專利名稱：一種用鋁鉻渣制備Al-Cr₂O₃-Al₂O₃滑板的方法及滑板材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用鉻礦工業(yè)固體廢棄物鋁鉻渣制備一種鋼液控流需要的連鑄用滑板，尤其涉及一種適合潔凈鋼連鑄用的Al-Cr2O3-Al2O3復合無碳滑板材料及其制備方法，屬無機非金屬材料制備工藝技術領域以及廢棄固體物資源再利用技術領域。
背景技術：
鉻為戰(zhàn)略金屬，且居首位。全球鉻資源存儲不豐富，屬稀缺資源，并且分布極不均 衡，91. 2%的鉻礦分在南非、哈薩克斯坦和津巴布韋，我國的鉻礦資源不但十分匾乏，而且礦石質(zhì)量較差，鉻礦的產(chǎn)量和質(zhì)量遠遠滿足不了國內(nèi)的需要。通常，每生產(chǎn)It金屬鉻排放15t鉻渣，鉻渣的主要成分為Al2O3和Cr203。鉻渣對生態(tài)環(huán)境等存在一定的危害性，但如果治理得當，又是可利用的資源。為適應近代工業(yè)技術的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也發(fā)生了革命性的變化，其標志之一是誕生了質(zhì)量非常優(yōu)越的潔凈鋼。潔凈鋼雜質(zhì)含量很低，其潔凈度要求達到[s] ( 5X 10-4%,[P] ( 20X 10-4%、[N] ( 15X 10-4%、[H] ( I. 5X 1(T4%、T
( IOX 1(T4%、[C] ( IOX 1(Γ4%水平，即雜質(zhì)總量不超過70ppm。冶煉雜質(zhì)含量如此低的鋼，除了冶煉技術上的革新外，對耐火材料也提出了新的要求?；迨且睙捴凶詈蠼佑|到的耐火材料之一，是冶煉完畢時鋼液中雜質(zhì)含量已達到要求后最后經(jīng)過的一種功能原件之一。因此，要求滑板不可再向鋼液中擴散O、C、N及H等雜質(zhì)。目前使用的質(zhì)量較好的滑板主要是鋁碳或鋁鋯碳材質(zhì)的滑板，其在常規(guī)鋼種，甚至高質(zhì)量鋼的冶煉中已經(jīng)取得很好的效果，但是如果用在潔凈鋼中，材料中的C必然會污染十分潔凈的鋼液。其次，普通滑板中常含有穩(wěn)定性較差的氧化物如二氧化硅等在與潔凈鋼接觸時，由于潔凈鋼的氧位很低也會分解成O和相應金屬污染潔凈的鋼液。因此用于潔凈鋼的滑板不但要求不含碳，還要求不含穩(wěn)定性差的氧化物。根據(jù)理論計算，能滿足這個要求的氧化物只有氧化鋁、氧化鋯、鋁鎂尖晶石及稀土氧化物等。眾所皆知，這類氧化物的熔點都很高，用它們制備滑板的工藝要求很高，產(chǎn)品的價格必然不菲。為此，促使人們只能另辟新徑，制備適合潔凈鋼連鑄用滑板，再無碳化的同時使得滑板具有優(yōu)良的常溫和高溫強度，及優(yōu)良的抗侵蝕性、抗熱震性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鉻礦工業(yè)固體廢棄物鋁鉻廢渣制備冶煉潔凈鋼連鑄用滑板材料及其方法。本發(fā)明的另一目的是解決固體廢物鋁鉻渣的環(huán)境污染問題及資源化再利用問題。
本發(fā)明的技術方案
一種用鋁鉻渣制備Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法，其特征在于，所述方法如下
(1)原料制備按重量百分比計，原料組成為50-70%的鋁鉻渣、20-40%的剛玉、8-18%的金屬Al，外加上述原料總重量2-6%的酚醛樹脂為結合劑；
(2)將上述配比的原料混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在200±10°C下干燥5-10h，然后分別在空氣氣氛、氮化氣氛、埋炭氣氛三種不同的氣氛下燒成，其中燒成制度為300-600°C空氣氣氛下燒成、1200-1600°C下氮化燒成、1200-1600°C下埋炭燒成。進一步的，所述原料中，招鉻洛有3-lmm、1-0. Imm及O. Imm以內(nèi)三種粒度,所述剛玉粒度為3-1_，所述金屬Al粒度為O. Imm以內(nèi)，其中鋁鉻渣主要成分及其含量為=Al2O3為60-80wt%, Cr2O3 為 6_20wt%。一種用鋁鉻渣制備的Al-Cr2O3-Al2O3滑板材料，根據(jù)所述的方法制備得到。 本發(fā)明的積極效果
I、本發(fā)明產(chǎn)品添加鋁鉻渣，充分利用了氧化鉻的優(yōu)良的抗侵蝕性，其難以被渣液潤濕，能有效地抑制渣向開口氣孔中的浸透；若氧化鉻熔解到渣中，渣的粘性就會增高，渣與耐火材料發(fā)生反應，粘性高的渣則變成耐火材料的保護層。故滑板材料中加入氧化鉻可以彌補C元素對滑板材料抗侵蝕性的影響，使得滑板制品具有優(yōu)良的抗侵蝕性。另外，若鉻元素溶解到鋼液中，可增加鋼的硬度、韌性、延展性、耐熱性、耐磨性和防腐性。2、本發(fā)明通過加入鋁鉻渣，并加入適量的金屬鋁，然后經(jīng)過不同的燒制工藝，形成了金屬基結合、金屬和非金屬結合的無碳滑板。其中300-600°C空氣氣氛下燒成后形成金屬基結合無碳滑板，1200-1600°C下氮化燒成后形成AIN、AlxCry結合的無碳滑板，1200-1600°C下埋炭燒成后形成鋁氧碳化合物、鋁鉻金屬間化合結合的無碳滑板。3、本發(fā)明產(chǎn)品材料同時含有氧化鉻和金屬Al，滑板內(nèi)部處于一種還原氣氛，使得滑板材料所含的Cr元素處于低價，將不會導致環(huán)境的污染。4、本發(fā)明產(chǎn)品由于基質(zhì)內(nèi)有塑性相的存在使得滑板材料具有優(yōu)良的抗熱震性。金屬Al的熔點為660°C，鋁鉻金屬間化合物及其熔點為=Al7Cr (1023°C )、Al11Cr2 (1060°C )、Al4Cr (1126°C )、Al9Cr4 (1262°C )、Al8Cr5 (1327。。)，游離態(tài)的金屬 Al 和鋁鉻金屬間化合物的存在，滑板在使用時升溫過程中出現(xiàn)塑性相的量隨溫度的升高而增多，即塑性相的出現(xiàn)存在溫度梯度，這有助于滑板抗熱震性能的提高。5、本發(fā)明產(chǎn)品經(jīng)過高溫燒成之后形成A1404C、Al2OC及AlN等高熔點化合物。A1404C、Al2OC這兩種氧化物除了具有熔點高、高溫穩(wěn)定性好、耐蝕性好外，又具有碳化物熱導率高、熱膨脹率小、抗熱沖擊性好等優(yōu)點。AlN具有彌散增韌作用，同時作為剛玉顆粒之間的結合物而提高了材料的致密度、導熱性、常溫強度及高溫強度?；|(zhì)中沒有Al4C3的存在，使得產(chǎn)品具有優(yōu)良的抗水化性。6、本發(fā)明產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理性能指標。300-600 V空氣氣氛下燒成獲得的產(chǎn)品性能指標為顯氣孔率5-8%、體積密度3. 1-3. 3g/cm3、常溫耐壓強度200_240MPa、高溫抗折強度31-42Mpa ;1200-1600°C下氮化燒成獲得的產(chǎn)品性能指標為顯氣孔率7_11%、體積密度3. 2-3. 4g/cm3、常溫耐壓強度280_360MPa、高溫抗折強度49_54Mpa ;1200-160(TC下埋炭燒成獲得的產(chǎn)品性能指標為顯氣孔率6-11%、體積密度3. 2-3. 4g/cm3、常溫耐壓強度310-370MPa、高溫抗折強度 40_45Mpa。
7、本發(fā)明的滑板產(chǎn)品能滿足鋼鐵行業(yè)的高效連鑄和產(chǎn)品高性能、高附加值的潔凈鋼等等方面的要求，市場潛力大，適宜于推廣應用；并且該產(chǎn)品以鋁鉻廢渣為原料，解決固體廢物鋁鉻渣的環(huán)境污染問題及資源化再利用問題，將具有良好的經(jīng)濟和社會效益。
具體實施例方式 實施例I :一種利用鋁鉻渣為原料的滑板耐火材料，按重量百分比計，原料組成為55%的鋁鉻渣、33%的剛玉、12%的金屬鋁粉，外加3%的熱固性酚醛樹脂。生產(chǎn)時，先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機壓制成型，在在200± 10°C下干燥9h，然后在500°C空氣氣氛下燒成；再經(jīng)加箍、磨制、涂布即制成本發(fā)明產(chǎn)品。所述粉料為粒度小于325目的金屬Al粉和鋁鉻渣，所述骨料為粒度為3-lmm、l-0. Imm的剛玉和鋁鉻渣。所得產(chǎn)品的性能指標為顯氣孔率6%，體積密度3. 26g/cm3,常溫耐壓強度235MPa，高溫抗折強度40. 6MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。 實施例2 :原料組成和實施例I相同，不同之處在于先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機壓制成型，在在200±10°C下干燥9h，然后在1300°C氮化燒成；再經(jīng)加箍、磨制、涂布即制成本發(fā)明產(chǎn)品。所得產(chǎn)品的性能指標為顯氣孔率9%，體積密度3. 24g/cm3,常溫耐壓強度356MPa，高溫抗折強度54. IMPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。實施例3 :原料組成和實施例I相同，不同之處在于先按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后經(jīng)摩擦壓力機壓制成型，在在200±10°C下干燥9h，然后在1450°C埋炭燒成；再經(jīng)加箍、磨制、涂布即制成本發(fā)明產(chǎn)品。所得產(chǎn)品的性能指標為顯氣孔率7%，體積密度3. 28g/cm3,常溫耐壓強度367MPa，高溫抗折強度44. 2MPa，其抗熱震性、抗侵蝕性、抗氧化性及抗水化性均較好。
權利要求
1.一種用鋁鉻渣制備Al-Cr2O3-Al2O3滑板的方法，其特征在于，所述方法如下 (1)原料制備按重量百分比計，原料組成為50-70%的鋁鉻渣、20-40%的剛玉、8-18%的金屬Al，外加上述原料總重量2-6%的酚醛樹脂為結合劑； (2)將上述配比的原料混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后加壓成型，在200±10°C下干燥5-10h，然后分別在空氣氣氛、氮化氣氛、埋炭氣氛三種不同的氣氛下燒成，其中燒成制度為300-600°C空氣氣氛下燒成、1200-1600°C下氮化燒成、1200-1600°C下埋炭燒成。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述原料中，鋁鉻渣有3-lmm、l-0.Imm及.O.Imm以內(nèi)三種粒度，所述剛玉粒度為3-lmm，所述金屬Al粒度為O. Imm以內(nèi)，其中鋁鉻渣主要成分及其含量為A1203為60-80wt%，Cr2O3為6_20wt%。
3.一種用鋁鉻渣制備的Al-Cr2O3-Al2O3滑板材料，其特征在于根據(jù)權利要求I所述的方法制備得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鋁鉻渣制備滑板耐火材料及其生產(chǎn)方法，該滑板按重量百分比計的原料組成為50-70%的鋁鉻廢渣、20-40%的剛玉、8-18%的金屬Al，外加上述原料總量2-6%的酚醛樹脂為結合劑。生產(chǎn)時按配比稱取各種原料，混合均勻，經(jīng)混煉得到泥料，然后壓制成型，在200±10℃下干燥5-10h，然后分別經(jīng)過三種不同的燒成方式，分別為300-600℃空氣氣氛下燒成、1200-1600℃下氮化燒成、1200-1600℃下埋炭燒成。本發(fā)明產(chǎn)品以鋁鉻渣為原料，并添加金屬鋁，其內(nèi)部處于還原氣氛，使得金屬Cr處于低價態(tài)，解決固體廢物鋁鉻渣的環(huán)境污染問題，實現(xiàn)了資源的再利用。所用原料主要成分化學穩(wěn)定性高、氧位低，并且不含碳和易水化的Al4C3，用于潔凈鋼連鑄時不會發(fā)生二次C、O、H及其它雜質(zhì)的污染。
文檔編號C04B35/66GK102826863SQ201210338079
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權日2012年9月13日
發(fā)明者李勇, 張軍杰 申請人:北京科技大學