一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板及其生产方法
阅读说明：本技术 一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板及其生产方法 (Titanium-magnesia-alumina spinel-brown fused alumina composite sliding plate and production method thereof ) 是由 赵臣瑞 孙洋 徐跃庆 李宏宇 牛智旺 梁保青 关斌斌 尚俊利 韩彦锋 来丽苹 于 2020-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明具体涉及一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板及其生产方法,按重量百分比计,原料组成为：35～65％的棕刚玉、4～8％活性氧化铝微粉、10～38％的镁铝尖晶石、5～15％的金属钛、5～10％的金属铝,外加原料总量3～5％的酚醛树脂为结合剂。生产时按配比称取各种原料,混合均匀后,经混练得到泥料,然后机压成型,在180℃～250℃下烘干24～48h,经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。该方法无需高温烧成、无需浸渍沥青,节能环保,生产成本较低,制得的产品抗氧化性、热震稳定性和抗侵蚀性良好,其中显气孔率3～8％、体积密度3.05～3.20g/cm～3、常温耐压强度120～200MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)25～60MPa。(The invention relates to a titanium-magnesium aluminate spinel-brown fused alumina composite sliding plate and a production method thereof, wherein the composite sliding plate comprises the following raw materials in percentage by weight: 35-65% of brown fused alumina, 4-8% of activated alumina micropowder, 10-38% of magnesium aluminate spinel, 5-15% of metal titanium, 5-10% of metal aluminum, and 3-5% of phenolic resin as a bonding agent. During production, the raw materials are weighed according to the proportion, evenly mixed, kneaded to obtain pug, then molded by machine pressing, dried for 24-48 h at 180-250 ℃, hooped, ground and coated to obtain the product of the invention. The method does not need high-temperature sintering or asphalt impregnation, is energy-saving and environment-friendly, has low production cost, and the prepared product has good oxidation resistance, thermal shock stability and erosion resistance, wherein the apparent porosity is 3-8%, and the volume density is 3.05-3.20 g/cm 3 The normal temperature compressive strength is 120-200 MPa, and the high temperature rupture strength (1450 ℃ C. x 0.5h) is 25-60 MPa.)
技术领域
本发明涉及一种Ti-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板及其生产方法，属于耐火材料技术领域。
背景技术
目前滑板砖的主流产品为铝碳质、铝锆碳质滑板，分为不烧和高温烧成两种制备工艺，不烧滑板砖主要用于中小型钢包，冶炼普通钢种使用，高温烧成滑板砖因为经过预反应，滑板砖的性能较好，适用于大型钢包、转炉等使用，也是品种钢冶炼等优先选择，但是其生产过程需要高温烧成和浸渍沥青工序，生产成本和能耗较高。传统滑板砖都是含碳耐火材料，滑板砖在使用过程中存在碳氧化问题，碳氧化造成滑板结构疏松，使铁、锰、钙等氧化物渗入滑板基体中，与滑板中的氧化铝发生反应而生成低熔物，造成滑板砖结构的破坏，同时又加速了碳的氧化。造成滑板砖使用寿命和安全系数下降。同时，含碳耐火材料在使用过程中会由于耐火材料的损耗造成钢液的增碳效应，对钢水的质量产生影响，特别是对洁净钢的影响更加明显。因此采用无污染、低能耗的生产制备工艺，开发适合品种钢用的低碳/无碳滑板砖，来提高滑板砖对钢种的适应性，解决滑板砖对钢水的增碳影响，是亟待解决的技术问题。
洪彦若等在研究非氧化物复合耐火材料时，提出了金属塑性相复合耐火材料的理论及实现该材料的工艺，即过渡塑性相工艺。在刚性的无机氧化物中加入一定量的金属，金属在材料成型过程中将原本材料的刚性成型转变为塑性成型，提高制坯密度并降低了气孔率；在烧结过程中，金属相液化或软化，填充孔隙并同时与材料及环境气氛反应生成非氧化物增强相，进而提高材料的高温强度和热震稳定性。因此，本发明结合过渡塑性相工艺，进一步研究出一种无需高温烧成、无需浸渍沥青的复合滑板生产方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板及其生产方法，该方法无需高温烧成、无需浸渍沥青，节能环保，生产成本较低。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，按重量百分比计，原料组成为：35～65％的棕刚玉、4～8％活性氧化铝微粉、10～38％的镁铝尖晶石、5～15％的金属钛、5～10％的金属铝，外加上述原料总量3～5％的酚醛树脂为结合剂。
所述棕刚玉的粒度范围为：1mm＜粒度1≤3mm、0.2mm＜粒度2≤1mm、粒度3≤0.2mm。
所述镁铝尖晶石的粒度范围为：0.2mm＜粒度4≤1mm、0.044mm＜粒度5≤0.2mm，粒度6≤0.044mm。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5：粒度6＝15～20：15～25：0～20：0～10：0～25：3～14。
所述金属铝的粒度≤0.044mm。
所述金属钛的粒度为：D50＝100nm，活性氧化铝微粉的型号为RG4000。
所述钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将金属钛、活性氧化铝微粉、金属铝、及粒度≤0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石投入混合机中，混合15～30分钟后得到混合粉，备用；
(2)将粒度＞0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石加入湿碾机中，混合均匀后，再加入酚醛树脂；
(3)待所述粒度＞0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石全部被酚醛树脂润湿后，加入混合粉混练20～40min，得成型用泥料，将泥料在恒温恒湿条件下困料4～8h后，压制成型，得到滑板砖坯体；
(4)将砖坯自然干燥12～24h后，放入干燥器中干燥；
(5)干燥后，经加箍、磨制、涂布，即制成本发明产品。
恒温恒湿的条件为：温度25℃～35℃，相对湿度40％～50％。
干燥器中干燥的干燥温度为180～250℃，干燥时间为24～48h。
干燥过程包括升温和保温阶段，干燥时先于100℃保温3～5h，升温达到目标干燥温度后再保温8～10h。
本发明有益效果：
本发明以过渡塑性理论为基础，在滑板使用过程中使得金属钛发挥过渡塑性相的作用，即部分金属钛在滑板升温过程中原位转化为非氧化物增强相Ti(C,N)，剩余金属钛作为过渡塑性相，制备出一种性能优良的无需高温烧成、无需浸渍沥青工序的免烧免浸钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，节能环保，生产成本较低。
本发明克服了含碳耐火材料碳含量降低对其抗侵蚀性、热震稳定性的不利影响，在降低生产成本、提高生产效率、缩短生产周期的同时，又使滑板砖具有强度、抗氧化性、热震稳定性、抗侵蚀性优越，使用寿命长、安全系数高等特点。具体分析如下：
(1)本发明采用棕刚玉为骨料，棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低、耐磨性高、耐腐蚀的特点，使材料具有抗侵蚀性和热震稳定性，由于其流动性好，材料具有较好的成型性，同时与板状刚玉相比，棕刚玉价格相对较低，可降低生产成本。
(2)本发明采用严格的粒度级配，特别是对棕刚玉、镁铝尖晶石的粒度进行限定，一方面保证不同粒度的颗粒料和细粉料比例合理，另一方面保证不同粒度的颗粒料占比合理，合理的粒度级配能保证产品的体积密度和显气孔率。
(3)本发明引入镁铝尖晶石，使材料偏碱性，利用尖晶石中MgO不与钢水和钢渣反应形成低熔物的特点，使材料具有优异的抗侵蚀性，同时避免了采用镁砂引入MgO体积稳定性差的缺点。
(4)本发明复合使用金属铝和金属钛微粉为金属原料，一方面作为抗氧化剂使用，和单独使用金属铝相比，具有优良的抗氧化性，另一方面在高温使用过程中金属钛能够原位生成非氧化物增强相Ti(C,N)，提升材料抗侵蚀性能和高温强度。
(5)本发明所得产品为金属和非金属结合滑板，其中游离态的钛能够降低材料的气孔率并发挥着塑性相的作用，提升材料的韧性和热震稳定性。
(6)本发明的钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，具有优良的物理性能指标，其中显气孔率3～8％、体积密度3.05～3.20g/cm3、常温耐压强度120～200MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)25～60MPa。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板各原料粒度要求如下：
棕刚玉的粒度包括：1mm＜粒度1≤3mm、0.2mm＜粒度2≤1mm、粒度3≤0.2mm；镁铝尖晶石的粒度包括：0.2mm＜粒度4≤1mm、0.044mm＜粒度5≤0.2mm，粒度6≤0.044mm；金属铝的粒度≤0.044mm；金属钛的粒度为：D50＝100nm，
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5：粒度6＝15～20：15～25：0～20：0～10：0～25：3～14。
实施例1
一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，按重量百分比计，原料组成为：50％的棕刚玉、32％的镁铝尖晶石、8％的活性氧化铝微粉、5％的金属钛、5％的金属铝，外加3％的热固性酚醛树脂。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度5：粒度6＝15：25：10：18：14；
其中活性氧化铝微粉的型号为RG4000；结合剂酚醛树脂的型号为PF5323；
该复合滑板的生产方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各种原料，先将金属钛、活性氧化铝微粉、金属铝、及粒度≤0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石投入混合机中，混合15～30分钟后得到混合粉，备用；
(2)然后将粒度＞0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石加入湿碾机中，混合均匀后，再加入酚醛树脂；
(3)待上述粒度＞0.2mm的棕刚玉和镁铝尖晶石全部被酚醛树脂润湿后，加入混合粉混练20～40min，得成型用泥料，将泥料在恒温恒湿(温度25℃～35℃，相对湿度40％～50％)条件下困料4～8h后，压制成型，得到滑板砖坯体；
(4)将砖坯自然干燥12～24h后，放入干燥器中烘干，干燥器中的干燥温度为180～250℃，干燥时间为24～48h；其中干燥过程包括升温和保温阶段，干燥时先于100℃保温3～5h，然后升温达到目标干燥温度后，再保温8～10h。
(5)干燥后，经加箍、磨制、涂布即制成本发明产品。
所得产品的性能指标为：显气孔率3.2％、体积密度3.10g/cm3、常温耐压强度120MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)25.4MPa。
实施例2
一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，按重量百分比计，原料组成为：65％的棕刚玉、10％的镁铝尖晶石、7％的活性氧化铝微粉、8％的金属钛、10％的金属铝，外加4％的热固性酚醛树脂。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度6＝20：25：20：10。
该复合滑板的生产方法和实施例1相同，所得产品的性能指标为：显气孔率4.1％、体积密度3.20g/cm3、常温耐压强度168MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)52.8MPa。
实施例3
一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，按重量百分比计，原料组成为：53％的棕刚玉、23％的镁铝尖晶石、4％的活性氧化铝微粉、12％的金属钛、8％的金属铝，外加4％的热固性酚醛树脂。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度3：粒度4：粒度5、粒度6＝18：20：15：5：10：8。
该复合滑板的生产方法和实施例1相同，所得产品的性能指标为：显气孔率5.9％、体积密度3.16g/cm3、常温耐压强度142MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)43.5MPa。
实施例4
一种钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板，按重量百分比计，原料组成为：35％的棕刚玉、38％的镁铝尖晶石、7％的活性氧化铝微粉、15％的金属钛、5％的金属铝，外加5％的热固性酚醛树脂。
不同粒度的重量比为：粒度1：粒度2：粒度4：粒度5、粒度6＝20：15：10：25：3。
该复合滑板的生产方法和实施例1相同，所得产品的性能指标为：显气孔率7.8％、体积密度3.05g/cm3、常温耐压强度198MPa、高温抗折强度(埋碳1450℃×0.5h)59.7MPa。
实施例5本发明的产品性能分析
将本发明钛-镁铝尖晶石-棕刚玉复合滑板与行业标准YB/T5049-2019中HBMLT-80进行对比，具体方法参见行业标准，结果如下表。
从上表可以看出：本发明产品和行业标准相比，各性能指标均达到并优于行业标准，具有显著的性能优势。