本發明涉及耐火材料技術領域，特別涉及一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料。
背景技術：
浸入式水口安裝在中間包和結晶器之間，把鋼水從中間包輸送到結晶器，在連鑄生產中起到了保護鋼水不發生二次氧化，防止氮溶入或渣混入鋼水以及防止飛濺，穩定結晶器的液體流場等作用。澆注過程中浸入式水口既要承受澆鋼初期的強烈熱震，又要經受鋼液和保護渣的侵蝕，因此，要求浸入式水口具有良好的抗熱震穩定性、抗沖刷性和抗渣侵蝕性。
用于生產鋼簾線的簾線鋼對于鋼水的純凈度和鋼水中的非金屬夾雜物要求非常嚴格，尤其是變形性較差的脆性夾雜物(如Al2O3及TiN)，在拉拔或合股過程中，鋼基體變形而夾雜物不變形，會形成鋼絲斷裂。因此，對于簾線鋼來說，必須嚴格控制夾雜物的數量及形態。國內用于簾線鋼生產的連鑄功能耐火材料還是主要以鋁碳-鋁鋯碳材質為主，該種材質的功能耐火材料具有抗熱震性能穩定、抗沖刷、抗侵蝕、能夠滿足長壽命連續澆鑄的使用要求等特點。但是，該種材質也容易造成在鋼水中引入鋁質脆性夾雜的致命缺點，導致生產的簾線鋼鋼坯拉絲過程中易斷裂的現象，難以完全滿足鋼鐵企業生產更高潔凈度簾線鋼的標準要求。因此，簾線鋼用鎂碳浸入式水口應運而生。
但是，現有技術中，鎂砂是生產MgO-C質浸入式水口耐火材料的主要原料，鎂砂的純度對MgO-C耐火材料的性能有著很大的影響，由于純度再高的鎂砂，方鎂石的晶間相基本都是CaO、SiO2、Fe2O3、B2O3等，這些雜質相的存在使得MgO-C質耐火材料一方面降低了方鎂石的直接結合程度，另一方面在高溫下與Mg0形成低熔物，降低了抗沖刷能力；同時，由于鎂砂熱膨脹系數較大，使得MgO-C質耐火材料的熱震穩定性較差；為改善鎂碳材質抗熱震性能以及抗沖刷性能，用鎂鋯共晶材料代替鎂砂制備一種新型側孔材料，并且此側孔材料同時作為具有突出的、優良性能的耐火材料是亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，與此同時，本發明另一個要解決的技術問題是提供一種使用上述浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料制備浸入式水口的方法，大大提高了浸入式水口鎂鋯碳材質的抗熱震性能以及抗沖刷性能。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：
一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，包括以下質量百分比的原料：鎂鋯砂60～70％、石墨粉20～25％、熔融石英粉2～3％、單質硅粉0.5～3％、碳化硅粉0.5～4％、碳化硼粉0～1％、粉末狀樹脂1～3％，液態樹脂5～15％；鎂鋯砂粒度不大于1mm，其化學組分包括MgO：94～98％，ZrO2：2～6％；石墨粉的粒度不大于100目。
作為進一步的技術方案，鎂鋯砂的粒度包括1～0.5mm、0.5～0.2mm和200目。
作為進一步的技術方案，三種粒度的鎂鋯砂重量比為1∶3.5∶2.5。
作為進一步的技術方案，石墨粉的粒度包括80目和100目，該兩種粒度的石墨粉重量比為1∶1.5；單質硅粉、碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均小于350目。
作為進一步的技術方案，液態樹脂溫度在20℃以下，粘度不低于1200MPa·s。
作為進一步的技術方案，粉末狀樹脂為粉末狀酚醛樹脂，液態樹脂為液態酚醛樹脂。
作為進一步的技術方案，石墨粉中含碳量＞99.9％。
本發明還提供了使用上述浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料制備浸入式水口的方法，包括如下制備步驟：
1)將上述配比的鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉、單質硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均勻后加入粉末狀樹脂再混合，混合后共磨，制成混合粉體；
2)將制成的混合粉體投入造粒機，并緩慢加入上述含量的液態樹脂，混合的同時進行造粒；
3)將造粒料經干燥后，投入橡膠模具內，封口后用等靜壓機壓制成型；
4)成型好的產品經干燥、在還原氣氛下或無氧環境燒制，燒制產品再經機加工，噴涂防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。
作為進一步的技術方案，步驟3)中，等靜壓機壓制的壓力為100～120Mpa；步驟4)中，燒制溫度控制為1000～1300℃。
本發明采用鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉作為主要原料，粉末狀樹脂，液態樹脂同時作為結合劑，含量分別為1～3％和5～15％；使得鎂鋯共晶側孔材料具有較高的抗氧化性，抗熱震穩定性、抗沖刷性和抗渣侵蝕性；采用其制備的浸入式水口，機械強度高，能夠大幅度延長使用壽命，提高連續鑄鋼作業效率；同時，在生產的簾線鋼鋼坯拉絲過程中，簾線鋼鋼坯不易斷裂，且能夠有效防止浸入式水口內壁雜質粘附、堵塞的現象發生。
本發明的鎂鋯共晶材料是在一定溫度下，一定成分的液相同時結晶出兩種固相，這種共晶結構顯微結構均勻程度在相應體系里最高，熔融溫度最低，在保證共晶點溫度遠高于使用溫度的前提下，這種共晶結構提高了體系的均勻性，獲得更優良、更穩定的耐火制品。鎂鋯共晶材料抗熱震性的改善是由MgO和ZrO2兩相在彈性模量和線膨脹系數等物理性能不相匹配以及他們的顯微結構所決定的，二者在物理性能上的差異有可能在溫度急變過程中造成一些微裂紋，MgO基體中的ZrO2能吸收主裂紋擴展時的應變能，減緩裂紋的擴展速率，有利于減少微裂紋的數量和大小、阻止裂紋的擴展，使得本發明具有優良的抗熱震性以及抗沖刷性。
本發明采用兩種不同存在狀態的樹脂作為結合劑，既能夠縮短達到最佳結合狀態的時間，又能夠保證本發明在高溫下使用仍有足量的殘碳量，較大的高溫強度和安全性能。
此外，由于本發明將石墨粉作為鎂鋯共晶材料的主要碳質原料，若其含有AL2O3、SiO2等灰分則在高溫下會與氧化鎂部分穩定氧化鋯作用，導致氧化鋯失穩形成單斜相，使材料產生較大的體積膨脹，因此，本發明的石墨粉選用含碳量＞99.9％的高純度石墨，可減少上述灰分對部分穩定氧化鋯穩定性的負面影響，從而使得本發明具有優良的抗侵蝕性。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
實施例1
一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，包括以下質量百分比的原料：鎂鋯砂13.6kg、含碳量＞99.9％的石墨粉5.4kg、熔融石英粉0.6kg、單質硅粉0.2kg、碳化硅粉0.8kg、碳化硼粉0.1kg、粉末狀酚醛樹脂0.3kg，液態酚醛樹脂1.6kg。
上述原料均按所需粒度進行配比，鎂鋯砂粒度為1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三種重量比為1∶3.5∶2.5；所用鎂鋯砂化學組成為：MgO 98％，ZrO22％；石墨粉粒度為80目、100目，以上兩種重量比為1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均為325目；液態酚醛樹脂溫度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
使用上述原料制備浸入式水口，將上述配比的鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉、單質硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均勻后加入粉末狀酚醛樹脂再混合，混合后共磨，制成混合粉體；將制成的混合粉體投入造粒機，并緩慢加入上述含量的液態酚醛樹脂，混合的同時進行造粒；將造粒料經干燥后，投入橡膠模具內，封口后用等靜壓機壓制成型，壓力為120Mpa；成型好的產品經干燥、在還原氣氛下于1000～1300℃燒制，燒制產品再經機加工，噴涂防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為33.4Mpa，常溫抗折強度為13.5Mpa，高溫抗折強度為12.7Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
實施例2
本實施例的浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，選用的原料以及原料質量百分比同實施例1。
上述原料均按所需粒度進行配比，鎂鋯砂粒度為1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三種重量比為1∶3.5∶2.5；所用鎂鋯砂化學組成為：MgO 96％，ZrO24％；石墨粉粒度為80目、100目，以上兩種重量比為1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均為325目；液態酚醛樹脂溫度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
使用上述原料制備浸入式水口的制備過程及條件與實施例1相同。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為35.1Mpa，常溫抗折強度為13.9Mpa，高溫抗折強度為13.1Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
實施例3
本實施例的浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，選用的原料以及原料質量百分比同實施例1。
上述原料均按所需粒度進行配比，鎂鋯砂粒度為1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三種重量比為1∶3.5∶2.5；所用鎂鋯砂化學組成為：MgO 94％，ZrO26％；石墨粉粒度為80目、100目，以上兩種重量比為1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均為325目；液態酚醛樹脂溫度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
使用上述原料制備浸入式水口的制備過程及條件與實施例1相同。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為32.1Mpa，常溫抗折強度為11.7Mpa，高溫抗折強度為10.4Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
實施例4
一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，包括以下質量百分比的原料：鎂鋯砂21kg、含碳量＞99.9％的石墨粉6kg、熔融石英粉1.5kg、單質硅粉0.5kg、碳化硅粉0.5kg、碳化硼粉0.5kg、粉末狀酚醛樹脂0.75kg，液態酚醛樹脂4.5kg。
上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用鎂鋯砂化學組成及液態酚醛樹脂的條件參數與實施例2相同。
使用上述原料制備浸入式水口的制備過程及條件與實施例1相同。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為33.2Mpa，常溫抗折強度為12.3Mpa，高溫抗折強度為11.1Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
實施例5
一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，包括以下質量百分比的原料：鎂鋯砂14.2kg、含碳量＞99.9％的石墨粉4.6kg、熔融石英粉0.5kg、單質硅粉0.5kg、碳化硅粉0.3kg、碳化硼粉0.1kg、粉末狀酚醛樹脂0.6kg，液態酚醛樹脂2.1kg。
上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用鎂鋯砂化學組成及液態酚醛樹脂的條件參數與實施例2相同。
使用上述原料制備浸入式水口的制備過程及條件與實施例1相同。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為32.6Mpa，常溫抗折強度為11.8Mpa，高溫抗折強度為10.8Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
實施例6
一種浸入式水口鎂鋯共晶側孔材料，包括以下質量百分比的原料：鎂鋯砂14.6kg、含碳量＞99.9％的石墨粉4.6kg、熔融石英粉0.5kg、單質硅粉0.2kg、碳化硅粉0.2kg、碳化硼粉0.2kg、粉末狀酚醛樹脂0.2kg，液態酚醛樹脂2.3kg。
上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用鎂鋯砂化學組成及液態酚醛樹脂的條件參數與實施例2相同。
使用上述原料制備浸入式水口的制備過程及條件與實施例1相同。
按照本實施例制備的浸入式水口經檢測：常溫耐壓強度為33.0Mpa，常溫抗折強度為12.1Mpa，高溫抗折強度為11.0Mpa，使用過程中熱震穩定性良好，抗鋼水沖刷性強，使用壽命長。
以上對本發明的實施方式作了詳細說明，但本發明不限于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發明的保護范圍內。