[发明专利]一种纳米催化金属‑陶瓷结合不烧不浸的环境友好型滑板及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米催化金属-陶瓷结合不烧不浸的环境友好型滑板及其制备工艺，属于无机非金属材料学科高温陶瓷和耐火材料领域。本发明是能耗低、无污染、成本低、周期短的连铸、转炉挡渣用环境友好型功能耐火材料。

背景技术

在连铸生产工艺中，滑动水口系统是连铸机浇铸过程中钢水的重要控制装置，能够精确地调节钢水从钢包到中间包的流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑板作为控流元件，是连铸系统中重要的功能性元件，其安全性和使用寿命直接关系到连铸的效率和成本。滑板使用过程中反复经受钢水的冲刷、化学侵蚀以及强烈的热冲击。因此，滑板为满足精确控流功能，必须具有耐高温、强度高、抗侵蚀性能好、抗热震性能好、抗氧化性高和蠕变小等优良特性。

烧成铝碳滑板和铝锆碳滑板是目前国内大中型钢铁企业主流使用的滑板。铝碳质滑板是在早期高铝质滑板的基础上加入碳素材料发展而来的，并经埋碳还原气氛下烧成后形成陶瓷-碳结合，以提高滑板抗侵蚀性能和抗热震性能。氧化锆原料具有随着温度升高具有晶型转变并伴有体积收缩的特性，可提高滑板材料的韧性和强度，同时氧化锆也具有优良的抗侵蚀性能。然而，烧成铝碳或铝锆碳滑板除配料、混练、成型工序外，还需要埋碳烧成、浸油、打磨等工序，不仅生产周期长，设备复杂，工艺控制点多，而且还存在埋碳烧成、浸油工艺操作环境恶劣，以及能耗高等缺点。

不烧不浸滑板无需烧成和浸沥青工序，凸显的优势是能耗少、工序少、周期短、效率高、成本低、无污染。一般的不烧滑板在中温强度阶段，由于树脂焦化而失去树脂结合的强度，同时在中温时还没反应烧成陶瓷结合方式，存在中温强度急剧下降的致命弱点，容易导致滑板在使用早期变形甚至开裂，在铸孔周围出现过多金属铝的富集而造成滑板局部剥落等。为解决或弱化这些问题，通常加入Si粉，经700℃温度处理，但因此也可能带来生成较多A1₄C₃、A1N相，增加了滑板水化的风险。

发明内容

本发明在于设计材料组分，引入催化剂使得在中低温过程中加速碳和金属反应形成陶瓷结合，同时添加增强增韧相或增加材料中的能量耗散机制，引入复合树脂结合剂，使滑板在生产和服役过程中获得低温强度、中温强度、高温强度的连续一致性，并提高材料的抗侵蚀性和抗热震性，引入复合树脂结合剂还可提高混练质量，降低砖坯的气孔率，使滑板无需浸渍沥青焦油填隙处理。

本发明的纳米催化金属-陶瓷结合不烧不浸的环境友好型滑板，就是通过加入含铁的纳米催化剂，使得不烧滑板在使用过程中，经较低的中温区(600～700℃)时，碳源焦化成为碳纳米管，此种高比表面积和高反应活性的碳纳米管在催化剂的作用下，快速和金属反应生成陶瓷结合相，从而解决不烧滑板中温强度下降的缺点，降低滑板材料对温度的敏感性，提高材料的强度可靠性。同时采用有机硅、酚醛树脂和聚羧酸复合树脂结合剂，对滑板原料具有良好的润湿性，提高了混练质量和砖坯的体积密度，降低砖坯的显气孔率3％～5％，使得发明的滑板无需浸渍沥青焦油填隙处理。使滑板在生产和服役过程中，材料的结合方式除树脂结合、碳结合外，还有金属塑性结合，金属-陶瓷结合等多种形式，保持了材料强度一致性，并提高材料的热震稳定性。且本发明的工艺过程不需烧结节约能源消耗，符合节能减排趋势；不浸沥青使作业环境洁净，无污染气体排放，属环境友好型升级耐火材料产品，符合国家节能减排和低碳经济政策重点推出和保护的产业升级新产品要求。本发明的滑板具有优异的抗氧化性、抗热震性、抗侵蚀性，应用在连铸的大型钢包中，可连续滑动4次以上，还可用于转炉挡渣。

本发明的配方(重量和粒度含量)如下：

(1)粒度2～1mm的一级矾土25％～40％；

(2)粒度1～0mm的板状刚玉15％～25％、莫来石6％～12％、碳化硅6％～15％；

(3)粒度200目的粘土0.5％～1％、硼化镁0.5％～2％；

(4)粒度325目的锆英砂6％～10％、铝粉2％～5％、炭黑1％～3％、碳化硼0.5％～1.5％；

(5)粒度1～2μm的α-氧化铝微粉3％～10％；

(6)的铝纤维0.5％～1.5％；

(7)50～200纳米的催化剂，硅铁纳米粉1％～3％、氮化硅铁纳米粉1％～3％；

(8)复合树脂结合剂4％～6％(复合树脂结合剂由有机硅树脂和酚醛树脂按3～1的比例预先配置，另加入占复合树脂结合剂总重量1％～3％聚羧酸分散剂)。