一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法
【專利摘要】一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。其技術(shù)方案是：先將70~89wt%的板狀剛玉、5~10wt%的α?Al2O3粉、1~5wt%的ZrC改性石墨、4~10wt%的熱固性酚醛樹脂和1~5wt%的防氧化劑混合，壓制成型，在1400~1600℃條件下保溫3~7h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。ZrC改性石墨的制備方法：按鋯粉∶鱗片石墨∶氯化鈉∶氟化鈉的質(zhì)量比為1∶(0.1~0.5)∶(1.4~3)∶(0.07~0.3)配料，混合后得混合料；將裝有混合料的剛玉坩堝放入真空氣氛加熱爐內(nèi)，在氬氣氣氛和900~1200℃條件下保溫1~7h，隨爐冷卻，出爐后溶解和過濾，干燥，即得ZrC改性石墨。本發(fā)明工藝簡單和成本低，所制制品具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蝕性和高溫力學(xué)性能。
【專利說明】
一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋁碳滑板材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)70年代以來，耐火材料工作者將導(dǎo)熱系數(shù)高、韌性好、對渣的潤濕性差的石墨引入到耐火材料中，開發(fā)了力學(xué)性能、熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性優(yōu)異的氧化物-碳復(fù)合耐火材料，這種氧化物-碳復(fù)合耐火材料被廣泛用于轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包等爐襯材料和連鑄系統(tǒng)。隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展對耐火材料提出了新的要求，比如鋼水增碳、材料侵蝕損毀和溫室效應(yīng)等。因此從冶煉潔凈鋼、節(jié)能減排以及資源高效利用的角度來說，碳復(fù)合耐火材料在實(shí)現(xiàn)長壽化滿足安全生產(chǎn)要求的同時，必然向低碳、甚至超低碳方向發(fā)展。在碳復(fù)合耐火材料的使用過程中，最大的問題在于碳的氧化，被氧化后的碳復(fù)合耐火材料會在其內(nèi)部形成明顯的脫碳層，從而破壞材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，降低碳復(fù)合耐火材料的使用性能。鋁碳滑板作為常用的連鑄滑板材料，在提高使用性能以及降低碳含量方面的研究受到更多技術(shù)人員的關(guān)注。
[0003]文獻(xiàn)uAl2O3-C-ZrO2質(zhì)復(fù)合滑板的研制與生產(chǎn)”(李柱凱.Al2O3-C-ZrO2質(zhì)復(fù)合滑板的研制與生產(chǎn).四川冶金，2003，25(2):10-12)介紹了一種通過直接加入鋯莫來石、鋯剛玉或氧化鋯制備Al2O3-C-ZrO2質(zhì)復(fù)合滑板的方法。該方法需加入大量的含鋯原料且所制備的復(fù)合滑板含有大量的碳，因此并未解決碳含量高的問題。
[0004]文獻(xiàn)“碳的種類對鋁鋯碳滑板性能的影響”(馬立紅，金從進(jìn).碳的種類對鋁鋯碳滑板性能的影響.耐火材料，2007，41 (2):153-154)介紹了鱗片石墨、炭黑和瀝青對鋁鋯碳滑板性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在加入鱗片石墨時，所需的樹脂最少。此時，雖然滑板具有較好的抗氧化性能以及良好的顯氣孔率和體積密度，但是材料的其它物理性能沒有明顯的提尚O
[0005]文獻(xiàn)“氮化燒成鋁鋯碳滑板的研制和使用”(衛(wèi)中賢，栗晶晶，劉新紅.氮化燒成鋁鋯碳滑板的研制和使用.耐火材料，2011，45(1):33-36)介紹了一種通過在氮?dú)鈿夥障赂邷匦纬蒘iC及Si2N2O來使鋁鋯碳滑板達(dá)到較高的性能指標(biāo)，但其制備流程復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種工藝簡單和成本低的添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，用該方法制備的添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料不僅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蝕性和高溫力學(xué)性能，還能有效降低鋼液中的碳含量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:先將70?89wt%的板狀剛玉、5?10wt%的α-Α12Ο3粉、I?5wt%的ZrC改性石墨、4?10wt%的熱固性酸醛樹脂和I?5wt%的防氧化劑混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1400?1600°C條件下保溫3?7h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。
[0008]所述板狀剛玉的純度大于96wt%;所述板狀剛玉的顆粒級配是:粒度為3~lmm、粒度小于Imm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依次占板狀剛玉的37.5?52wt%、21.5?25wt%、21.5?25wt°/c^5?12.5wt%。
[0009]所述α-Α?2θ3的粒度小于0.002mm;純度大于99.9wt%。
[0010]所述防氧化劑為Al粉和Si粉中的一種以上;所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于0.043mm。
[0011 ]所述ZrC改性石墨的制備方法如下:
(1)先按鋯粉:鱗片石墨:氯化鈉:氟化鈉的質(zhì)量比為1:(0.1?0.5):(1.4?3):(0.07?
0.3)進(jìn)行配料，然后置于混料機(jī)內(nèi)混合I?1.5h，S卩得混合料；
(2)將所述混合料置于剛玉坩禍，再將坩禍放入真空氣氛加熱爐內(nèi)；在氬氣氣氛條件下，以5°C/min的速率升溫至900?1200°C，保溫I?7h;隨爐冷卻，得預(yù)合成ZrC改性石墨；
(3)用蒸餾水對所述預(yù)合成ZrC改性石墨溶解和過濾，溶解和過濾的次數(shù)為3~4次，在80-1lO0C條件下干燥12?24h，即得ZrC改性石墨。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明通過添加改性石墨，使所制備添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的抗氧化性、高溫力學(xué)性、抗渣侵蝕性均得到大幅度提高，同時有效降低了鋁碳滑板材料中的碳含量。ZrC改性石墨由熔鹽介質(zhì)中的鋯粉在普通鱗片石墨表面原位生長出ZrC顆粒得到的，ZrC顆粒在高溫條件下與鋁碳滑板骨料發(fā)生陶瓷結(jié)合，有效提高了鋁碳滑板材料的高溫力學(xué)性能。
[0013]本發(fā)明制備的ZrC改性石墨在高溫氧化氣氛或空氣中首先氧化形成易發(fā)生相變的Zr02，Zr02保護(hù)膜不僅能夠阻止材料進(jìn)一步氧化，還能有效降低材料在1000?1500 °C高溫下的熱膨脹率，從而使得鋁碳滑板的抗熱震性能明顯提高，特別是在高溫下的熱波動中不容易產(chǎn)生裂紋，故ZrC改性石墨的加入提高了鋁碳滑板的抗氧化性。當(dāng)鋁碳滑板與渣接觸時，石墨表面的ZrC優(yōu)先與渣接觸，有效提高了鋁碳滑板材料的抗渣侵蝕性，同時能降低材料中的碳含量。
[0014]因此，本發(fā)明具有工藝簡單和成本低特點(diǎn)，所制備的鋁碳滑板不僅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蝕性和高溫力學(xué)性能，還能有效降低鋼液中的碳含量。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0016]為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的有關(guān)物料的技術(shù)參數(shù)或制備方法統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述板狀剛玉的純度大于96wt%;所述板狀剛玉的顆粒級配是:粒度為3~lmm、粒度小于Imm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依次占板狀剛玉的37.5?52wt%、21.5?25wt%、21.5?25wt°/c^5?12.5wt%0
[0017]所述α-Α?2θ3的粒度小于0.002mm;純度大于99.9wt%。
[0018]所述防氧化劑為Al粉和Si粉中的一種以上;所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于0.043mm。
[0019]所述ZrC改性石墨的制備方法如下:
(1)先按鋯粉:鱗片石墨:氯化鈉:氟化鈉的質(zhì)量比為1:(0.1?0.5):(1.4?3):(0.07?
0.3)進(jìn)行配料，然后置于混料機(jī)內(nèi)混合I?1.5h，S卩得混合料；
(2)將所述混合料置于剛玉坩禍，再將坩禍放入真空氣氛加熱爐內(nèi)；在氬氣氣氛條件下，以5°C/min的速率升溫至900?1200°C，保溫I?7h;隨爐冷卻，得預(yù)合成ZrC改性石墨；
(3)用蒸餾水對所述預(yù)合成ZrC改性石墨溶解和過濾，溶解和過濾的次數(shù)為3~4次，在80-1lO0C條件下干燥12?24h，即得ZrC改性石墨。
[0020]實(shí)施例1
一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。先將70?75wt%的板狀剛玉、8?10wt%的α-Α?2θ3粉、4?5wt%的ZrC改性石墨、8~10wt%的熱固性酸醛樹脂、I?2wt%的Al粉和2?3wt°/c^Si粉混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1400?1500°C條件下保溫5?7h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。
[0021]實(shí)施例2
一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。先將75?80wt%的板狀剛玉、7?9wt%的Ct-Al2O3粉、3?4wt°/c^ZrC改性石墨、7?9wt°/c^熱固性酚醛樹脂和3~4wt°/c^Si粉混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1440?1540 °C條件下保溫4?6h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。
[0022]實(shí)施例3
一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。先將80?85wt%的板狀剛玉、6?8wt%的Ct-Al2O3粉、2?3wt°/c^ZrC改性石墨、6?8?七％的熱固性酚醛樹脂和I?2wt°/c^Al粉混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1470?1570°C條件下保溫3~5h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。
[0023]實(shí)施例4
一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料及其制備方法。先將84?89wt%的板狀剛玉、5?7wt%的Ct-Al2O3粉、I?2wt°/c^ZrC改性石墨、4?7wt°/c^熱固性酚醛樹脂和I?2wt°/c^Si粉混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1500?1600°C條件下保溫3~5h，隨爐冷卻，得到添加ZrC
改性石墨鋁碳滑板材料。
[0024]
本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本【具體實(shí)施方式】通過添加改性石墨，使所制備添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的抗氧化性、高溫力學(xué)性、抗渣侵蝕性均得到大幅度提高，同時有效降低了鋁碳滑板材料中的碳含量。ZrC改性石墨由熔鹽介質(zhì)中的鋯粉在普通鱗片石墨表面原位生長出ZrC顆粒得到的，ZrC顆粒在高溫條件下與鋁碳滑板骨料發(fā)生陶瓷結(jié)合，有效提高了鋁碳滑板材料的高溫力學(xué)性會K。
[0025]本【具體實(shí)施方式】制備的ZrC改性石墨在高溫氧化氣氛或空氣中首先氧化形成易發(fā)生相變的Zr02，Zr02保護(hù)膜不僅能夠阻止材料進(jìn)一步氧化，還能有效降低材料在1000?1500°C高溫下的熱膨脹率，從而使得鋁碳滑板的抗熱震性能明顯提高，特別是在高溫下的熱波動中不容易產(chǎn)生裂紋，故ZrC改性石墨的加入提高了鋁碳滑板的抗氧化性。當(dāng)鋁碳滑板與渣接觸時，石墨表面的ZrC優(yōu)先與渣接觸，有效提高了鋁碳滑板材料的抗渣侵蝕性，同時能降低材料中的碳含量。
[0026]因此，本【具體實(shí)施方式】具有工藝簡單和成本低特點(diǎn)，所制備的鋁碳滑板不僅具有良好的抗氧化性能、抗渣侵蝕性和高溫力學(xué)性能，換能有效降低鋼液中的碳含量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，其特征在于所述制備方法是:先將.70?89wt%的板狀剛玉、5?10wt%的<1-41203粉、I?5wt%的冗!^改性石墨、4?10wt%的熱固性酚醛樹脂和I?5wt %的防氧化劑混合，在150?200MPa的條件下壓制成型，然后在1400?1600 0C條件下保溫3?7h，隨爐冷卻，得到添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，其特征在于所述板狀剛玉的純度大于96wt% ;所述板狀剛玉的顆粒級配是:粒度為3?1mm、粒度小于Imm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0.02111111依次占板狀剛玉的37.5?52￥七％、21.5?25￥七％、21.5?25￥七％和5?.12.5wt% ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，其特征在于所述α-ΑΙ2Ο3的粒度小于0.002mm;純度大于99.9wt%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，其特征在于所述防氧化劑為Al粉和Si粉中的一種以上;所述的Al粉的粒度小于0.088mm，所述Si粉粒度小于.0.043mmο5.根據(jù)權(quán)利要求4以所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法，其特征在于所述ZrC改性石墨的制備方法如下: (1)先按鋯粉:鱗片石墨:氯化鈉:氟化鈉的質(zhì)量比為1:(0.1?0.5):(1.4?3):(0.07?.0.3)進(jìn)行配料，然后置于混料機(jī)內(nèi)混合I?1.5h，S卩得混合料； (2)將所述混合料置于剛玉坩禍，再將坩禍放入真空氣氛加熱爐內(nèi)；在氬氣氣氛條件下，以5°C/min的速率升溫至900?1200°C，保溫I?7h;隨爐冷卻，得預(yù)合成ZrC改性石墨； (3)用蒸餾水對所述預(yù)合成ZrC改性石墨溶解和過濾，溶解和過濾的次數(shù)為3?4次，在.80?110 °C條件下干燥12?24h，即得ZrC改性石墨。6.一種添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料，其特征在于所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料是根據(jù)權(quán)利要求1?5項(xiàng)中任一項(xiàng)所述添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料的制備方法所制備的添加ZrC改性石墨鋁碳滑板材料。
【文檔編號】C04B35/66GK105837236SQ201610259340
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】丁軍, 柴志南, 鄧承繼, 祝洪喜, 李光強(qiáng)
【申請人】武漢科技大學(xué)