3-5min，加入酚醛树脂，搅拌5-8min，待颗粒全部润湿后加入预混粉，再继续混料20-30min，得到泥料；

16、(4)将泥料在温度25℃-35℃、湿度40％-50％条件下困料6-12h，然后进行压制成型，得到滑板砖坯体；

17、(5)将坯体自然干燥24h后，进入干燥器干燥，干燥器开始升温，升温速率为10-15℃/h，干燥温度为180-200℃，待温度达到干燥温度后，保温8-10h；

18、(6)将烘干后的坯体在氮气气氛下烧制，烧制温度为1300-1500℃，升温速率为30℃/h，保温时间为8-10h；

19、(7)烧制后的坯体经加箍、磨制、涂布工序，得到目标产品。

20、本发明有益效果：

21、1.本发明通过采用合理的原料和配比，利用不同原料的性能和相互反应，显著降低了滑板砖烧后的显气孔率，改善了滑板砖烧后的综合性能，解决了传统高温烧成滑板砖烧后还需要进行沥青浸渍和干馏的工艺路线，缩短了生产周期，降低了能源消耗和生产成本。

22、2.本发明添加缺陷尖晶石微粉，在高温烧制过程中缺陷尖晶石微粉能够原位析出高活性氧化铝，高活性氧化铝一方面能促进基质进一步烧结，提高产品致密性，另一方面高活性氧化铝与添加的轻烧镁砂细粉原位反应，发生二次尖晶石化，使产生体积膨胀进一步堵塞气孔，降低烧制后产品的显气孔率，同时改善滑板的强度和热震稳定性。

23、3.本发明产品添加两种粒度的金属硅粉，不同粒度金属硅在热处理过程中反应活性有差异，粒度越小，反应活性越高，使滑板在烧制过程中金属硅发生温度梯度反应，与基质的碳在氮气气氛条件下发生反应，生成大量的sic、si3n4等非氧化物增强相，同时参与金属硅在滑板服役过程中进一步反应，持续生成非氧化物增强相，使产品在烧制和服役过程中强度、抗侵蚀性和热震稳定性等性能得到持续提升，进而提高产品的使用性能和使用寿命。

24、4.本发明用膨胀石墨代替天然鳞片石墨，在滑板高温烧制过程中膨胀石墨发生体积膨胀，一方面可填充在烧制过程中滑板中酚醛树脂和高温沥青粉裂解碳化产生的气孔，降低滑板烧后的显气孔率，另一方面提高产品中石墨的体积比，由于石墨具有高的导热系数和不与熔渣润湿的特性，进一步提高产品的抗侵蚀性和热震稳定性；

25、5.本发明采用五水硼砂替代昂贵的氮化硼为抗氧化剂，在氮气气氛高温烧成过程中，产品中的五水硼砂与氮气反应生成氮化硼，反应生成的氮化硼具有更好的活性，在产品服役过程中能够起到更好的抗氧化作用，提高滑板的抗氧化性能。同时，滑板中复合添加五水硼砂和碳化硼为抗氧化剂，碳化硼作为中温抗氧化剂，反应生成的氮化硼作为高温抗氧化剂，两者配合使用，改善滑板的中、高温抗氧化性，有效阻碍滑板中碳在服役过程中的氧化，提高滑板的使用性能和寿命。

26、6.本发明产品中复合引入膨胀石墨、碳黑和高温沥青粉为碳源，充分利用不同碳源的特性改善滑板砖的综合性能，膨胀石墨在降低滑板气孔率的同时，增加滑板的热传导，提高滑板的热震性能；碳黑属于纳米碳，反应活性较高，在氮气气氛高温烧成过程中更容易和金属硅反应生成大量sic纤维状非氧化物增强相，提高产品的强度和抗侵蚀性；高温沥青粉在高温烧成过程中随着温度的增加，先后发生软化、流动和裂解过程，低温下高温沥青粉软化后通过气孔流动形成连续网络结构，高温下高温沥青粉发生裂解碳化，生成高活性裂解碳，同时在基质中细分散，与金属硅原位反应生成非氧化物增强相，进一步改善滑板砖的强度、抗侵蚀性和热震稳定性。

27、7.本发明的滑板砖具有强度高、热震稳定性好、对钢种适应性强、使用寿命长等优点，具体性能：显气孔率6.0～8.0％、体积密度3.00～3.15g/cm3、常温耐压强度130～180mpa、常温抗折强度15-30mpa，高温抗折强度15-20mpa、残余抗折强度保持率(1100℃水冷3次)65-75％，氧化层厚度(1500℃×3h)0.5-2mm。