一种以硅石体系为非工作区原料的复合下水口砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料制备技术领域，尤其涉及一种以硅石体系为非工作区原料的复合下水口砖及其制备方法。

背景技术

随着钢包大型化以及炉外精炼技术的发展，为了适应冶炼工艺的需要，我国在滑动水口方面的研究和生产上取得了长足的发展。钢包作为盛装钢水的重要容器，在转炉与连铸间起着承上启下的关键作用。滑动水口是一种安装在钢包底部，用于钢流的开闭以及流量控制的功能性耐火材料，由上水口、上滑板、下滑板、下水口组成，其任务是将转炉钢水安全、正常的浇铸到连铸的中间包内。如果该部分发生漏钢，轻则影响钢水质量，重则引起铸机停断浇甚至人身伤害事故，既影响生产又威胁人员安全。

热机械损蚀和热化学侵蚀是滑动水口损毁的两个主要机理，其中热机械损蚀是由于浇铸过程中滑动水口与高温钢水产生的巨大温差对滑板本体产生的热冲击作用，通过在基体中引入其它物质来降低耐火材料的弹性模量，或增加抗热应力断裂系数和龟裂应力阻力系数可以提高滑板的耐热冲击性；热化学侵蚀是由于滑板在使用过程中接触高温钢水和熔渣，从而发生一系列化学反应，一般存在Ca处理钢、高Mn钢、熔渣的化学侵蚀以及耐火材料本身所含物质的化学变化。

热机械损蚀理论主要包括热冲击断裂理论和热冲击损伤理论，其中第一个重点关注的是裂纹形成问题，第二个重点关注的是裂纹扩展问题。

利用Kingery热弹性理论可以得出初期抗热应力断裂系数R。

R＝S(1-μ)/Ea

一旦龟裂产生并不断扩展，依据Hasslman断裂力学理论，此种龟裂应力的阻力系RSt:

RSt＝[y(1-μ)/Eoa2]1/2

式中S-抗拉强度MPa、E-弹性模量M Pa、μ-泊松比、Eo-无龟裂时的弹性模数Mpa、a-热膨胀系数、R-断裂能N·m

从上面的两个公式可以看出，材料的热膨胀系数及弹性模量与抗热应力断裂系数R和龟裂应力阻力系数RSt呈反向关系，降低材料的热膨胀系数及弹性模量，材料就能获得更好的热震稳定性，因为裂纹产生以及扩展变的困难。

下水口在使用过程中，内孔附近受压应力，外表面附近受拉应力，在钢水开浇后2min内是易发生断裂时期，随着时间增加，外表面温度逐渐升高，温度梯度降低，应力减小。耐火材料是多相疏松体，气孔和晶界的大量存在，使裂纹源极易形成，而气孔和晶界又可成为能量的吸收源，使裂纹扩展的能量被释放，故对下水口来说，裂纹扩展是材料破坏的限制性环节。

中国专利201710237020.4公开了一种抗剥落性能优良的镁尖晶石砖及其制备方法，利用炭黑对骨料进行表面改性，并引入尖晶石结合镁砂，在不影响抗渣性能的前提下显著降低了镁尖晶石砖的热膨胀系数，可明显改善产品的抗剥落性能；但是该发明以镁砂为主要原料，镁砂在潮湿环境下易水化，且镁砂的主要原料为MgO，MgO热膨胀率大，制得的产品容易产生裂纹。目前生产中使用的下水口外加钢壳可以有效的阻止裂纹扩展，但是在使用多次后钢壳外表温度升高，钢壳变形，钢壳对下水口的束缚力减弱，严重时可能导致钢壳脱落，造成生产事故。因此，需要一种新的手段来有效阻止裂纹的扩展，保证生产安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种以硅石体系为非工作区原料的复合下水口砖及其制备方法，通过在复合下水口的非工作面引入硅石原料，利用硅石独特的晶相转变以及体积膨胀和导热系数低的特点达到阻止裂纹扩展的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，所述非工作区设置在所述工作区外周，其中，

所述工作区包括如下重量份的原料：高铝矾土骨料70-80份、白刚玉粉10-25份、石墨和炭黑3-6份、碳化硅3-5份、金属硅粉1-2份、酚醛树脂3-5份；

所述非工作区包括如下重量份的原料：高铝矾土骨料20-30份、硅石骨料50-60份、硅石细粉10-20份、石墨和炭黑2-6份、酚醛树脂3-5份。

在其中一些优选的实施例中，所述工作区包括如下重量份的原料：高铝矾土骨料70-75份、白刚玉粉16-22份、石墨和炭黑4-6份、碳化硅3-4份、金属硅粉1-2份、酚醛树脂3-5份；

所述非工作区包括如下重量份的原料：高铝矾土骨料20-25份、硅石骨料50-55份、硅石细粉15-20份、石墨和炭黑4-5份、酚醛树脂3-5份。

在其中一些实施例中，所述工作区的原料中，高铝矾土骨料的纯度≥85％，由0mm-1mm颗粒和1mm-3mm颗粒按照质量比1：(1-1.5)组成；所述非工作区的原料中，高铝矾土骨料的纯度≥80％，粒度为1mm-3mm。

在其中一些实施例中，所述非工作区的原料中，硅石骨料的纯度≥95％，由0mm-1mm颗粒和1mm-3mm颗粒按照质量比1：(1.2-1.6)组成。

在其中一些实施例中，所述非工作区的原料中，硅石骨料与硅石细粉质量和与高铝矾土质量之比(2-3)：1。

在其中一些实施例中，所述白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石粉的粒度≤0.088mm。

在其中一些实施例中，所述工作区与所述非工作区原料总质量比为(50-55)：(45-50)。

在其中一些实施例中，所述非工作区被所述工作区和钢壳包围；所述非工作区的热膨胀率大于所述工作区的热膨胀率。

具体地，所述非工作区底端到所述复合下水口砖底部的距离为40mm-60mm；所述非工作区顶端到所述复合下水口砖开口的距离为10mm-15mm；所述工作区的厚度为15mm-20mm；

在其中一些优选的实施例中，所述非工作区的热膨胀率与所述工作区的热膨胀率之比为(3-6)：1。在其中一些更优选的实施例中，所述非工作区的热膨胀率与所述工作区的热膨胀率之比为(3-5)：1。

具体地，本申请的复合下水口砖中，非工作区在1200℃下的热膨胀率为0.6％-0.9％，工作区在1200℃下的热膨胀率为0.1％-0.3％。

本发明还提供上述复合下水口砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区和非工作区原料组分，分别投入混炼机中混炼均匀；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口进行困料；

(3)成型：分别将困料后的工作面料和非工作面料倒入模具的工作腔和非工作腔，加压成型，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

在其中一些实施例中，步骤(1)中，工作区和非工作区原料组分混炼总时间分别为36min-50min；步骤(2)中，困料时间分别为24h-48h；步骤(3)中，采用630吨螺旋压力机成型；步骤(4)中，采用180℃-200℃烘干窑烘干。

在其中一些实施例中，步骤(3)中，困料后的工作面料分别在非工作面料前后分两次倒入工作腔；加压成型先轻打2-3下，再重打6-8下，得到半成品砖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的复合下水口砖，通过在工作区外围设置非工作区，非工作区的原料基于硅石体系，利用硅石独特的晶相转变、体积膨胀和导热系数低的特点，对下水口砖的工作区进行缓冲，一方面降低钢壳温度，减弱钢壳变形，防止钢壳在多次使用后对下水口砖的束缚力减弱，从而达到阻止裂纹扩展的目的；另一方面利用硅石原料体积膨胀的特性作用在注孔部位，使其阻止工作区接触面的裂纹扩展；并且非工作区膨胀后直接作用在钢壳上挤压钢壳，同时钢壳给予非工作区反作用力，同样可以束缚下水口砖，阻止其裂纹扩展。

(2)本发明通过进一步控制复合下水口砖非工作区的原料配比，并进一步限定非工作区和工作区的原料含量，以及二者的相对位置，从而控制非工作区与工作区的膨胀系数差值在最佳范围，使得制备的复合下水口砖实际使用过程应力分散均匀，从而达到最好的抗裂纹效果。本发明制备的复合下水口砖，实际平均使用寿命相较于现有下水口砖提高1-3次，应该效果良好且生产成本大大降低。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明复合下水口砖的一种结构示意图。

其中：1-工作区、2-非工作区。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种复合下水口砖，如图1所示，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料20份、1mm-3mm硅石骨料22份、0mm-1mm硅石骨料33份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为55：45。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，距离底部40mm，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

实施例2

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料33份、白刚玉粉16份、石墨3份、炭黑2份、碳化硅4份、金属硅粉2份、酚醛树脂4份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料24份、1mm-3mm硅石骨料25份、0mm-1mm硅石骨料30份、硅石细粉15份、石墨3份、炭黑3份、酚醛树脂4份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为52：48。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼4min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼4min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼35min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼4min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼4min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼35min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打7下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用190℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

实施例3

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料43份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料35份、白刚玉粉12份、石墨2份、炭黑3份、碳化硅4份、金属硅粉1份、酚醛树脂5份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料28份、1mm-3mm硅石骨料23份、0mm-1mm硅石骨料35份、硅石细粉10份、石墨2份、炭黑2份、酚醛树脂4份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为50：50。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼5min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼5min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼40min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼5min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼5min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼40min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料48h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打8下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用200℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于工作区和非工作区原料占比不同，具体如下：

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料20份、1mm-3mm硅石骨料22份、0mm-1mm硅石骨料33份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为65：35。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于工作区和非工作区原料占比不同，具体如下：

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料20份、1mm-3mm硅石骨料22份、0mm-1mm硅石骨料33份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为35：65。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于不含有非工作面料，具体如下：

一种下水口砖，包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mmA85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨、炭黑、碳化硅、金属硅粉的粒度≤0.088mm。

上述下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将困料后的原料倒入模具中，用钢钎捣实，然后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到下水口砖。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于不含有工作面料，具体如下：

一种下水口砖，包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料20份、1mm-3mm硅石骨料22份、0mm-1mm硅石骨料33份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，石墨、炭黑、硅石细粉的粒度≤0.088mm。

上述下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将困料后的原料倒入模具中，用钢钎捣实，然后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到下水口砖。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于非工作面料中硅石和硅石细粉的含量不同，具体如下：

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料35份、1mm-3mm硅石骨料15份、0mm-1mm硅石骨料25份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为55：45。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于非工作面料中硅石和硅石细粉的含量不同，具体如下：

一种复合下水口砖，包括工作区和非工作区，非工作区设置在所述工作区外周，且被工作区和钢壳包围；

工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A85高铝矾土骨料40份、0mm-1mm A85高铝矾土骨料30份、白刚玉粉21份、石墨2份、炭黑2份、碳化硅3份、金属硅粉2份、酚醛树脂3份；

非工作区包括如下重量份的原料：1mm-3mm A80高铝矾土骨料15份、1mm-3mm硅石骨料25份、0mm-1mm硅石骨料35份、硅石细粉20份、石墨2份、炭黑3份、酚醛树脂3份。

其中，白刚玉粉、石墨和炭黑、碳化硅、金属硅粉、硅石细粉的粒度≤0.088mm。工作区与非工作区原料总质量比为55：45。

上述复合下水口砖的制备方法包括如下步骤：

(1)混料：按配比称取工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

按配比称取非工作区原料各组分，将粒度≤0.088mm的细粉加入搅拌机内充分混合得到预混粉备用，然后将所有＞0.088mm的骨料加入行星式轮碾机中混炼3min，接着向其中加入酚醛树脂结合剂混炼3min，使结合剂充分包括骨料颗粒，最后向其中加入预混粉继续混炼30min；

(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口困料36h；

(3)成型：将加料同放入模具内，形成工作腔和非工作腔；称取60％困料后的工作面料倒入加料桶内的工作腔中，然后将困料后的非工作面料倒入加料桶于模具之间的非工作腔中，将剩余40％的工作面料倒入工作腔中，缓慢抽取加料桶，使工作面料平铺在最上方，然后用钢钎捣实；最后使用630吨螺旋压力机轻打2下进行充分排气后，再重打6下后出砖，得到半成品砖；

(4)干燥、装壳：将半成品砖采用180℃烘干窑烘干、装壳、二次烘干，得到复合下水口砖。

对实施例1-5和对比例1-4制备的下水口砖进行性能测试，测试结果如表1所示：

表1

实施例1-5为本发明制备的复合下水口砖，经测试，非工作区在1200℃下1h、1.5h、2h的热膨胀率分别为0.67％-0.80％、0.69％-0.86％、0.71％-0.85％，工作区在1200℃下1h、1.5h、2h的热膨胀率分别为0.12％-0.22％、0.15％-0.25％、0.14％-0.24％，制得的复合下水口砖使用寿命为2-4次。

对比实施例1和实施例4-5，实施例4中非工作区原料占比为35％，下水口砖中非工作区面料含量较低，使得复合下水口砖非工作区较薄，导致整体膨胀率较低，对钢壳的反作用力较小，钢壳束缚力不足，非工作面区域产生裂纹；实施例5中非工作区原料占比为65％，下水口砖中非工作区面料含量较高，使得复合下水口砖工作区较薄，导致工作面料强度不足，难以承受非工作面料的膨胀力，容易铸孔处产生裂纹，造成侵蚀出坑。

对比实施例1和对比例1-2，对比例1和对比例2均为单一结构层，不设置非工作区，因而无法利用非工作区进行缓冲，对比例1全部是工作面料，强度较大，使用过程极易产生裂纹，而且钢壳在使用过程受高温影响，强度变小，无法有力束缚砖坯，阻止裂纹扩展；对比例2直接以含有硅石的面料作为工作面料，抗侵蚀极差，无法正常使用。

对比实施例1和对比例3-4，对比例3中非工作区中硅石含量较低，导致非工作区热膨胀率相对较低，非工作区与工作区的热膨胀性能差距较小，无法有效利用两者膨胀系数之差，阻止微裂纹扩展；对比例4中非工作区中硅石含量较高，导致非工作区热膨胀率远远大于工作区热膨胀率，使得工作区承受不住非工作区挤压，使铸孔处产生裂纹，降低使用寿命。

本发明制备的下水口砖已成功得到使用，经过测算相较于原有下水口砖，配方成本每吨降低800-1200元，使用寿命较原有配方提升1-3次，产品稳定性提高的同时，极大节省成本，应用效果良好。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。