【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及耐火材料制备，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。
技术介绍
1、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。
2、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。
3、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。
4、利用kingery热弹性理论可以得出初期抗热应力断裂系数r。
5、r＝s(1-μ)/ea
6、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:>
7、rst＝[y(1-μ)/eoa2]1/2
8、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-2。
9、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。
10、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。
11、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；但是该专利技术以镁砂为主要原料，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。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术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。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、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，
4、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；
5、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。
6、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；
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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)。
13、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。
14、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；
15、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。
16、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％。
17、本专利技术还提供上述复合下水口砖的制备方法，包括如下步骤：
18、(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；
19、(2)困料：将混炼均匀的泥料扎袋口进行困料；
20、(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；
21、(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。
22、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。
23、在其中一些实施例中，步骤(3)中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合下水口砖，其特征在于，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，
2.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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；
3.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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。
6.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，所述工作区与所述非工作区原料总质量
7.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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；
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的复合下水口砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的复合下水口砖的制备方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求8所述的复合下水口砖的制备方法，其特征在于，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。
...【技术特征摘要】
1.一种复合下水口砖，其特征在于，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，
2.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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；
3.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的复合下水口砖，其特征在于，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...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝立可，姚春战，于凌月，张哲铭，王蕊，王志英，甘广永，马静，
申请(专利权)人：河北国亮新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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