本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性的鎂碳質(zhì)滑板，還涉及上述鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

滑板作為滑動(dòng)水口系統(tǒng)中最重要的組成部分，直接控制鋼水流量，在滿足不同澆鑄工藝要求的條件下，需要長時(shí)間、反復(fù)承受高溫鋼水的化學(xué)侵蝕和物理沖刷，同時(shí)承受高的熱沖擊和機(jī)械磨損作用，服役環(huán)境極為苛刻。

當(dāng)澆鑄鈣處理鋼、高氧鋼、Al鎮(zhèn)靜鋼等高腐蝕性鋼種時(shí)，普通鋁碳滑板不能滿足工藝要求，鎂質(zhì)滑板對于高腐蝕性鋼種具有良好的耐侵蝕性，但由于材料較大的熱膨脹系數(shù)和有限的強(qiáng)度削弱了其優(yōu)良的抗侵蝕性能，限制了鎂質(zhì)滑板的多次使用。以碳或者碳化物為結(jié)合相的鎂碳質(zhì)滑板抗侵蝕性和熱震穩(wěn)定性都良好，是因?yàn)槭拇嬖?，它難于熔渣潤濕、熱導(dǎo)率高、可以緩和應(yīng)力，因此較高的碳含量有效保證鎂碳質(zhì)滑板服役時(shí)壽命的穩(wěn)定性和安全性。但是隨著科技的進(jìn)步，各行各業(yè)對鋼材性能和質(zhì)量的要求逐漸提高，發(fā)展的重點(diǎn)是提高鋼水的純凈度，最大限度的降低鋼中雜質(zhì)的含量，故而要求滑板盡可能的降低碳含量，此時(shí)必然降低鎂碳質(zhì)滑板的熱震穩(wěn)定性，因此急需開發(fā)一款低碳鎂碳質(zhì)滑板，滿足現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的目的是提供一種鎂碳質(zhì)滑板，顯著改善鎂碳質(zhì)滑板的熱震穩(wěn)定性和抗侵蝕性能，提高抗氧化性能及耐磨性能，延長使用壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板，其組成按質(zhì)量百分比配比為：3～1mm電熔鎂砂35％、1～0mm電熔鎂砂30％、≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂10～14％、＜0.088mm石墨8％、α-Al₂O₃微粉5％、Al粉+Si粉4％、復(fù)合抗氧化劑2％、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體2～6％，外加占總質(zhì)量3％～5％的酚醛樹脂結(jié)合劑。

本發(fā)明把ZrB₂-SiC復(fù)合粉體作為一種原料添加到低碳鎂碳質(zhì)滑板中，利用其高的熱傳導(dǎo)、較低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的耐磨性和抗氧化性能，明顯改善鎂碳質(zhì)材料因碳含量降低導(dǎo)致熱震性能差的問題，同時(shí)賦予滑板優(yōu)良的抗氧化性能和耐磨性能等；ZrB₂的熔點(diǎn)高(3518K)、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性能優(yōu)異，同時(shí)ZrB₂與鋼水熔渣不潤濕，具有優(yōu)良的抗熔融金屬及渣液侵蝕的性能；在ZrB₂中引入SiC制備出復(fù)合粉體可以顯著改善ZrB₂的抗氧化性能，是一種高強(qiáng)度、高韌性且抗侵蝕性能優(yōu)良的復(fù)合材料。

在上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板中，可選的，所述復(fù)合抗氧化劑為SiC、MgB、B₄C、CaB₂和金屬鋅中兩種以上的混合物，且必須含有B₄C、CaB₂。

在上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板中，可選的，所述α-Al₂O₃微粉的粒徑為3μm。

本發(fā)明的另一目的是提供一種ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝，按以下步驟具體進(jìn)行：

步驟S1、配料：按照ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的組成配比進(jìn)行配料：3～1mm電熔鎂砂35％、1～0mm電熔鎂砂30％、≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂10～14％、＜0.088mm石墨8％、α-Al₂O₃微粉5％、Al粉+Si粉4％、復(fù)合抗氧化劑2％、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體2～6％；

步驟S2、預(yù)混合：采用V形混合機(jī)對≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂、＜0.088mm石墨、α-Al₂O₃微粉、Al粉+Si粉、復(fù)合抗氧化劑、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體進(jìn)行預(yù)混合，混合時(shí)間不少于30min；

步驟S3、混碾：將上述配比顆粒料在輪碾式混碾機(jī)混碾3-5min，加入占總質(zhì)量3％-5％酚醛樹脂混碾3-5min，最后加入上述預(yù)混料混碾時(shí)間不低于30min，泥料不需要嚴(yán)格困料，需在2h之內(nèi)成型完畢；

步驟S4、機(jī)壓成型：泥料加入成型磨具中，在1000T電動(dòng)螺旋壓力機(jī)成型，先輕打并吊模排氣2次，再重打8-11次，最后吊模穩(wěn)壓后出模，總打擊次數(shù)不少于15次，得到半成品；

步驟S5、干燥：半成品自然涼放12h后，入電烤干燥器，進(jìn)窯口溫度50℃，烘烤時(shí)間8小時(shí)以上，110℃烘烤時(shí)間12h以上，110至250℃烘烤時(shí)間12h以上，250℃恒溫烘烤時(shí)間16h以上，總干燥時(shí)間48h以上；

步驟S6、中溫處理：在60m隧道窯進(jìn)行中溫處理，窯內(nèi)升溫25-30℃/h，650-700℃保溫10h，中溫處理時(shí)間55-60h，冷卻時(shí)間40-50h，冷卻至100℃以下方打開窯門；

步驟S7、打箍：鐵箍位于中部、鐵箍焊縫不得超過1mm，鐵箍與滑板間隙不得超過1mm；

步驟S8、磨制：在數(shù)控立軸圓臺平面磨床上磨制，滑板工作面平整度小于0.05mm，滑板磨制過程中產(chǎn)生的水分利用紅外干燥器進(jìn)行烘干；

步驟S9、貼面、涂層、檢驗(yàn)后包裝即可得到成品。

在上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝中，可選的，所述復(fù)合抗氧化劑為SiC、MgB、B₄C、CaB₂和金屬鋅中兩種以上的混合物，且必須含有B₄C、CaB₂。

在上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝中，可選的，所述α-Al₂O₃微粉的粒徑為3μm。

與現(xiàn)有普通低碳鎂碳質(zhì)滑板相比較，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的鎂碳質(zhì)滑板中引入ZrB₂-SiC復(fù)合粉體，1200℃左右，SiC會(huì)氧化形成玻璃相的硅酸鹽，這一方面會(huì)替代揮發(fā)的硼酸鹽對其表面起到保護(hù)作用，另一方面會(huì)與氧化硼形成一種黏性更大、能有效阻止環(huán)境中的氧進(jìn)入基體的硼硅酸鹽，從而有效的改善材料的抗氧化性能，提高了材料的高溫強(qiáng)度；

(2)ZrB₂-SiC復(fù)合粉體的引入可以提高鎂碳材料的燒結(jié)性能，抑制基體中顆粒的異常長大，從而改善滑板的熱沖擊性能和熱震性能；

(3)本發(fā)明的工藝采用中溫預(yù)處理工藝，材料中的金屬Al、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體等發(fā)生一系列復(fù)雜的反應(yīng)改變了基質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)，其中生成的B₂O₃高溫下與基質(zhì)中的MgO細(xì)粉反應(yīng)生成硼鎂酸鹽，硼鎂酸鹽高溫狀態(tài)下呈液態(tài)，可以有效的填充氣孔，抑制環(huán)境中的氧向基質(zhì)中進(jìn)一步擴(kuò)散，防止碳的氧化，保證了基質(zhì)的高溫性能；反應(yīng)生成的ZrO₂等高溫性能優(yōu)良的晶體，提高了材料的抗侵蝕性能、熱震穩(wěn)定性；本發(fā)明制備的鎂碳滑板的使用壽命與普通鎂碳滑板相比大大提高，平均使用壽命從原來的2.0次提高到3.5次以上；

(4)本發(fā)明的鎂碳質(zhì)滑板采用中溫預(yù)處理工藝，中溫輕燒使材料基質(zhì)發(fā)生一些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，材料的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增強(qiáng)了材料的致密度，改善了材料的熱震性能和抗氧化性能。一方面，一部分金屬Al先與C被O₂氧化生成少量Al₂O₃，另一部分Al在660℃左右熔融，液態(tài)Al可以暫時(shí)被形成的Al2O3保護(hù)一段時(shí)間，當(dāng)液態(tài)Al蒸發(fā)到表面時(shí)，與CO反應(yīng)可以還原C，彌補(bǔ)了一些C的損失，而生成的Al₂O₃高溫狀態(tài)下與MgO反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，鎂鋁尖晶石的熱膨脹系數(shù)和彈性模量小，提高了材料的高溫狀態(tài)下的熱震穩(wěn)定性；另一方面，添加的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體中的ZrB₂600℃左右開始與空氣中的O₂反應(yīng)生成少量的ZrO₂和B₂O₃，B₂O₃高溫下反應(yīng)生成液相包裹基質(zhì)起到保護(hù)作用，使基質(zhì)不易被氧化，ZrO₂具備優(yōu)異的高溫性能，強(qiáng)化了基質(zhì)，從而賦予了材料良好的高溫性能。

具體實(shí)施方式

首先，需要說明的是，以下將以示例方式來具體說明本發(fā)明ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的具體結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)等，然而所有的描述僅是用來進(jìn)行說明的，而不應(yīng)將其理解為對本發(fā)明形成任何限制。

下面就通過這個(gè)給出的實(shí)施例來對本發(fā)明ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板進(jìn)行示例性說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板，其組成按質(zhì)量百分比配比為：3～1mm電熔鎂砂35％、1～0mm電熔鎂砂30％、≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂14％、＜0.088mm石墨8％、3μmα-Al₂O₃微粉5％、Al粉+Si粉4％、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂2％、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體2％，外加占總質(zhì)量3％的酚醛樹脂結(jié)合劑。

本發(fā)明的一種上述鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝，按以下步驟具體進(jìn)行：

步驟S1、配料：按照上述的ZrB2-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的組成配比進(jìn)行配料；

步驟S2、預(yù)混合：采用V形混合機(jī)對≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂、＜0.088mm石墨、3μmα-Al₂O₃微粉、Al粉+Si粉、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體進(jìn)行預(yù)混合，混合時(shí)間不少于30min；

步驟S3、混碾：將上述配比顆粒料在輪碾式混碾機(jī)混碾5min，加入占總質(zhì)量3％酚醛樹脂混碾5min，最后加入上述預(yù)混料混碾時(shí)間不低于30min，泥料不需要嚴(yán)格困料，需在2h之內(nèi)成型完畢；

步驟S4、機(jī)壓成型：泥料加入成型磨具中，在1000T電動(dòng)螺旋壓力機(jī)成型，先輕打并吊模排氣2次，再重打11次，最后吊模穩(wěn)壓后出模，總打擊次數(shù)不少于15次，得到半成品；

步驟S5、干燥：半成品自然涼放12h后，入電烤干燥器，進(jìn)窯口溫度50℃，烘烤時(shí)間8小時(shí)以上，110℃烘烤時(shí)間12h以上，110至250℃烘烤時(shí)間12h以上，250℃恒溫烘烤時(shí)間16h以上，總干燥時(shí)間48h以上；

步驟S6、中溫處理：在60m隧道窯進(jìn)行中溫處理，窯內(nèi)升溫30℃/h，700℃保溫10h，中溫處理時(shí)間60h，冷卻時(shí)間50h，冷卻至100℃以下方打開窯門；

步驟S7、打箍：鐵箍位于中部、鐵箍焊縫不得超過1mm，鐵箍與滑板間隙不得超過1mm；

步驟S8、磨制：在數(shù)控立軸圓臺平面磨床上磨制，滑板工作面平整度小于0.05mm，滑板磨制過程中產(chǎn)生的水分利用紅外干燥器進(jìn)行烘干；

步驟S9、貼面、涂層、檢驗(yàn)后包裝即可得到成品。

實(shí)施例2

本發(fā)明的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板，其組成按質(zhì)量百分比配比為：3～1mm電熔鎂砂35％、1～0mm電熔鎂砂30％、≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂12％、＜0.088mm石墨8％、3μmα-Al₂O₃微粉5％、Al粉+Si粉4％、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂+金屬鋅2％、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體4％，外加占總質(zhì)量4％的酚醛樹脂結(jié)合劑。

本發(fā)明的一種上述鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝，按以下步驟具體進(jìn)行：

步驟S1、配料：按照上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的組成配比進(jìn)行配料；

步驟S2、預(yù)混合：采用V形混合機(jī)對≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂、＜0.088mm石墨、3μmα-Al₂O₃微粉、Al粉+Si粉、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂+金屬鋅、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體進(jìn)行預(yù)混合，混合時(shí)間不少于30min；

步驟S3、混碾：將上述配比顆粒料在輪碾式混碾機(jī)混碾3min，加入占總質(zhì)量4％酚醛樹脂混碾3min，最后加入上述預(yù)混料混碾時(shí)間不低于30min，泥料不需要嚴(yán)格困料，需在2h之內(nèi)成型完畢；

步驟S4、機(jī)壓成型：泥料加入成型磨具中，在1000T電動(dòng)螺旋壓力機(jī)成型，先輕打并吊模排氣2次，再重打10次，最后吊模穩(wěn)壓后出模，總打擊次數(shù)不少于15次，得到半成品；

步驟S5、干燥：半成品自然涼放12h后，入電烤干燥器，進(jìn)窯口溫度50℃，烘烤時(shí)間8小時(shí)以上，110℃烘烤時(shí)間12h以上，110至250℃烘烤時(shí)間12h以上，250℃恒溫烘烤時(shí)間16h以上，總干燥時(shí)間48h以上；

步驟S6、中溫處理：在60m隧道窯進(jìn)行中溫處理，窯內(nèi)升溫25℃/h，650℃保溫10h，中溫處理時(shí)間60h，冷卻時(shí)間50h，冷卻至100℃以下方打開窯門；

步驟S7、打箍：鐵箍位于中部、鐵箍焊縫不得超過1mm，鐵箍與滑板間隙不得超過1mm；

步驟S8、磨制：在數(shù)控立軸圓臺平面磨床上磨制，滑板工作面平整度小于0.05mm，滑板磨制過程中產(chǎn)生的水分利用紅外干燥器進(jìn)行烘干；

步驟S9、貼面、涂層、檢驗(yàn)后包裝即可得到成品。

實(shí)施例3

本發(fā)明的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板，其組成按質(zhì)量百分比配比為：3～1mm電熔鎂砂35％、1～0mm電熔鎂砂30％、≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂10％、＜0.088mm石墨8％、3μmα-Al₂O₃微粉5％、Al粉+Si粉4％、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂+SiC+MgB 2％、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體6％，外加占總質(zhì)量5％的酚醛樹脂結(jié)合劑。

本發(fā)明的一種上述鎂碳質(zhì)滑板的生產(chǎn)工藝，按以下步驟具體進(jìn)行：

步驟S1、配料：按照上述的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板的組成配比進(jìn)行配料；

步驟S2、預(yù)混合：采用V形混合機(jī)對≤0.075mm大結(jié)晶鎂砂、＜0.088mm石墨、3μmα-Al₂O₃微粉、Al粉+Si粉、復(fù)合抗氧化劑：B₄C+CaB₂+SiC+MgB、ZrB₂-SiC復(fù)合粉體進(jìn)行預(yù)混合，混合時(shí)間不少于30min；

步驟S3、混碾：將上述配比顆粒料在輪碾式混碾機(jī)混碾4min，加入占總質(zhì)量5％酚醛樹脂混碾4min，最后加入上述預(yù)混料混碾時(shí)間不低于30min，泥料不需要嚴(yán)格困料，需在2h之內(nèi)成型完畢；

步驟S4、機(jī)壓成型：泥料加入成型磨具中，在1000T電動(dòng)螺旋壓力機(jī)成型，先輕打并吊模排氣2次，再重打10次，最后吊模穩(wěn)壓后出模，總打擊次數(shù)不少于15次，得到半成品；

步驟S5、干燥：半成品自然涼放12h后，入電烤干燥器，進(jìn)窯口溫度50℃，烘烤時(shí)間8小時(shí)以上，110℃烘烤時(shí)間12h以上，110至250℃烘烤時(shí)間12h以上，250℃恒溫烘烤時(shí)間16h以上，總干燥時(shí)間48h以上；

步驟S6、中溫處理：在60m隧道窯進(jìn)行中溫處理，窯內(nèi)升溫28℃/h，680℃保溫10h，中溫處理時(shí)間60h，冷卻時(shí)間45h，冷卻至100℃以下方打開窯門；

步驟S7、打箍：鐵箍位于中部、鐵箍焊縫不得超過1mm，鐵箍與滑板間隙不得超過1mm；

步驟S8、磨制：在數(shù)控立軸圓臺平面磨床上磨制，滑板工作面平整度小于0.05mm，滑板磨制過程中產(chǎn)生的水分利用紅外干燥器進(jìn)行烘干；

步驟S9、貼面、涂層、檢驗(yàn)后包裝即可得到成品。

本發(fā)明的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性免燒低碳與普通低碳鎂碳質(zhì)滑板的理化性能和平均使用壽命參數(shù)對比如表1：

表1本發(fā)明的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板與普通低碳鎂碳質(zhì)滑板的理化性能和平均使用壽命對比

將上述實(shí)施例得到的ZrB₂-SiC復(fù)合粉體改性中溫預(yù)處理鎂碳質(zhì)滑板在某公司的特鋼鈣處理鋼、高Al鎮(zhèn)靜鋼上試用，試驗(yàn)結(jié)束后對本發(fā)明滑板磚與普通鎂碳質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行侵蝕、裂紋等對比分析。本發(fā)明滑板使用壽命達(dá)到3.5次以上，平均擴(kuò)徑9mm，平均侵蝕速率2.57mm/次，服役狀態(tài)下未見異常裂紋。通過與普通鎂碳產(chǎn)品對比測量數(shù)據(jù)分析，本發(fā)明滑板的平均侵蝕速率2.57mm/次，優(yōu)于現(xiàn)有普通鎂碳產(chǎn)品的平均侵蝕速率3.33mm/爐。滑板耐磨性情況：普通低碳鎂碳產(chǎn)品使用兩次后板面拉毛嚴(yán)重，表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疏松掉塊現(xiàn)象；本發(fā)明滑板使用三次后表面情況良好，具備良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。ZrB₂-SiC復(fù)合粉體的引入進(jìn)一步提高了材料的耐侵蝕性能，熱震性能相比普通鎂碳產(chǎn)品得到明顯改善，同時(shí)賦予材料良好的耐磨性能和抗侵蝕性能，而中溫預(yù)處理工藝改變了材料的顯微結(jié)構(gòu)，提高了基質(zhì)的密實(shí)度及高溫性能，為高腐蝕性鋼種澆鑄提供一種高壽命鎂碳質(zhì)滑板。