[发明专利]一种石墨烯复合刚玉节能型滑板及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合刚玉节能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，同时在中温时还未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Al₄C₃、A1N相，增加了滑板水化的风险。

发明内容

本发明的目的在于研究一种石墨烯复合刚玉节能型滑板及其制备工艺，是通过加入最薄、最坚硬的高强度纳米材料石墨烯，提高滑板的低温强度，同时利用石墨烯为纳米材料具有高反应活性，在中温区(600～700℃)时，快速和金属反应生成陶瓷晶须结合相，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。通过对原料浸润硫酸亚铁铵处理，使结合剂树脂原位催化在材料中原位形成纳米碳，通过纳米碳/原位形成陶瓷相协同增强增韧进一步提高材料的断裂能和抗热震性。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，晶须增强结合等多种形式，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，也可用于转炉挡渣。

本发明的配方(重量和粒度含量)如下：

(1)粒度3～1mm的85均化矾土25％～45％；

(2)粒度1～0mm的板状刚玉16％～25％、莫来石7％～12％、碳化硅7％～20％；

(3)粒度≤0.088mm的苏州土0.5％～1％、

(4)粒度≤0.045mm石墨烯2％～5％；

(5)粒度≤0.045mm的锆英砂6％～10％、硅粉1％～2％、硼化镁0.5％～1.5％、碳化硼0.5％～2.0％；

(6)粒度1～2μm的硅灰1％～3％；

(7)的铝纤维0.5％～1.5％；

(8)0.2mol/l的硫酸亚铁铵溶液；

(9)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的比例预先配置混合液，再另加入占混合液总重量1％～3％聚羧酸分散剂)。

本发明的制备工艺特征为采用3～1mm、1～0mm、≤0.088mm、0.045mm、2微米五级颗粒级配进行配料，原料均用0.2mol/l的硫酸亚铁铵溶液浸泡处理，使用复合树脂结合剂(有机硅树脂、酚醛树脂和聚羧酸混合剂)，本工艺方法的显著区别特征在于：