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
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于鋁碳滑板材料技術領域。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】
[0002]自20世紀70年代以來，耐火材料工作者將導熱系數(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)了力學性能、熱震穩(wěn)定性和抗渣侵蝕性優(yōu)異的氧化物-碳復合耐火材料，這種氧化物-碳復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，碳復合耐火材料在實現(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人員的關注。
[0003]文獻uAl2O3-C-ZrO2質(zhì)復合滑板的研制與生產(chǎn)”(李柱凱.Al2O3-C-ZrO2質(zhì)復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“碳的種類對鋁鋯碳滑板性能的影響”(馬立紅，金從進.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，實驗結(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“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氣氣氛下高溫形成SiC及Si2N2O來使鋁鋯碳滑板達到較高的性能指標，但其制備流程復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術缺陷，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性能，還能有效降低鋼液中的碳含量。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是: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)進行配料，然后置于混料機內(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，得預合成ZrC改性石墨；
(3)用蒸餾水對所述預合成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]由于采用上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術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保護膜不僅能夠阻止材料進一步氧化，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，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性能，還能有效降低鋼液中的碳含量。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施實方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
[0016]為避免重復，先將本【具體實施方式】所涉及的有關物料的技術參數(shù)或制備方法統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述:
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)進行配料，然后置于混料機內(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，得預合成ZrC改性石墨；
(3)用蒸餾水對所述預合成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【具體實施方式】與現(xiàn)有技術相比具有如下積極效果:
本【具體實施方式】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性會K。
[0025]本【具體實施方式】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保護膜不僅能夠阻止材料進一步氧化，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【具體實施方式】具有工藝簡單和成本低特點，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性能，換能有效降低鋼液中的碳含量。
【主權(quán)項】
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)進行配料，然后置于混料機內(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，得預合成ZrC改性石墨； (3)用蒸餾水對所述預合成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項中任一項所述添加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
【申請人】武漢科技大學