[发明专利]一种连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，主要提出一种连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法。

背景技术

铝碳耐火材料是以氧化铝和石墨为主要原料，以酚醛树脂等有机物为结合剂而制成的碳结合耐火材料。由于氧化铝熔点高、抗钢水侵蚀性好，石墨具有优良的抗热震性和抗渣侵蚀性，因此铝碳材料被广泛的应用在连铸用含碳耐火材料中，主要包括长水口、整体塞棒、浸入式水口等。此类产品石墨含量一般在10 wt%以上。由于熔融钢液中碳的溶解度很高，铝碳耐火材料中的石墨通过接触面向钢液中扩散，会造成钢中碳含量增加，钢坯品质降低。为此科研工作者对低碳铝碳耐火材料开展了系列研究，其石墨含量一般在6 wt% 以下，而单纯降低铝碳耐火材料中的碳含量，会造成铝碳耐火材料的高温强度、抗氧化性、抗侵蚀性等大幅降低。为此需要在低碳铝碳耐火材料中加入一定量的抗氧化剂如氮化硼、碳化硼、氮化硅、碳化硅、硅粉等，这些添加剂在热处理或使用过程中可先于石墨与氧反应，能将CO还原成C，抑制铝碳耐火材料中C的消耗速度；生成的氧化物可提高耐火材料的致密度、形成保护层，从而提高铝碳耐火材料抗侵蚀性。发生的反应如下：

2BN(s)+3CO(g)=B₂O₃(l)+3C(s)+N₂(g)

B₄C(s,l)+6CO(g)=2B₂O₃(l)+7C(s)

Si₃N₄(s)+6CO(g)=3SiO₂(s)+6C(s)+2N₂(g)

SiC(s)+2CO(g)=SiO₂(s)+3C(s)

Si(s)+2CO(g)=SiO₂(s)+2C(s)

但这些抗氧化剂均以固体微粉形式加入，难以完全分散均匀，对耐火材料的高温强度、抗氧化性和抗渣侵蚀性提高有限。

发明内容

为了解决低碳铝碳耐火材料技术问题存在的不足，本发明提供了一种高温强度大、抗氧化性和抗侵蚀性好的连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法，利用聚硼硅氮烷作为添加剂，从而提高低碳铝碳耐火材料的高温强度、抗氧化性和抗侵蚀性。

一种连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法，采用酚醛树脂作为结合剂，酚醛树脂的加入量为低碳铝碳耐火材料原料重量的4-6wt%；利用聚硼硅氮烷作为添加剂，将聚硼硅氮烷加入到酚醛树脂中，聚硼硅氮烷的加入量为酚醛树脂质量的 3-7 wt%。

一种连铸用低碳铝碳耐火材料制备方法，所述低碳铝碳耐火材料的原料及质量百分比为：氧化铝 94-97 wt%，鳞片石墨 3-6 wt%；具体制备工艺是：

先将聚硼硅氮烷加入到酚醛树脂中，混合均匀，作为结合剂；

将上述结合剂加入到低碳铝碳耐火材料的原料中，混练、120MPa压力等静压成型；

将上述含碳耐火材料在1200℃，氮气气氛下热处理5小时。

所述的聚硼硅氮烷是市售或以含硼化合物对聚硅氮烷通过脱氢耦合或硼氢化反应进行改性而得到。所述聚硼硅氮烷的制备方法为目前成熟且企业使用中的工艺。

由于采用上述技术方案，本发明将聚硼硅氮烷作为添加剂，加入到含碳耐火材料的结合剂酚醛树脂中，在氮气气氛下热处理，会生成以Si₃N₄、BN和少量的SiC为主的SiBNC陶瓷纤维，从而提高低碳铝碳耐火材料的高温强度、抗氧化性和抗侵蚀性。

本发明将聚硼硅氮烷作为添加剂的低碳铝碳耐火材料，与现有的低碳铝碳耐火材料做对比，铝碳耐火材料原料均为：氧化铝94wt%，石墨6wt%，酚醛树脂外加，均为铝碳耐火材料原料重量的 6wt%；采用相同的工艺；实验结果如表1所示。其测试标准为：

根据GB/T 3002-1982测定上述实施例的高温抗折强度，测试温度为1400℃；

根据GB/T 13244-1991测定上述实施例的脱碳层厚度。氧化温度1000℃，保温时间2 h；

抗渣侵蚀性测定方法为耐火材料制为圆柱形试样，放入中频炉加热的熔融钢水中，钢水温度1550℃                                                50℃，所用保护渣为低碳钢用保护渣。

表1