一种添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖及其生产方法与流程

本发明涉及一种添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖及其生产方法，属于功能耐火材料。

背景技术：

1、滑板砖作为钢流控制系统滑动水口耐材的关键部件，其性能和使用寿命直接决定了滑动水口系统的优劣，对炼钢连铸效率有显著影响，同时，滑板砖在服役过程中，在浇铸过程中承受高温钢水的冲刷以及钢水的侵蚀，特别是冶炼钙处理钢、高锰钢、高氧钢等品种钢时对滑板的侵蚀更严重，对滑板砖的抗侵蚀和抗氧化性提出更高的要求。

2、传统滑板砖通常为含碳耐火材料，普遍使用铝碳质和铝锆碳质，碳含量约5-10％，传统滑板砖在生产和使用过程中存在碳含量较高，高温服役时耐火材料损耗，碳溶于钢液，造成增碳污染，影响钢品质的问题，难以满足洁净钢/超洁净钢等高品质钢生产的需要，同时，材料的高温力学性能较低，碳抗熔钢冲蚀性较差且易氧化，影响滑板的使用寿命，直接影响连铸效率，此外，碳复合材料在高温使用时碳易氧化，破坏材料结构，影响使用寿命。

3、另一方面，传统铝碳和铝锆碳滑板砖在冶炼高钙钢和高锰钢使用时，滑板材料容易和钢液中ca和mn形成低熔物，造成滑板砖异常侵蚀，影响滑板砖安全系数和使用寿命，镁碳质滑板具有较优越的抗侵蚀性，但是由于方镁石热膨胀系数较大，镁碳质滑板热震稳定性差，使用寿命相对较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖及其生产方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，按重量百分比计，原料组成为：58-69.5％烧结镁砂、10-15％大结晶电熔镁砂、5-15％钛增强刚玉、5-10％锆刚玉、0.5-1％硅灰、2-3％金属硅、1-2％金属硅微粉、1-2％镁铝合金，外加上述原料总重量3-5％的热固性酚醛树脂结合剂。

4、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，烧结镁砂中mgo含量≥98.5％，包括1mm<粒度1≤3mm、0.5mm<粒度2≤1mm两种颗粒料，不同粒度的重量比为粒度1：粒度2＝35:23-34.5。

5、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，大结晶电熔镁砂中mgo含量≥98％，cao/sio2含量比＞1.5，粒度为：0.044mm<粒度3≤0.5mm、粒度4≤0.044mm，不同粒度的重量比为粒度3：粒度4＝0-8:2-15。

6、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，钛增强刚玉的主要成分为：tio2：15-18％、al2o3：70-75％、mgo≤5％、cao≤1％、fe2o3+sio2≤2％，粒度≤0.074mm。

7、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，锆刚玉为粒度≤0.044mm的细粉料，主要成分为：zro2：23-27％，al2o3：71-75％，sio2≤0.5％，fe2o3≤0.5％，na2o≤0.3％。

8、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，硅灰为工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经捕集装置收集处理得到的，其中sio2含量≥93％，0.1μm<平均粒径≤0.15μm。

9、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，金属硅中si含量≥98％，粒度≤0.044mm。

10、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，金属硅微粉中si含量≥98％，d50＝1μm；镁铝合金粒度≤0.074mm，镁铝含量比为：al:mg＝1:1。

11、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖，酚醛树脂型号为pf5323。

12、所述的添加钛增强刚玉的高温烧成镁锆滑板砖的制备方法，具体步骤为：

13、(1)按比例称取各原料，备用；

14、(2)将原料中粒度≤0.5mm的原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的颗粒料加入轮碾机中搅拌3-5min，加入热固性酚醛树脂，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)将泥料温度降至30℃以下后进行压制成型，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，升温速率为10-15℃/h，干燥温度为160-180℃，待温度达到干燥温度后再保温8-10h；

18、(6)将烘干后的坯体在氮气气氛下烧制，烧制温度为1100-1300℃，保温时间为6-10h；

19、(7)烧制后产品进行浸渍沥青处理，并在500℃-800℃退火处理；浸油后经过加箍、磨制、涂布工序，即制成目标产品。

20、本发明有益效果：

21、本发明通过对镁碳质滑板进行改性，通过非氧化物增强和相变微裂纹增韧技术，改善滑板砖的热震稳定性，同时取消直接碳源的引入，降低滑板砖碳含量，开发出性能优越的镁锆质滑板砖。

22、(1)本发明的高温烧成镁锆低碳滑板砖，仅含有少量树脂和沥青裂解碳，抗氧化性强，热震稳定性和抗侵蚀性优越，适应低碳钢、高钙钢、洁净钢等品种钢的冶炼。

23、(2)本发明中的颗粒骨料采用烧结镁砂，能改善滑板砖的热震稳定性和抗侵蚀性，烧结镁砂主晶相方镁石晶粒，晶粒尺寸相对较小，通常在30～50μm，晶体大小均匀，质地纯净，材料多晶界和微孔结构，晶间硅酸盐相少，晶体间多直接结合，晶内、晶间多封闭气孔，气孔大小均匀，孔径多在5μm以下，具有良好的抗热震性能和抗渣侵蚀性能。

24、(3)本发明中的大结晶电熔镁砂以小于0.5mm的颗粒和细粉引入，能显著改善滑板砖的抗侵蚀性，由于大结晶电熔镁砂晶粒发育完整，晶粒尺寸相对较大，且硅酸盐相含量低，方镁石的直接结合程度高，抗侵蚀性优越。大结晶电熔镁砂细粉配合高纯卤水镁砂骨料使用，在改善滑板砖热震稳定性的同时，改善滑板砖的抗侵蚀性。

25、(4)本发明中引入钛增强刚玉原料，采用高温烧成热处理工艺，产品在高温热处理过程中，钛增强刚玉中的ti2o3、镁砂中的mgo和锆刚玉中的zro2反应生成非氧化物固溶体增强相mg0.25zr0.38ti0.38o1.75，能改善滑板砖的热震稳定性(见图1)；

26、(5)本发明中引入硅灰，高温下硅灰中的非晶态sio2、铝镁合金、钛增强刚玉中al2o3、镁砂中mgo，生成mgo-al2o3-sio2体系非氧化物增强相，如mgal2o4、mg2sio4等，改善滑板砖性能；

27、(6)本发明复合使用镁铝合金和不同粒度的金属硅、金属硅微粉为金属原料，利用其反应活性和熔点差异，产品在高温烧成和使用过程中，镁铝合金和金属硅发生基于温度的梯度反应，生成sic和mgal2o4等非氧化物增强相，持续改善滑板砖的使用性能；

28、(7)在镁砂体系中引入锆刚玉原料，利用氧化锆相变产生的微裂纹增韧的特点，改善滑板砖的热震稳定性，同时利用氧化锆优异的化学稳定性，改善滑板砖的抗侵蚀性。

29、(8)本发明的滑板砖采用合理的原料配比和优化的热处理工艺，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。

30、试验测得产品的性能指标：显气孔率5-8％、体积密度3.00-3.10g/cm3、常温耐压强度120-180mpa、常温抗折强度15-35mpa，高温抗折强度15-18mpa，残余抗折强度保持率(1100℃水冷3次)62-73％。

31、本发明产品的性能符合yb/t 5049-2019《滑板砖》行业标准中hbmlt-80牌号(浸渍)的性能指标要求：显气孔率≤10％、体积密度≥2.80g/cm3、常温耐压强度≥90mpa，并且具有显著优势。