專利名稱：含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚及制備方法
技術領域：
本發明屬于煉鋼連鑄用耐火材料技術領域，涉及一種控制鋼水流量和流速的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚及制備方法。
背景技術：
滑板是煉鋼連鑄用關鍵性功能元件，具有鋼水注入、流量調控功能，其質量可靠性關系到煉鋼過程的安全性。在使用過程中受到強烈的熱沖擊、高溫鋼水的沖刷磨損以及環境介質的侵蝕，使用條件極為苛刻。目前國內外滑板材料以鋁碳和鋁鋯碳質為主，此類滑板制備時需在高溫(1500°C左右)埋碳條件下燒成，成本高，能源消耗大，污染嚴重，基建投資高，生產周期長，制備工藝復雜。且碳易氧化導致結構疏松致使高溫性能下降進而影響使用壽命，較高的碳含量不利于潔凈鋼的冶煉。不燒滑板工藝簡單，省去了高溫燒成、浸油、干餾、清砂等高能耗、高污染的工序，并可節省基建投資，生產周期縮短，節能環保，生產成本低，經濟和社會效益顯著，符合國家提倡的節能減排、低碳清潔生產的要求。但由于樹脂氧化分解致使滑板中、低溫(300-700°C)強度明顯降低，并在500-600°C左右產生強度低谷，致使滑板在使用時滑動面易拉毛、止滑區掉塊，甚至出現拉斷等，使用壽命低，質量不穩定，限制了其在大型鋼包上或品種鋼冶煉的應用。
發明內容
為了解決不燒滑板中低溫強度低，致使滑板在使用時滑動面易拉毛、止滑區掉塊、甚至出現拉斷、使用壽命低、質量不穩定的問題，本發明的目的是提供一種具有較高的中低溫強度和高溫強度，優良的抗熱震性、抗氧化性和抗侵蝕性的含納米氧化硅的不燒低碳鋁碳滑板材料及其制備方法。本發明的技術方案是以下述方式實現的
一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成70 80wt%的剛玉顆粒和細粉、5 15wt%的鋁硅粉、6-8wt%的活性氧化鋁微粉、2 4被％碳、含硼添加劑O. 5 5wt%,納米二氧化娃1-6 wt% ;外加4 4. 5wt%的酹醒樹脂結合劑。本發明的優選技術方案
一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成，白剛玉顆粒和細粉78wt%、Al粉4 wt%、Si粉I wt%、活性氧化招微粉8 wt%、石墨I wt%、炭黑I wt%、B4C I wt%、納米二氧化娃3 6 wt%,外加4 4. 5 wt%的酹醒樹脂結合劑。本發明的另一優選技術方案
一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成，80wt%的板狀剛玉顆粒和細粉、Al粉3 wt%、Si粉2wt%、8wt%的活性氧化鋁微粉、2被％碳、含硼添加劑5wt%,納米二氧化娃1-3 wt% ;外加4 4. 5wt%的酹醒樹脂結合劑。本發明的另一優選技術方案
一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成，白剛玉顆粒20 wt%、致密剛玉顆粒15 wt%、板狀剛玉顆粒和細粉40wt%、鋁粉6wt%、硅粉2 wt%、活性氧化招微粉8 wt%、炭黑2 wt%、B4C 2 wt%、納米二氧化娃5 wt%,外加4 4. 5 wt%的酹醒樹脂結合劑。本發明的另一優選技術方案
一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成，致密剛玉顆粒和細粉77wt%、鋁粉7wt%、硅粉4 wt%、活性氧化鋁微粉7 wt%、炭黑2 wt%，B4C I wt%、納米二氧化娃2 wt%,外加4 4. 5 wt%的酹醒樹脂結合劑。上述含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法
1)用化學方法先將納米二氧化硅分散在易揮發的有機溶劑中，再用超聲波將含納米二氧化硅的有機溶劑分散在酚醛樹脂結合劑中制成含納米二氧化硅的樹脂；
2)先將金屬鋁粉和硅粉混合均勻，然后將剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、碳和B4C混合均勻，再加入事先混合的金屬鋁、硅復合粉，在雙錐攪拌機中拌制成混合粉；·
3)取剛玉顆粒進行攪拌混合，另取含納米二氧化硅的樹脂，先加入2/3，使其與剛玉顆粒充分混合，將剛玉顆粒充分包裹，然后再加入上述步驟2)中事先拌制的混合粉及剩余含納米二氧化娃樹脂的1/3進一步充分混合；
4)將步驟3)混合好的料進行24 30h困料，壓制成型、150 300°C干燥24h，進行鉆孔、打箍、磨制、粘殼、涂面工序制成含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚。所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法其納米二氧化硅純度大于99. 5%，粒徑小于lOOnm。所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法其易揮發的有機溶劑為無水乙醇、丙酮和乙醚中的一種。所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法，其剛玉的純度大于98. 5%、顆粒粒度小于3mm、細粉粒度小于O. 044mm ;活性氧化鋁微粉純度大于99%、粒度小于5 μ m ;含硼添加劑粒度小于O. 044mm。所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法，其所述碳為石墨或碳黑；所述剛玉顆粒為致密剛玉顆粒、板狀剛玉顆粒或白剛玉顆粒。納米二氧化硅粉體具有較大的比表面積、較高的反應活性和良好的促燒結作用。本發明在低碳鋁碳滑板中引入納米二氧化硅，納米二氧化硅具有較好的助燒結性能，低溫促進燒結；納米二氧化硅還具有較高的反應活性來促進基體中的化學反應從而在較低溫度下形成陶瓷結合相，以解決其中低溫強度低的關鍵技術問題，同時提高不燒滑板材料的高溫強度、抗熱震性、抗氧化性和抗侵蝕性等高溫性能，從而提高不燒滑板的使用壽命和安全可靠性。然而納米粉體極易發生團聚，從而使其良好性能喪失，甚至對材料產生不利影響，至今納米粉體在含碳材料中的分散仍是難以解決的關鍵問題，本發明采用化學分散輔助超聲分散的方法將納米二氧化硅分散到含易揮發有機溶劑的酚醛樹脂中，很好的解決了此問題。本發明的積極效果是
I、本發明具有碳含量低的特點，目前的鋁碳、鋁鋯碳滑板總碳含量7-14%，含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚碳含量降至2-4%，有利于潔凈鋼冶煉。2、本發明采用不燒工藝，節能環保效果顯著，降低了勞動強度，工藝簡單，縮短生產周期，降低生產成本，具有良好的經濟效益和社會效益。
3、本發明采用化學分散輔助超聲分散的方法，二氧化硅納米粉在材料中分散均勻，可充分發揮其作用。4、本發明引入的納米二氧化硅，促進了低溫燒結和低溫化學反應，提高了不燒滑板的中低溫強度和高溫使用性能，進而提高不燒滑板的使用壽命和安全可靠性。5、本發明500-600°C的熱態強度可達14MPa_18MPa，明顯高于普通不燒滑板在此溫度下的熱態強度(2-5MPa )，解決了不燒滑板中低溫強度低的關鍵技術難題。6、本發明引入的納米二氧化硅促進Al低溫下反應生成陶瓷相，高溫下促進Al、Si非氧化物Sic、AlN的生長發育，并形成交叉連鎖的網絡結構，可顯著提高材料的抗熱震性和高溫強度。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明
實施例I
各原料重量配比為白剛玉顆粒和細粉78wt%、Al粉4 wt%、Si粉I wt%、活性氧化鋁微粉8 wt%、石墨I wt%、炭黑I wt%、B4C I wt%、納米二氧化娃6 七％,外加4 4.5 wt%的樹脂。制備方法
1)用化學方法先將納米二氧化硅分散在易揮發的有機溶劑中，再用超聲波將含納米二氧化娃的有機溶劑分散在酹醒樹脂中、分散5分鐘制成；
2)再將粒度小于O.044mm、純度大于98. 5%的金屬鋁粉和粒度小于O. 040mm、純度大于98. 5%的硅粉混合均勻，然后將白剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、石墨、炭黑和B4C混合均勻，再加入事先混合的金屬鋁、硅復合粉，在雙錐攪拌機中拌制成混合粉；
3)取含納米二氧化硅的樹脂，先加入2/3，使其與白剛玉顆粒充分混合，將顆粒充分包裹，然后再加入上述步驟2)中事先拌制的混合粉及剩余1/3樹脂進一步充分混合；
4)將上述步驟3)混合好的料進行24 30h困料，壓制成型、150 300°C干燥24h，進行鉆孔、打箍、磨制、粘殼、涂面工序制成含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚。其中干燥工藝要求如下
權利要求
1.一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成70 80wt%的剛玉顆粒和細粉、5 15wt%的鋁硅粉、6-8wt%的活性氧化鋁微粉、2 4被％碳、含硼添加劑O. 5 5wt%,納米二氧化娃1-6 wt% ;外加4 4. 5wt%的酹醒樹脂結合劑。
2.根據權利要求I所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，其特征在于它由下述重量配比的原料制成，白剛玉顆粒和細粉78wt%、Al粉4 wt%、Si粉I wt%、活性氧化鋁微粉8 wt%、石墨I wt%、炭黑I wt%、B4C I wt%、納米二氧化娃3 6 wt%,外加4 4. 5 wt%的酚醛樹脂結合劑。
3.根據權利要求I所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，其特征在于它由下述重量配比的原料制成，80wt%的板狀剛玉顆粒和細粉、Al粉3 wt%、Si粉2wt%、8wt%的活性氧化招微粉、2wt%碳、含硼添加劑5wt%,納米二氧化娃1-3 wt% ;外加4 4. 5wt%的酹醒樹脂結合劑。
4.根據權利要求I所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，其特征在于它由下述重量配比的原料制成，白剛玉顆粒20 wt%、致密剛玉顆粒15 wt%、板狀剛玉顆粒和細粉40wt%、招粉6wt%、娃粉2 wt%、活性氧化招微粉8 wt%、炭黑2 wt%、B4C 2 wt%、納米二氧化娃5 wt%,外加4 4. 5 wt%的酹醒樹脂結合劑。
5.根據權利要求I所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，其特征在于它由下述重量配比的原料制成，致密剛玉顆粒和細粉77wt%、鋁粉7wt%、硅粉4 wt%、活性氧化鋁微粉7 wt%、炭黑2 wt%, B4C I wt%、納米二氧化娃2 wt%,外加4 4. 5 wt%的酹醒樹脂結合劑。
6.一種根據權利要求1、2、3、4、或5所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法 1)用化學方法先將納米二氧化硅分散在易揮發的有機溶劑中，再用超聲波將含納米二氧化硅的有機溶劑分散在酚醛樹脂結合劑中制成納米二氧化硅樹脂； 2)先將金屬鋁粉和硅粉混合均勻，然后將剛玉細粉、活性氧化鋁微粉、碳和B4C混合均勻，再加入事先混合的金屬鋁、硅復合粉，在雙錐攪拌機中拌制成混合粉； 3)取剛玉顆粒進行攪拌混合，另取含納米二氧化硅的樹脂，先加入2/3，使其與剛玉顆粒充分混合，將剛玉顆粒充分包裹，然后再加入上述步驟2)中事先拌制的混合粉及剩余含納米二氧化娃樹脂的1/3進一步充分混合； 4)將步驟3)混合好的料進行24 30h困料，壓制成型、150 300°C干燥24h，進行鉆孔、打箍、磨制、粘殼、涂面工序制成含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚。
7.根據權利要求6所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法其特征在于納米二氧化娃純度大于99. 5%,粒徑小于lOOnm。
8.根據權利要求7所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法其特征在于易揮發的有機溶劑為無水乙醇、丙酮和乙醚中的一種。
9.根據權利要求8所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法，其特征在于剛玉的純度大于98. 5%、顆粒粒度小于3mm、細粉粒度小于O. 044mm ;活性氧化鋁微粉純度大于99%、粒度小于5 μ m ;含硼添加劑為粒度小于O. 044mm。
10.根據權利要求10所述的含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚的制備方法，其特征在于所述碳為石墨或碳黑；所述剛玉顆粒為致密剛玉顆粒、板狀剛玉顆粒或白剛玉顆粒。
全文摘要
本發明公開了一種含納米氧化硅的低碳鋁碳不燒滑板磚，它由下述重量配比的原料制成70～80wt%的剛玉顆粒和細粉、5～15wt%的鋁硅粉、6-8wt%的活性氧化鋁微粉、2～4wt%碳、含硼添加劑0.5～5wt%，納米二氧化硅1-6wt%；外加4～4.5wt%的樹脂結合劑；本發明采用化學分散輔助超聲分散的方法將納米二氧化硅分散到含易揮發有機溶劑的酚醛樹脂中，再進行混料、成型、干燥多道工序制成低碳鋁碳不燒滑板磚；本發明因引入納米二氧化硅，促進了低溫燒結和低溫化學反應，提高了不燒滑板的中低溫強度和高溫使用性能，進而提高不燒滑板的使用壽命和安全可靠性500-600℃的熱態強度可達14MPa-18MPa，明顯高于普通不燒滑板在此溫度下的熱態強度(2-5MPa)，解決了不燒滑板中低溫強度低的關鍵技術難題。
文檔編號C04B35/66GK102898163SQ201210429588
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者劉新紅, 賈曉林, 李素平, 馮隆, 朱曉燕, 馬馳遠 申請人:鄭州大學