專利名稱：無硅浸入式水口及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種水口材料及制造方法，尤其是涉及在連續鑄鋼生產中使用的中間包的無硅浸入式水口及其制造方法。
背景技術：
浸入式水口是鋼鐵連鑄生產中最關鍵的功能耐火材料之一，其使用效果直接影響連鑄生產的穩定性和鋼坯質量。浸入式水口位于中間包與結晶器之間，是鋼水進入結晶器的必由之路，起著導流和保護鋼水的作用，防止鋼水與空氣中的氧接觸再次發生氧化的可能性，同時通過設計合理的水口結構，可以防止鋼水進入結晶器時產生不合理流場，影響鋼材的質量。目前，浸入式水口所用的材質主要是Al2O3-C質。其配料主要是電熔白剛玉、鱗片狀石墨、結合劑以及添加劑等。鋁碳浸入式水口除了機械損毀和蝕損外，連鑄過程中經常會產生結瘤堵塞現象。 特別是在澆鑄鋁鎮靜鋼時，常因鋼液中AlzO3等夾雜物附著在水口內壁而發生堵塞，從而影響連鑄的連續作業。同時由于粘附在浸入式水口內表面的夾雜物，在澆鑄過程中可能脫落， 掉入鋼水中，造成連鑄坯中的非金屬夾雜，而影響連鑄鋼坯的質量，嚴重是這些夾渣物會被咬入坯殼發生漏鋼事故。另外，浸入式水口內壁的結瘤還可引起結晶器內鋼水的偏流，這同樣影響鑄坯的質量，而在偏流后的異常處理對鑄坯夾渣、夾雜的形成和事故的發生率更是雪上加霜。對浸入式水口堵塞機理的研究工作已進行了 20多年，歸納起來主要有以下幾種觀點(1)反應生成機理；(2)蒸發一凝聚引起物理沉積。根據對水口堵塞機理的研究，采取了很多有針對性的辦法，主要從煉鋼工藝角度和浸入式水口兩方面來采取預防措施。從煉鋼工藝角度出發A.降低脫氧生成物熔點；B.鋼液清潔化。從浸入式水口角度出發一種為結構防堵，原理是改變鋼液在水口內部的流態，減少渦流，從而消除結瘤； 另一種為材質防堵，即在水口中加入添加物或在水口內復合一層防堵材料內襯，減少或消除沉積，因材質不同，防堵機理也有所不同。水口材質的改進，是解決水口堵塞問題的主要方向。主要分兩類，加入添加物改進水口材質和開發新的水口材質。浸入式水口 Al2O3堵塞的主要原因之一是因水口材質中碳的存在，與其中的SiO2 發生還原反應，還原物SiO及CO進一步與鋼液中的Al反應而生成Al2O3，粘附在裸露于水口內壁面的Al2O3骨料上，造成水口內壁Al2O3沉積。因此實現浸入式水口無硅化是解決水口堵塞的主要方法之一。
發明內容
本發明的目的在于提供一種無硅浸入式水口及其制造方法，在不影響產品抗熱震性能、耐侵蝕、抗沖刷和較長使用壽命的條件下，通過加入用結合劑改性的鈦酸鋁材料替代傳統浸入式水口材料中的碳化硅和熔融石英組份，加入的鈦酸鋁材料通過改性后，消除了
3鈦酸鋁材料燒結體強度低的缺陷，而材料中熔融石英和碳化硅的被替代，有效防止了生產澆注過程中SiO和CO的生成，進而減少了其與鋼水中AL的進一步氧化而生成中的Al2O3從而減緩或阻止結瘤的產生，防止水口堵塞，以促進連鑄生產和質量的穩定提高；渣線段材料的改進在考慮該部位在澆注中易受保護渣侵蝕和氧化的特性和氧化鋯使用成本的基礎上， 根據現場的實際需求進行配比，其材質引入鈦酸鋁的意義也是為防止渣線部位的氧化和 Al2O3的生成而采用鈦酸鋁替代碳化硅和熔融石英，以提高澆注質量。為達到上述目的，本發明的技術方案為了防止SiO的生成，不引入含硅材料，如為提高浸入式水口的抗熱震性性能，常引入5 15%熔融石英粉，為減緩石墨氧化，常引入碳化硅取代部分石墨。本發明則引入低膨脹系數、高抗熱震的鈦酸鋁取代熔融石英和碳化硅，在不影響產品抗熱震性能和使用壽命的條件下，通過防止SiO生成的方式來減緩或阻止結瘤的產生，防止水口堵塞。 具體地，本發明的無硅浸入式水口，其包括本體及渣線段；其中，本體材質組分重量百分比為鱗片石墨15 35%，白剛玉35 55%，鈦酸鋁20 50% ；渣線段材質組分重量百分比為鱗片石墨15 25%，氧化鋯40 75%，鈦酸鋁0 40%。進一步，所述的鈦酸鋁組分百分含量為Al2O3 40 50%，TW2 50 60%，外加穩定劑；其中，外加的穩定劑為MgO 1 4%、或MgO 1 4%和CeO2 1 3%、或F2O3 3 8%或氧化鋯0. 5 2%或MgO和( 和F2O3和氧化鋯四者的混合物2 6%，以重量百分比計。上述所述的鈦酸鋁組分和穩定劑先通過高溫預合，預合成溫度為1450 1700°C。上述外加劑添加含量均為原料總量100%之外的相對含量而言。鈦酸鋁，其為假板鈦礦結構族化合物，屬正交晶系，其晶體在不同方向上的熱膨脹系數顯著不同，因此在燒成冷卻后，由于內部應力過大，在內部產生大量的微裂紋。在鈦酸鋁晶體結構中，每個鋁離子和鈦離子被形成八面體的六個氧原子所包圍而位于八面體的中心，這些(TiO6)或(AlO6)在a軸、b軸方向上，以共用邊相連。在C軸方向上，三個八面體的頂點連接起來形成連續的鏈，各鏈條在空間無限延伸，相互交叉聯結，形成空間網狀結構， 這在宏觀上表現出較低的熱膨脹系數，但同時也使燒結體的強度大大降低。通常需要在基質材料中引入添加劑來改善性能鈦酸鋁陶瓷性能，目前鈦酸鋁改性用到的添加劑有Li2O, B2O, Cr2O3, La2O3, CeO2, SiC, Si3N4, SiO2, MgO, F2O3, ZrO2 以及 FeTi03+Fe203 等。改性制備的鈦酸鋁陶瓷材料具有較高的熔點、較低的熱膨脹系數(在RT-100(TC 條件下，α <2.0X10_6/°C)，并具有優良的抗熱震性ATc> 1000°C，導熱系數小，在較高溫度和冷熱頻繁交換條件下具有很大的應用潛力。另外具有與許多金屬(特別是有色金屬)熔液及玻璃熔液不浸潤的特性，能夠經受起高溫金屬溶液的長期沖刷和侵蝕而不產生剝落現象。本發明的無硅浸入式水口的制備方法，其包括如下步驟1)浸入式水口包括本體及渣線段，其中，本體材質組分重量百分比為鱗片石墨 15 35%，白剛玉35 55%，鈦酸鋁20 50% ；渣線材質組分重量百分比為鱗片石墨 15 25%，氧化鋯40 75%，鈦酸鋁0 40% ；2)將本體材質和渣線材質分別均勻混合，往其中加入上述組份中外加10%的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機將原料造粒，造粒料經烘干床烘干，使之滿足成型要求，將本體材質造粒料和渣線材質造粒料分別加入模具，使用靜壓機在80 150MI^壓力下壓制成型；3)成型產品在梭式窯中用1200 1300°C在還原氣氛或無氧環境下燒制，燒成產品經過車床加工，產品表面再涂敷防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。進一步，所述的還原氣氛或無氧環境為埋碳燒結、或真空燒結、或惰性氣體下方式。所述的防氧化涂層為釉質。本發明的有益效果和現有技術的產品比較，本發明由于采用鈦酸鋁取代熔融石英和碳化硅，使產品實現無硅化，既保證了浸入式水口應有的機械強度，高抗熱震性能及耐侵蝕、抗沖刷性能， 在實際使用過程中還可防止SiO和CO的生成來減緩或阻止SiO與鋼水中的AL進一步氧化生成Al2O3，并粘附在水口內壁，形成結瘤，達到防止水口堵塞，確保水口內部光潔的目的，從而有效防止了因水口結瘤造成的偏流和因此而發生的各種異常處理，保障連鑄生產的穩定性，從而提高鑄坯的質量。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。本發明無硅浸入式水口實施例成分參見表1。本發明的無硅浸入式水口的制備方法，其包括如下步驟將本體材質和渣線材質分別均勻混合，往其中加入上述組份中外加10 %的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機將原料造粒，造粒料經烘干床烘干，使之滿足成型要求，將本體材質造粒料和渣線材質造粒料分別加入模具，使用靜壓機在80 150MI^壓力下壓制成型；成型產品在梭式窯中用1200 1300°C在還原氣氛或無氧環境下燒制，燒成產品經過車床加工，產品表面再涂敷防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。表1單位重量百分比
權利要求
1.無硅浸入式水口，其特征在于包括本體及渣線段；其中，本體材質組分重量百分比為鱗片石墨15 35%，白剛玉35 55%，鈦酸鋁20 50% ；渣線段材質組分重量百分比為鱗片石墨15 25%，氧化鋯40 75%，鈦酸鋁0 40%。
2.如權利要求1所述的無硅浸入式水口，其特征在于所述的鈦酸鋁組分重量百分比為A120340 50%，Ti&50 60%，外加穩定劑；外加穩定劑為MgOl 4%、或MgOl 4% 和CeO2I 3 %、或F2033 8 %、或氧化鋯0. 5 2 %、或MgO禾口 CeO2和F2O3和氧化鋯四者的混合物，2 6%，以重量百分比計。
3.無硅浸入式水口的制造方法，其包括如下步驟1)浸入式水口包括本體及渣線段，其中，本體材質組分重量百分比為鱗片石墨15 35%,白剛玉35 55%，鈦酸鋁20 50% ；渣線材質組分重量百分比為鱗片石墨15 25 %，氧化鋯40 75 %，鈦酸鋁0 40 %。2)將本體材質和渣線材質分別均勻混合，往其中加入上述組份中外加6% 10%的酚醛樹脂結合劑，使用造粒機將原料造粒，造粒料經烘干床烘干，使之滿足成型要求，將本體材質造粒料和渣線材質造粒料分別加入模具，使用靜壓機在80 150MI^壓力下壓制成型；3)成型產品在梭式窯中于1200 1300°C還原氣氛或無氧環境下燒制，燒成產品經過車床加工，產品表面再涂敷防氧化涂層，烘干后即制成無硅浸入式水口。
4.如權利要求3所述的無硅浸入式水口的制造方法，其特征在于所述的還原氣氛或無氧環境為埋碳燒結、或真空燒結、或惰性氣體下方式。
5.如權利要求3所述的無硅浸入式水口的制造方法，其特征在于所述的防氧化涂層為釉質。
全文摘要
無硅浸入式水口及其制造方法，浸入式水口包括本體及渣線段；其中，本體材質組分重量百分比為鱗片石墨15～35％，白剛玉35～55％，鈦酸鋁20～50％；渣線段材質組分重量百分比為鱗片石墨15～25％，氧化鋯40～75％，鈦酸鋁0～40％。本發明在不影響產品抗熱震性能和使用壽命的條件下，通過防止SiO生成的方式來減緩或阻止結瘤的產生，防止水口堵塞。
文檔編號C04B35/48GK102335730SQ201010236300
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者楊建華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司