CN103436760B - 添加氧化铬的滑板耐火材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种添加氧化铬的滑板耐火材料及其生产方法。原料组成79-85%的刚玉、3-15%的氧化铬、6-12%的金属铝粉，外加3~4%的酚醛树脂。生产时将原料混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成毛坯，将毛坯在200±10℃下干燥8~10h，然后装入窑炉，将毛坯加热由室温逐渐升温至1300~1350℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成，经自然冷却出窑。本发明产品实现了金属塑相与耐火材料的复合，具有耐压强度高，抗冲刷、抗氧化及抗热震性好等优点，氧化铬的加入增强了产品的抗侵蚀性能；本发明产品能有效避免钢水的增碳污染，滑板使用寿命延长，能满足钢铁工业的高效连铸以及生产高性能、高附加值洁净钢等方面的要求，适宜于推广应用。

Description

添加氧化铬的滑板耐火材料及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种炼钢用滑板耐火材料，特别是涉及一种添加氧化铬的滑板耐火材料及其生产方法。
背景技术
近年来我国钢铁工业发展飞速，至2010年底钢铁产量已达到6.25亿吨。事实上我国早已成为世界上第一产钢大国，但远非钢铁工业强国，许多关系国计民生的优质钢材国内钢铁企业还不能生产，因此出现了普通钢材产能过剩，大量优质钢材需要进口的现象。为改变我国钢铁行业以数量增长为主的发展模式，必须优先发展洁净钢，逐步压缩和淘汰落后产品和产能，使钢铁企业的质量、品种和效益上一个新台阶。
洁净钢是优质钢中的重要品种，近几年获得了飞速发展。生产洁净钢所用耐火材料向着低碳无碳方向发展。关于洁净钢目前国内外尚无统一定义，但一般认为洁净钢是指对钢中非金属夹杂物(主要是氧化物、硫化物)进行严格控制的钢种，要求钢中的总氧含量低、非金属夹杂物少、脆性夹杂物少等。我国钢铁工业连铸滑板普遍使用Al2O3-C和Al2O3-ZrO2-C材料，其C含量一般为8-12%，在浇铸洁净钢时会存在钢水增碳问题，使用低碳、超低碳或无碳滑板材料是较好选择。
随着低碳钢、超低碳钢需求的快速发展，各种优质钢种需求的不断增加，要求在冶炼低碳优质钢种的工艺过程中，尽量减少含碳滑板的使用对钢水降碳带来的不利影响。在减少滑板中碳含量的同时，仍需要保持其较好的抗热震性和较高的高温强度。因此，为了满足钢铁冶金工艺的要求，低碳、无碳功能滑板的开发与研究已迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术的缺陷，提出一种添加氧化铬的无碳滑板耐火材料及其生产方法，该产品具有耐压强度高，抗氧化性、抗冲刷性和抗热震性好等优点。
本发明的技术方案：
一种添加氧化铬的滑板耐火材料，按重量百分比计，原料组成为：79-85%的刚玉、3-15%的氧化铬、6-12%的金属铝粉，上述原料总重为100%，外加上述原料总重3~4%的酚醛树脂结合剂。
所述刚玉为板状刚玉和电熔白刚玉中的一种或两种。
所述刚玉中板状刚玉占原料总重的55-65%、电熔白刚玉占原料总重的14-30%。
所述板状刚玉包括1mm＜粒径≤3mm和粒径≤1mm的颗粒料两种，二者的重量比为3：1-2；所述电熔白刚玉包括0.044mm＜粒径≤3mm的颗粒料和粒径≤0.044 mm的粉料两种，二者的重量比为3：1-2。
所述氧化铬为粒径≤0.044 mm的粉料，金属铝粉为粒径≤0.03mm的粉料。
滑板耐火材料的生产方法为：按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成毛坯，将毛坯在200±10℃下干燥8~10h，然后装入窑炉，将毛坯加热由室温逐渐升温至1300~1350℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成，最后经自然冷却至250℃以下出窑。
所述升温时的升温曲线如下：由室温经1h逐渐升温至100℃，经4h由100℃逐渐升温至300℃，经5h由300℃逐渐升温至800℃，经8h由800℃逐渐升温至1200℃，再经5h由1200℃逐渐升温至1300-1350℃，并在此温度下保温10-14h。
本发明的积极有益效果：
1、本发明产品为Al-Cr2O3-Al2O3的无碳滑板耐火材料，该耐火材料实现了金属塑相与耐火材料的复合，具有耐压强度高，抗冲刷、抗氧化及抗热震性好等优点，尤其是其高温性能均高于目前常见类型的滑板如铝碳质、铝锆碳质、镁碳质、镁尖晶石质、氧化锆质等材料。具体性能见表1。
2、本发明在生产过程中引入一定量的氧化铬（Cr2O3），氧化铬是一种高熔点（2435℃）的氧化物，难以被渣液润湿，该材料能有效抑制渣液向开口气孔中浸透；若氧化铬熔解到渣液中，渣的粘性就会增加，渣液与耐火材料接触，粘性高的渣则变成耐火材料的保护层，故氧化铬的加入可增强产品的抗侵蚀性能；另外，铬元素进入钢中可改变钢的特性，提高钢的韧性、耐磨性和防腐性。
3、本发明在成型过程中经压制成毛坯，然后将毛坯中温处理，此过程中金属铝粉产生塑性变形，填充了试样内部的一些气孔，使得机体密实，显气孔率降低。高温下金属铝的存在可以提高制品的抗热震性，同时金属铝与周围介质原位反应生成了新相，有助于制品强度的提高。
4、本发明在高温下氮化烧成时，不同氧化铬含量的试样经氮化烧成后均生成了新相Al8Cr5、AlN和少量的(Al2OC)1-x(AlN) x，而没有金属铝的存在，新相Al8Cr5、AlN和 (Al2OC)1-x(AlN) x均为高温增强相，可填充刚玉颗粒之间的空隙，并作为刚玉颗粒之间的媒介结合物，因而提高了材料的致密性、常温强度和高温强度；同时新相Al8Cr5的存在可以在滑板作业时起到塑性相的作用，因而制品具有优良的抗热振性。氮化烧成工艺使产品同时具有金属塑性相复合材料的性能和非氧化物-氧化物复合材料的性能（参见图1）。
5、本发明严格控制工艺过程，特别是严格控制烧成时的升温速度，在有利于提高滑板强度的同时，其抗热震性、抗侵蚀性和耐冲刷性能也得到提高，能有效避免钢水的增碳污染，延长滑板的使用寿命。
6、本发明原料中的氧化铬可以用废铬刚玉砖或铬渣替代，能节省原料成本，实现了废物的二次利用，达到了减少环境污染和节约资源的目的。
7、本发明的滑板产品质量稳定，能满足钢铁工业的高效连铸以及生产高性能、高附加值洁净钢等方面的要求，经多家钢铁企业使用表明效果良好，市场潜力较大，适宜于推广应用。
附图说明
图1：本发明氮化烧成工艺中试样的XRD图。
具体实施方式
以下实施例仅为了进一步说明本发明，并不表示对本发明的任何限制。文中如没有特别说明，其中的百分含量均为重量百分含量。
实施例1：一种添加氧化铬的滑板耐火材料，按重量百分比计的原料组成为：82%的刚玉、9%的氧化铬、9%的金属铝粉，外加上述原料总重3.5%的酚醛树脂。所述刚玉中板状刚玉占原料总重的60%、电熔白刚玉占原料总重的22%。
其中板状刚玉包括1mm＜粒径≤3mm和粒径≤1mm的颗粒料两种，二者的重量比为3：1-2；电熔白刚玉包括0.044mm＜粒径≤3mm的颗粒料和粒径≤0.044 mm的粉料两种，二者的重量比为3：1-2。
氧化铬为粒径≤0.044 mm的粉料，金属铝粉为粒径≤0.03mm的粉料。
生产方法：按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成毛坯，将毛坯在200±10℃下干燥8~10h，然后装入窑炉，逐渐升温至1300~1350℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成，最后经自然冷却至250℃以下出窑。
混合配料时分两步进行，先将粉料投入混练机中混和均匀，得到混合料；然后将颗粒料倒入湿碾机中，搅拌均匀，向其中先加入2/3的酚醛树脂，混碾均匀，再加入上述混合料和余下的酚醛树脂，进一步混合均匀，得到泥料。
升温曲线如下：将毛坯由室温经1h逐渐升温至100℃，经4h由100℃逐渐升温至300℃，经5h由300℃逐渐升温至800℃，经8h由800℃逐渐升温至1200℃，再经5h由1200℃逐渐升温至1300-1350℃，并在此温度下保温12-14h。
实施例2：同实施例1基本相同，不同之处在于：
添加氧化铬的滑板耐火材料的原料组成：85%的刚玉、3%的氧化铬、12%的金属铝粉，外加上述原料总重3%的酚醛树脂；刚玉中板状刚玉为55%、电熔白刚玉为30%。
装入窑炉后的烧成温度为1330~1350℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成。
实施例3：同实施例1基本相同，不同之处在于：
添加氧化铬的滑板耐火材料的原料组成：79%的刚玉、15%的氧化铬、6%金属铝粉，外加上述原料总重4%的酚醛树脂；刚玉中板状刚玉为65%、电熔白刚玉为14%。
装入窑炉后的烧成温度为1300~1320℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成。
表1各实施例中的滑板耐火材料的性能指标

Claims (4)

1.一种滑板耐火材料的生产方法，其特征在于：按重量百分比计，原料组成为：79-85%的刚玉、3-15%的氧化铬、6-12%的金属铝粉，上述原料总重为100%，外加上述原料总重3~4%的酚醛树脂结合剂；
所述刚玉中板状刚玉占原料总重的55-65%、电熔白刚玉占原料总重的14-30%；
按配比称取各原料，混合均匀，经混炼得到泥料，然后压制成毛坯，将毛坯在200±10℃下干燥8~10h，然后装入窑炉，将毛坯加热由室温逐渐升温至1300~1350℃，在此温度下保温10~12h氮化烧成，最后经自然冷却至250℃以下出窑。
2.根据权利要求1所述的滑板耐火材料的生产方法，其特征在于：所述板状刚玉包括1mm＜粒径≤3mm和粒径≤1mm的颗粒料两种，二者的重量比为3：1-2；所述电熔白刚玉包括0.044mm＜粒径≤3mm的颗粒料和粒径≤0.044 mm的粉料两种，二者的重量比为3：1-2。
3.根据权利要求1所述的滑板耐火材料的生产方法，其特征在于：所述氧化铬为粒径≤0.044 mm的粉料，金属铝粉为粒径≤0.03mm的粉料。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述升温时的升温曲线如下：由室温经1h逐渐升温至100℃，经4h由100℃逐渐升温至300℃，经5h由300℃逐渐升温至800℃，经8h由800℃逐渐升温至1200℃，再经5h由1200℃逐渐升温至1300-1350℃，并在此温度下保温10-12h。
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