CN105837236A - 一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。其技术方案是：先将70~89wt%的板状刚玉、5~10wt%的α‑Al2O3粉、1~5wt%的ZrC改性石墨、4~10wt%的热固性酚醛树脂和1~5wt%的防氧化剂混合，压制成型，在1400~1600℃条件下保温3~7h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。ZrC改性石墨的制备方法：按锆粉∶鳞片石墨∶氯化钠∶氟化钠的质量比为1∶(0.1~0.5)∶(1.4~3)∶(0.07~0.3)配料，混合后得混合料；将装有混合料的刚玉坩埚放入真空气氛加热炉内，在氩气气氛和900~1200℃条件下保温1~7h，随炉冷却，出炉后溶解和过滤，干燥，即得ZrC改性石墨。本发明工艺简单和成本低，所制制品具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蚀性和高温力学性能。

Description

一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝碳滑板材料技术领域。具体涉及一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。
背景技术
自20世纪70年代以来，耐火材料工作者将导热系数高、韧性好、对渣的润湿性差的石墨引入到耐火材料中，开发了力学性能、热震稳定性和抗渣侵蚀性优异的氧化物-碳复合耐火材料，这种氧化物-碳复合耐火材料被广泛用于转炉、电炉、钢包等炉衬材料和连铸***。随着钢铁冶炼技术的发展对耐火材料提出了新的要求，比如钢水增碳、材料侵蚀损毁和温室效应等。因此从冶炼洁净钢、节能减排以及资源高效利用的角度来说，碳复合耐火材料在实现长寿化满足安全生产要求的同时，必然向低碳、甚至超低碳方向发展。在碳复合耐火材料的使用过程中，最大的问题在于碳的氧化，被氧化后的碳复合耐火材料会在其内部形成明显的脱碳层，从而破坏材料内部的组织结构，降低碳复合耐火材料的使用性能。铝碳滑板作为常用的连铸滑板材料，在提高使用性能以及降低碳含量方面的研究受到更多技术人员的关注。
文献“Al2O3-C-ZrO2质复合滑板的研制与生产”（李柱凯．Al2O3-C-ZrO2质复合滑板的研制与生产．四川冶金，2003，25(2)：10-12）介绍了一种通过直接加入锆莫来石、锆刚玉或氧化锆制备Al2O3-C-ZrO2质复合滑板的方法。该方法需加入大量的含锆原料且所制备的复合滑板含有大量的碳，因此并未解决碳含量高的问题。
文献“碳的种类对铝锆碳滑板性能的影响”(马立红，金从进．碳的种类对铝锆碳滑板性能的影响．耐火材料，2007，41(2)：153-154）介绍了鳞片石墨、炭黑和沥青对铝锆碳滑板性能的影响，实验结果表明在加入鳞片石墨时，所需的树脂最少。此时，虽然滑板具有较好的抗氧化性能以及良好的显气孔率和体积密度，但是材料的其它物理性能没有明显的提高。
文献“氮化烧成铝锆碳滑板的研制和使用”（卫中贤，栗晶晶，刘新红．氮化烧成铝锆碳滑板的研制和使用．耐火材料，2011，45(1)：33-36）介绍了一种通过在氮气气氛下高温形成SiC及Si2N2O来使铝锆碳滑板达到较高的性能指标，但其制备流程复杂。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和成本低的添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，用该方法制备的添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料不仅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蚀性和高温力学性能，还能有效降低钢液中的碳含量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将70~89wt%的板状刚玉、5~10wt%的α-Al2O3粉、1~5wt%的ZrC改性石墨、4~10wt%的热固性酚醛树脂和1~5wt%的防氧化剂混合，在150~200MPa的条件下压制成型，然后在1400~1600℃条件下保温3~7h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
所述板状刚玉的纯度大于96wt%；所述板状刚玉的颗粒级配是：粒度为3~1mm、粒度小于1mm且大于等于0.5mm、粒度小于0.5mm且大于等于0.043mm、粒度小于0.043mm且大于等于0.02mm和粒度小于0.02mm依次占板状刚玉的37.5~52wt%、21.5~25wt%、21.5~25wt%和5~12.5wt%。
所述α-Al2O3的粒度小于0.002mm；纯度大于99.9wt%。
所述防氧化剂为Al粉和Si粉中的一种以上；所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于0.043mm。
所述ZrC改性石墨的制备方法如下：
（1）先按锆粉∶鳞片石墨∶氯化钠∶氟化钠的质量比为1∶(0.1~0.5)∶(1.4~3)∶(0.07~0.3)进行配料，然后置于混料机内混合1~1.5h，即得混合料；
（2）将所述混合料置于刚玉坩埚，再将坩埚放入真空气氛加热炉内；在氩气气氛条件下，以5℃/min的速率升温至900~1200℃，保温1~7h；随炉冷却，得预合成ZrC改性石墨；
（3）用蒸馏水对所述预合成ZrC改性石墨溶解和过滤，溶解和过滤的次数为3~4次，在80~110℃条件下干燥12~24h，即得ZrC改性石墨。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明通过添加改性石墨，使所制备添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的抗氧化性、高温力学性、抗渣侵蚀性均得到大幅度提高，同时有效降低了铝碳滑板材料中的碳含量。ZrC改性石墨由熔盐介质中的锆粉在普通鳞片石墨表面原位生长出ZrC颗粒得到的，ZrC颗粒在高温条件下与铝碳滑板骨料发生陶瓷结合，有效提高了铝碳滑板材料的高温力学性能。
本发明制备的ZrC改性石墨在高温氧化气氛或空气中首先氧化形成易发生相变的ZrO2，ZrO2保护膜不仅能够阻止材料进一步氧化，还能有效降低材料在1000~1500℃高温下的热膨胀率，从而使得铝碳滑板的抗热震性能明显提高，特别是在高温下的热波动中不容易产生裂纹，故ZrC改性石墨的加入提高了铝碳滑板的抗氧化性。当铝碳滑板与渣接触时，石墨表面的ZrC优先与渣接触，有效提高了铝碳滑板材料的抗渣侵蚀性，同时能降低材料中的碳含量。
因此，本发明具有工艺简单和成本低特点，所制备的铝碳滑板不仅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蚀性和高温力学性能，还能有效降低钢液中的碳含量。
具体实施方式
下面结合具体实施实方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的有关物料的技术参数或制备方法统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述板状刚玉的纯度大于96wt%；所述板状刚玉的颗粒级配是：粒度为3~1mm、粒度小于1mm且大于等于0.5mm、粒度小于0.5mm且大于等于0.043mm、粒度小于0.043mm且大于等于0.02mm和粒度小于0.02mm依次占板状刚玉的37.5~52wt%、21.5~25wt%、21.5~25wt%和5~12.5wt%。
所述α-Al2O3的粒度小于0.002mm；纯度大于99.9wt%。
所述防氧化剂为Al粉和Si粉中的一种以上；所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于0.043mm。
所述ZrC改性石墨的制备方法如下：
（1）先按锆粉∶鳞片石墨∶氯化钠∶氟化钠的质量比为1∶(0.1~0.5)∶(1.4~3)∶(0.07~0.3)进行配料，然后置于混料机内混合1~1.5h，即得混合料；
（2）将所述混合料置于刚玉坩埚，再将坩埚放入真空气氛加热炉内；在氩气气氛条件下，以5℃/min的速率升温至900~1200℃，保温1~7h；随炉冷却，得预合成ZrC改性石墨；
（3）用蒸馏水对所述预合成ZrC改性石墨溶解和过滤，溶解和过滤的次数为3~4次，在80~110℃条件下干燥12~24h，即得ZrC改性石墨。
实施例 1
一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。先将70~75wt%的板状刚玉、8~10wt%的α-Al2O3粉、4~5wt%的ZrC改性石墨、8~10wt%的热固性酚醛树脂、1~2wt%的Al粉和2~3wt%的Si粉混合，在150~200MPa的条件下压制成型，然后在1400~1500℃条件下保温5~7h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
实施例 2
一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。先将75~80wt%的板状刚玉、7~9wt%的α-Al2O3粉、3~4wt%的ZrC改性石墨、7~9wt%的热固性酚醛树脂和3~4wt%的Si粉混合，在150~200MPa的条件下压制成型，然后在1440~1540℃条件下保温4~6h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
实施例 3
一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。先将80~85wt%的板状刚玉、6~8wt%的α-Al2O3粉、2~3wt%的ZrC改性石墨、6~8wt%的热固性酚醛树脂和1~2wt%的Al粉混合，在150~200MPa的条件下压制成型，然后在1470~1570℃条件下保温3~5h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
实施例 4
一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料及其制备方法。先将84~89wt%的板状刚玉、5~7wt%的α-Al2O3粉、1~2wt%的ZrC改性石墨、4~7wt%的热固性酚醛树脂和1~2wt%的Si粉混合，在150~200MPa的条件下压制成型，然后在1500~1600℃条件下保温3~5h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式通过添加改性石墨，使所制备添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的抗氧化性、高温力学性、抗渣侵蚀性均得到大幅度提高，同时有效降低了铝碳滑板材料中的碳含量。ZrC改性石墨由熔盐介质中的锆粉在普通鳞片石墨表面原位生长出ZrC颗粒得到的，ZrC颗粒在高温条件下与铝碳滑板骨料发生陶瓷结合，有效提高了铝碳滑板材料的高温力学性能。
本具体实施方式制备的ZrC改性石墨在高温氧化气氛或空气中首先氧化形成易发生相变的ZrO2，ZrO2保护膜不仅能够阻止材料进一步氧化，还能有效降低材料在1000~1500℃高温下的热膨胀率，从而使得铝碳滑板的抗热震性能明显提高，特别是在高温下的热波动中不容易产生裂纹，故ZrC改性石墨的加入提高了铝碳滑板的抗氧化性。当铝碳滑板与渣接触时，石墨表面的ZrC优先与渣接触，有效提高了铝碳滑板材料的抗渣侵蚀性，同时能降低材料中的碳含量。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和成本低特点，所制备的铝碳滑板不仅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蚀性和高温力学性能，换能有效降低钢液中的碳含量。

Claims (6)

1.一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是：先将70～89wt％的板状刚玉、5～10wt％的α-Al2O3粉、1～5wt％的ZrC改性石墨、4～10wt％的热固性酚醛树脂和1～5wt％的防氧化剂混合，在150～200MPa的条件下压制成型，然后在1400～1600℃条件下保温3～7h，随炉冷却，得到添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
2.根据权利要求1所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，其特征在于所述板状刚玉的纯度大于96wt％；所述板状刚玉的颗粒级配是：粒度为3～1mm、粒度小于1mm且大于等于0.5mm、粒度小于0.5mm且大于等于0.043mm、粒度小于0.043mm且大于等于0.02mm和粒度小于0.02mm依次占板状刚玉的37.5～52wt％、21.5～25wt％、21.5～25wt％和5～12.5wt％。
3.根据权利要求1所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3的粒度小于0.002mm；纯度大于99.9wt％。
4.根据权利要求1所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，其特征在于所述防氧化剂为Al粉和Si粉中的一种以上；所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于0.043mm。
5.根据权利要求4以所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法，其特征在于所述ZrC改性石墨的制备方法如下：
(1)先按锆粉∶鳞片石墨∶氯化钠∶氟化钠的质量比为1∶(0.1～0.5)∶(1.4～3)∶(0.07～0.3)进行配料，然后置于混料机内混合1～1.5h，即得混合料；
(2)将所述混合料置于刚玉坩埚，再将坩埚放入真空气氛加热炉内；在氩气气氛条件下，以5℃/min的速率升温至900～1200℃，保温1～7h；随炉冷却，得预合成ZrC改性石墨；
(3)用蒸馏水对所述预合成ZrC改性石墨溶解和过滤，溶解和过滤的次数为3～4次，在80～110℃条件下干燥12～24h，即得ZrC改性石墨。
6.一种添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料，其特征在于所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料是根据权利要求1～5项中任一项所述添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料的制备方法所制备的添加ZrC改性石墨铝碳滑板材料。
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