專利名稱：：一種浸入式水口耐火材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種耐火材料的制造方法，尤其是薄壁、可防止AL2O3沉積的浸入式水口的制造方法。連鑄用浸入式水口防Al2O3沉積或堵塞是連鑄工藝穩(wěn)定的必然要求，Al2O3堵塞的原因是因為鋼水中的Al2O3析出或水口中的SiO2、SiC等與鋼水中的Al反應(yīng)并沉積在水口內(nèi)壁的結(jié)果(即水口結(jié)瘤)，這一堵塞無論對一般連鑄或薄板坯連鑄都是未完全解決的問題，現(xiàn)有技術(shù)中主要有以下幾種解決方案1.采用吹氣型復(fù)層結(jié)構(gòu)，這是目前水口抗Al2O3沉積最常用的方法，水口結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于薄板坯連鑄，由于所用的薄壁水口其本身的管壁已很薄，顯然無法采用此結(jié)構(gòu)。2.水口保溫，Al2O3析出是由于鋼水溫度下降，鋼中的Al達到飽和狀態(tài)給Al2O3析出創(chuàng)造了條件，在水口外壁包上陶瓷纖維層，以減少浸入式水口內(nèi)鋼水熱損失，有利于抗Al2O3沉積。這終究是一種輔助方法，對于薄板坯連鑄，這種措施同樣受薄壁限制。3.在水口內(nèi)壁材質(zhì)上進行改進，選用與附著Al2O3反應(yīng)形成低熔物的材料，低熔物可被鋼水沖掉，即可防止Al2O3堵塞。日本專利特開昭57-71860，62-288161，特開平4-224061均提出了在水口材料中引入CaO的方法，即選用CaO-ZrO2-C系材料，以形成Al2O3-CaO-ZrO2系低溶物，達到防止Al2O3沉積的目的，這類技術(shù)材料中CaO含量高，原料和制品均易水化解體。中國專利CN1112909A公開了一種防Al2O3沉積堵塞的水口材料，即在ZrO2-C材料中加入氟化鈣，這是以部分犧牲水口壽命為代價采用熔損方法達到抗Al2O3沉積的目的，對于壁本身不厚的薄壁水口，用熔損方法顯然不適宜。美國專利4804644公開了一種“陶瓷材料”，是由鋯英石、氮化硅、氧化鋁和助燒結(jié)劑如氧化釔或鎂鋁尖晶石等經(jīng)等靜壓，于是1500-1750℃下燒結(jié)，得到O′-Sialon基體中均勻分布著ZrO2陶瓷材料，該材料抗AL2O3沉積性能優(yōu)良，但抗侵蝕、抗鋼水沖刷能力較差，不能適應(yīng)薄壁水口的工藝要求。本發(fā)明的目的是得到一種浸入式水口耐火材料的制造方法，該材料與Al2O3反應(yīng)性差、結(jié)合性小，又有較強的抗鋼水沖刷、侵蝕性。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種浸入式水口耐火材料的制造方法，是由水口本體和水口內(nèi)部的防堵塞復(fù)合層兩部分復(fù)合而成，防堵塞復(fù)合層的制造方法為用鋯英石、氮化硅、鎂鋁尖晶石及燒結(jié)助劑為原料，混勻后經(jīng)等靜壓成型，于1500-1750℃在非氧化性氣氛中燒成陶瓷復(fù)合砂，將該復(fù)合砂破碎、篩分成所需粒度規(guī)格，并按下列成份(重量)復(fù)合砂25-45％，穩(wěn)定性氧化鋯20-35％，天然鱗片石墨10-25％，酚醛樹脂5-8％，阿隆即Alon5-10％，混勻碾泥后，與水口本體復(fù)合，用等靜壓成形后燒結(jié)，即可制成所需的浸入式水口。制造復(fù)合砂的原料成分(重量)為鋯英石35-55％，氮化硅20-50％，鎂鋁尖晶石10-20％，燒結(jié)助劑2-8％。燒結(jié)助劑為氧化釔、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化硅中的任一種或以上添加物的任意組合。下面對本發(fā)明做進一步詳述。本發(fā)明制造的復(fù)合砂，是由鋯英石、氮化硅、鎂鋁尖晶石、三種材料添加燒結(jié)助劑做原料，各組分的含量和作用為鋯英石35-55％(重量百分比，以下同)，可提高材料的抗侵蝕能力，過高則使抗Al2O3沉積性變差，且在燒結(jié)時易造成過燒，過低使燒結(jié)時致密度低。氮化硅20-50％，與鋯英石發(fā)生如下反應(yīng)Si2N2O與Al2O3反應(yīng)得到O′-Sialon，得到的O′-Sialon具有抗Al2O3沉積，與熔鋼潤濕性差的特點，在1550-1600℃以上高溫形成液相膜，使Al2O3附著困難。鎂鋁尖晶石10-20％，本發(fā)明還增加細分散的鎂鋁尖晶石，一部分作為燒結(jié)助劑，另一部分做為獨立的相存在于基體中，可提高材料的抗侵蝕能力。燒結(jié)助劑2-8％，為氧化釔、氧化鋁、氧化鈣、氧化硅中的一種或上述添加物的任意組合。將上面原料混勻碾泥，經(jīng)等靜壓成型，于1500-1750℃下非氧化性氣氛中燒成陶瓷材料，它是一種與Al2O3反應(yīng)性小，與熔鋼潤濕性差，抗侵蝕能力強的陶瓷材料，其主要相組成為O′-Sialon、鎂鋁尖晶石、穩(wěn)定氧化鋯和高粘度的玻璃相，經(jīng)破碎、篩分制成陶瓷復(fù)合砂，用該復(fù)合砂和其它原料制成水口內(nèi)壁的防堵塞層碳復(fù)合材料，其成分為(重量百分比)復(fù)合砂30-50％，穩(wěn)定氧化鋯20-40％，天然鱗片石墨10-25％，酚醛樹脂5-8％，Alon5-10％，將上述原料經(jīng)混勻碾泥后，與鋁碳、鋯碳水口本體復(fù)合，經(jīng)等靜壓成形并燒結(jié)，即可制成浸入式水口，各組分的作用為復(fù)合砂25-45％，(重量百分比，以下同)，由于復(fù)合砂中存在O′-Sialon、立方氧化鋯ZrO2和鎂鋁尖晶石相，O′-Sialon的針狀晶體相互交錯形成一種編織結(jié)構(gòu)，ZrO2、鎂鋁尖晶石顆粒則主要填充在編織結(jié)構(gòu)的控隙中起彌散強化作用，因此材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。在高溫狀態(tài)下，鋼液與復(fù)合砂表面形成一層高粘度的液相膜阻礙Al2O3沉積，同時鎂鋁尖晶石相可提高材料的抗侵蝕能力。穩(wěn)定性氧化鋯20-35％，形成立方氧化鋯，提高材料的抗侵蝕性，過高抗Al2O3沉積性變差，過低抗侵蝕性下降。天然鱗片石墨10-25％，提高材料的抗熱震性、抗熔鋼沖刷性。酚醛樹脂5-8％，壓制成形時的粘結(jié)劑，過低，泥料潤濕性差，坯體強度差，過高，泥料揮發(fā)分含量高，坯體易產(chǎn)生裂紋。阿隆(Alon)5-10％，高溫穩(wěn)定性好，可置換部分O′Sialon，提高材料抗侵蝕、熱震能力，過低，不起作用，過高，成本過高。將上述原料經(jīng)混勻碾泥后，與鋁碳、鋯碳材料的水口本體復(fù)合，用等靜壓成形，燒結(jié)后即可制成浸入式水口。下面結(jié)合效果介紹本發(fā)明的實施例。使用下列原料鋯英石、氮化硅、鎂鋁尖晶石，其中鎂鋁尖晶石的成分為(重量百分比)MgO30％，Al2O367％，SiO22.0％，CaO0.5％，F(xiàn)e2O30.5％，原料的化學(xué)組成如表1示。將所有原料均磨至7μm以下，具體比例如表2示，按所需比例分別置于陶瓷球磨機中，以氧化鋁球為研磨介質(zhì)，加入酒精濕混半個小時，使原料混合均勻，然后干燥、研碎后備用。將混好的原料先置于鋼模中以30MPa的軸向壓力預(yù)先壓制成型，然后再在冷等靜壓機上以200MPa的壓力進行冷等靜壓。在電阻爐中，氬氣保護1600℃下燒結(jié)3小時，得到陶瓷復(fù)合砂，將該復(fù)合砂破碎、篩分成所需的粒度，以下列成分復(fù)合砂30％、穩(wěn)定氧化鋯40％、天然鱗片石墨17％、酚醛樹脂5％、Alon8％，混勻碾泥后制造水口內(nèi)部的防堵塞復(fù)合層具體成分如表4示，與鋁碳材料水口本體復(fù)合后經(jīng)250-300MPa冷等靜壓成型，于1150-1200℃燒結(jié)24小時制成浸入式水口。對防堵塞復(fù)合層進行抗Al2O3沉積試驗，結(jié)果如表5示。試驗條件感應(yīng)爐1600℃，1小時，上層為保護渣，下部為鋼液，鋼液化學(xué)成分為(鎮(zhèn)定鋼)C0.15，Si＜0.03，Mn0.4，P0.008，S0.012，Al0.051。能譜分析結(jié)果表明本發(fā)明材料和O′-ZrO2-C材料熱面幾乎不存在Al2O3，說明鋼液中的Al未能沉積在材料表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料中增加了抗侵蝕力強的鎂鋁尖晶石，使鎂鋁尖晶石一部分做為燒結(jié)助劑，一部分做為獨立的相存在，因此，本發(fā)明材料的抗侵蝕性比O′-ZrO2-C材料強。該材料即具有較好的抗Al2O3沉積性能，又具有較好的抗鋼水侵蝕、沖刷能力。表1</tables>表2表3表4表5</tables>權(quán)利要求1.一種浸入式水口耐火材料的制造方法，是由水口本體和水口內(nèi)部的防堵塞復(fù)合層兩部分復(fù)合而成，防堵塞層的制造方法為用鋯英石、氮化硅、鎂鋁尖晶石及燒結(jié)助劑，為原料混勻后經(jīng)等靜壓成型，于1500-1750℃在非氧化性氣氛中燒成陶瓷復(fù)合砂，其特征是將該復(fù)合砂破碎、篩分成所需粒度規(guī)格，并按下列成份(重量)復(fù)合砂25-45％，穩(wěn)定性氧化鋯20-35％，天然鱗片石墨10-25％，酚醛樹脂5-8％，阿隆即Alon5-10％，混勻碾泥后，與水口本體復(fù)合，用等靜壓成形后經(jīng)燒結(jié)，即可制成所需的浸入式水口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是所述的制造復(fù)合砂的原料成分(重量)為鋯英石35-55％，氮化硅20-50％，鎂鋁尖晶石10-20％，燒結(jié)助劑2-8％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是所述的燒結(jié)助劑為氧化釔、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化硅中的任一種或以上添加物的任意組合。全文摘要本發(fā)明涉及一種連鑄用浸入式水口用碳復(fù)合耐火材料的制造方法,是由水口本體和內(nèi)部的防堵塞復(fù)合層組成,防堵塞層的制造方法為:由鋯英石、氮化硅、鎂鋁尖晶石和燒結(jié)助劑混勻后經(jīng)等靜壓成型,于1500—1750℃、非氧化性氣氛中燒結(jié)成陶瓷復(fù)合砂,并以復(fù)合砂:25—45%,穩(wěn)定氧化鋯:20—35%,天然鱗片石墨:10—15%,酚醛樹脂:5—8%,Alon:5—10%混勻碾泥后,與水口本體復(fù)合,經(jīng)等靜壓成型并燒結(jié)即可。文檔編號B22D41/52GK1176236SQ9710078公開日1998年3月18日申請日期1997年2月27日優(yōu)先權(quán)日1997年2月27日發(fā)明者李永全,李楠,柯昌明,方園申請人:寶山鋼鐵(集團)公司,武漢冶金科技大學(xué)