一种AlON结合刚玉质滑板及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是指一种AlON结合刚玉质滑板及其制备方法。

背景技术

因石墨具有热导率高、对铁水及氧化物熔渣润湿性差等优点，含碳滑板一直是钢铁企业中的主流产品。但传统铝碳、铝锆碳滑板在使用过程中会导致钢液增碳，因而无法满足洁净钢的冶炼要求。为降低滑板中的碳含量，洪彦若等人提出了金属复合低碳甚至无碳耐火材料。碳复合耐火材料中会添加少量金属相，其功能主要是作为保护碳的抗氧化剂。在实际使用过程中研究人员发现金属相在碳复合耐火材料中除起到抗氧化功能外，还能够反应形成非氧化物相。金属复合耐火材料正是利用了金属相在耐火材料中的原位氮化/碳化反应，增大了耐火材料中金属的添加量，以氮气为氮源，CO(g)或C为碳源实现烧成/使用过程中金属相原位氮化在耐火材料中形成非氧化物结合。

目前金属复合耐火材料中的金属以Al为主，Al-O-C-N体系中存在Al

AlON是一类尖晶石型固溶体，熔点为1940℃。其用于耐火材料领域制备高级复合耐火材料，可改善耐火材料的高温力学性能、热震稳定性、抗渣性能和抗钢液冲刷性能等，并具有节能环保的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种AlON结合刚玉质滑板及其制备方法。本发明AlON结合的刚玉质滑板不含碳，无需氮化烧成，借助于硝酸钙(优选四水硝酸钙)高温分解所释放的NO(g)实现金属铝的氮化。本发明滑板制备工艺简单，原料丰富且性价比优，烧成过程易控，用于洁净钢连铸时不会发生二次C、H、O及其他杂质的污染。

本发明中，可以理解的是，所述AlON结合刚玉质滑板是指AlON结合刚玉的混合材质的滑板。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面提供一种AlON结合刚玉质滑板，按重量百分比计，其原料组成包括：45％～94％的刚玉，5％～30％的活性氧化铝，1％～15％的金属铝，0.1％～10％的硝酸钙。

优选地，所述刚玉质量含量为55％～85％。

其中优选地，所述刚玉包括3-1.0mm、0.9-0.10mm、0.09-0mm三种粒度，三种粒度的质量含量比例为：以刚玉总质量计，粒度为3-1.0mm的占比为40％-65％、粒度为0.9-0.10mm的占比为18％-30％、粒度为0.09-0mm的占比为17％-30％。该优选方案，刚玉粒度分配合理，能够实现颗粒在材料成型过程中的紧密堆积，更利于提升材料机械强度。

其中优选地，所述刚玉包括板状刚玉和白刚玉，板状刚玉和白刚玉的质量比＞2：1。该优选方案，板状刚玉和白刚玉配合且配比适宜，能够兼顾滑板的热震稳定性和耐磨性能，更利于提升材料的使用性能。

其中优选地，所述活性氧化铝粒度为0.1-0mm；所述金属铝粒度为0.1-0mm。

其中优选地，所述原料还包括结合剂，结合剂包括酚醛树脂，结合剂的含量为除结合剂以外的其他原料总量的2％～6％。

其中优选地，所述硝酸钙以四水硝酸钙的形式引入。该优选方案，相比于无水硝酸钙，四水硝酸钙能够在材料的混炼过程中熔融，更利于提升材料的均匀性。

第二方面提供第一方面所述的AlON结合刚玉质滑板的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将刚玉、活性氧化铝、金属铝、硝酸钙按配比称量，加入结合剂后混炼均匀，制成泥料；

S2、将S1中的泥料压制成型，先烘干，然后在空气条件下烧成，再经加箍、磨制、涂布制得成品。

其中优选地，所述烘干的条件包括：烘干温度为120-500℃，烘干时间为5-25h。

其中优选地，所述烧成的条件包括：温度为1200-1600℃，时间为3-20h。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明以硝酸钙(优选四水硝酸钙)受热分解产生的NO(g)作为氮源，于高温空气条件下实现了AlON结合刚玉质滑板的制备。硝酸钙(优选四水硝酸钙)加热至500℃前转变为亚硝酸钙(如下述反应式(1)和反应式(2))。继续加热，金属铝熔融，同时亚硝酸钙分解产生NO(g)和CaO(反应式(3))。随着烧成温度继续升高金属铝和NO(g)反应形成AlN和Al

Ca(NO

Ca(NO

Ca(NO

Al(l)+NO(g)→AlN(s)+Al

AlN(s)+Al

CaO(s)+Al

本发明具有如下优势：

(1)以硝酸钙(优选四水硝酸钙)作为氮源时，AlON结合刚玉滑板无需氮化烧成；

(2)因无碳质原料，AlON结合刚玉滑板无水化风险，并且制备过程中无需为了促进Al

(3)硝酸钙分解剩余的氧化钙与刚玉反应形成高熔点六铝酸钙，不会对材料性能产生影响；

(4)本发明制备方法简单，烧成过程简单易控，所生产产品性能指标优良。例如在一些具体实施方式中，显气孔率4％-15％、体积密度3.0-3.4g/cm

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

实施例1

将75％刚玉，15％的活性氧化铝，7％的金属铝粉，3％的四水硝酸钙混合，外加上述混合料2％的热固性酚醛树脂结合剂，混炼均匀，压制成型；先在200℃下烘干5h，然后在1300℃空气条件下高温烧结6h；再经加箍、磨制、涂布制成AlON结合刚玉质滑板。所述活性氧化铝粒度为0.1-0mm；所述金属铝粒度为0.1-0mm。

其中原料刚玉分为板状刚玉和白刚玉，板状刚玉和白刚玉的质量比为3：1，板状刚玉和白刚玉分别由3-1.0mm、0.9-0.10mm、0.09-0mm三种粒度组成，三种粒度的质量含量比例为：以相应刚玉总质量计，粒度为3-1.0mm的占比为50％、粒度为0.9-0.10mm的占比为25％、粒度为0.09-0mm的占比为25％。

所得AlON结合刚玉质滑板经检测，显气孔率为6.5％，体积密度为3.31g/cm

实施例2

参照实施例1进行，不同的是，外加上述混合料3％的热固性酚醛树脂结合剂。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为6.3％，体积密度为3.31g/cm

实施例3

参照实施例1进行，不同的是，部分原料用量不同，具体地，10％的活性氧化铝，10％的金属铝粉，5％的四水硝酸钙。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为6.3％，体积密度为3.31g/cm

实施例4

参照实施例1进行，不同的是，部分原料用量不同，具体地，0.5％的四水硝酸钙，17.5％的活性氧化铝。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为6.7％，体积密度为3.30g/cm

实施例5

参照实施例1进行，不同的是，部分原料用量不同，具体地，10％的四水硝酸钙，8％的活性氧化铝。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为7.5％，体积密度为3.30g/cm

实施例6

参照实施例1进行，不同的是，相应刚玉仅由两种粒度，两种粒度的质量含量比例为：以相应刚玉总质量计，粒度为3-1.0mm的占比为50％、粒度为0.09-0mm的占比为50％。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为8.8％，体积密度为3.25g/cm

实施例7

参照实施例1进行，不同的是，四水硝酸钙为无水硝酸钙。

所得AlON结合刚玉滑板经检测，显气孔率为6.4％，体积密度为3.31g/cm

对比例1

参照实施例1进行，不同的是，不采用四水硝酸钙，刚玉量为78％。

所得产物经检测，显气孔率为7.4％，体积密度为3.29g/cm

对比例2

参照实施例1进行，不同的是，四水硝酸钙用量过大，四水硝酸钙量为15％，刚玉量为63％。

所得产物经检测，显气孔率为9.2％，体积密度为3.27g/cm

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。