碳化硅晶須結(jié)合高強(qiáng)復(fù)合浸入式水口及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)過(guò)程中使用的碳化硅晶須結(jié)合高強(qiáng)復(fù)合浸入式水口及制造方法。屬于鋼鐵冶金用耐火材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]浸入式水口是鋼液從中間包到結(jié)晶器的通道，用來(lái)保護(hù)鋼水不與外界空氣接觸，防止鋼水氧化，促進(jìn)非金屬雜質(zhì)上浮，防止鋼水夾帶保護(hù)渣以及防止結(jié)晶器中鋼水分流等功能。在使用過(guò)程中，浸入式水口除承受高溫鋼液的機(jī)械沖蝕作用、熱應(yīng)力作用以及保護(hù)渣的化學(xué)侵蝕作用，還會(huì)產(chǎn)生結(jié)瘤堵塞現(xiàn)象，特別是目前普遍采用的Al2O3-C質(zhì)浸入式水口在澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼、鋁-硅鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，鋼水中易氧化元素的氧化產(chǎn)物沉積在水口內(nèi)表面形成結(jié)瘤，造成水口通道截流和堵塞使結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)紊亂而導(dǎo)致連鑄過(guò)程不穩(wěn)定，并且附著物脫落進(jìn)入鋼水中易于造成產(chǎn)品夾雜缺陷而影響鋼材質(zhì)量。
[0003]目前普遍采用的解決堵塞問(wèn)題的方法和措施有:采用吹氬方式，擾動(dòng)鋼水吹掉附著物;對(duì)水口外壁保溫，減少水口壁內(nèi)外溫差，提高內(nèi)壁溫度;改變水口通道截面，調(diào)整鋼水流動(dòng)狀態(tài);改變內(nèi)孔體材料的性質(zhì)減少附著物等。
[0004]采用吹氬浸入式水口容易使鋼水降溫，同時(shí)雜質(zhì)卷入鋼水。在水口外壁包上陶瓷纖維層，減少浸入式水口內(nèi)鋼水溫度熱損失以達(dá)到抑制Al2O3析出，此種方法對(duì)于逐漸發(fā)展的近終型薄壁連鑄水口作用不明顯。改變水口通道截面最常用的即采用階梯形內(nèi)通道浸入式水口，但此結(jié)構(gòu)僅適合于浸入式水口壁較厚的厚板坯連鑄工藝，對(duì)于薄壁異形浸入式水口就制造不出壁面上的階梯。改變水口內(nèi)孔體材料性質(zhì)有兩種途徑:一是加入添加物改變水口材質(zhì)；二是在水口本體內(nèi)復(fù)合無(wú)碳的防堵塞內(nèi)襯材料。而浸入式水口堵塞主要是由于Al2O3-C質(zhì)材料中C和S12高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，還原產(chǎn)物S1和CO進(jìn)入鋼液中與Al反應(yīng)生成Al2O3粘附在水口壁形成的。因此在水口本體內(nèi)復(fù)合一層無(wú)碳層可從根本上解決水口夾雜物附著堵塞的問(wèn)題。
[0005]專(zhuān)利CN102335738A公開(kāi)了一種“復(fù)合浸入式水口及其制造方法”，其包括外層本體、外層渣線段以及內(nèi)層;其中，外層本體材質(zhì)組分百分含量為:鱗片石墨15?35%，白剛玉35?55%，鈦酸鋁20?50%，外加酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑8?10% ;外層渣線段材質(zhì)組分百分含量為:鱗片石墨15?25%，氧化鋯45?85%，鈦酸鋁10?30%，外加酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑8?10% ；內(nèi)層材質(zhì)組分百分含量為:鈦酸鋁60?90%，剛玉10?40%，外加鋁膠結(jié)合劑3?5%。在保證產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，高抗熱震性能和耐侵蝕耐沖刷性能的同時(shí)內(nèi)層無(wú)碳，在實(shí)際使用過(guò)程中可防止S1生成并進(jìn)而與鋼水中的Al氧化生成來(lái)Al2O3并附著在水口內(nèi)部，從而達(dá)到減緩或阻止結(jié)瘤的產(chǎn)生，防止水口堵塞和結(jié)晶器偏流的發(fā)生。上述專(zhuān)利采用水口外層復(fù)合無(wú)碳內(nèi)層的結(jié)構(gòu)，但由于內(nèi)層和外層高溫下界面反應(yīng)活性小，兩層之間仍為固-固結(jié)合，冷卻時(shí)，兩層材料的膨脹系數(shù)不同會(huì)造成兩層各自收縮，導(dǎo)致水口外層與無(wú)碳內(nèi)層發(fā)生分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種復(fù)合浸入式水口，高溫作用下利用碳化硅晶須的釘扎作用，使水口外層與無(wú)碳內(nèi)層更緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)層狀復(fù)合體高溫陶瓷結(jié)合，使復(fù)合浸入式水口具有良好的高溫強(qiáng)度，延長(zhǎng)水口使用壽命。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]碳化硅晶須結(jié)合高強(qiáng)復(fù)合浸入式水口，包括外層本體、外層渣線段、內(nèi)層，界面層。外層本體原料及其質(zhì)量百分含量:白剛玉、板狀剛玉中一種或兩種40-60%，煅燒氧化鋁3-10%，鱗片石墨10-25%，其余為鋯莫來(lái)石、碳化硅、金屬硅、碳化硼中的一種或幾種，外加夕卜層本體原料總量的7-10%酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑;外層渣線段原料及其質(zhì)量百分含量:電熔穩(wěn)定氧化鋯70-80%，鱗片石墨8-12%，其余為鋯莫來(lái)石、碳化硅、金屬硅、碳化硼中的一種或幾種，外加外層渣線段原料總量的5-10%酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑；內(nèi)層原料及其質(zhì)量百分含量:白剛玉、板狀剛玉中的一種或兩種40-60%，煅燒氧化鋁3-10%，塞隆、阿隆或氮化硅中的一種或幾種15-40%，外加內(nèi)層原料總量6-8%鋁溶膠結(jié)合劑;界面層原料及其質(zhì)量百分含量:白剛玉、板狀剛玉中的一種或兩種40-60%，煅燒氧化鋁3-10%，塞隆、阿隆或氮化硅中的一種或幾種15-40%，外加界面層原料總量8-10%界面溶膠;界面溶膠是由60-80%正硅酸乙酯與20-40%蔗糖混合均勻后在40-60°C處理12-24h使之形成溶膠。
[0009]碳化硅晶須結(jié)合高強(qiáng)復(fù)合浸入式水口制造方法，包括如下步驟:
[0010]第一步，將外層本體、外層渣線段、內(nèi)層、界面層粉狀原料按配比稱(chēng)量分別混合均勻；
[0011]第二步，將正硅酸乙酯與蔗糖按配比稱(chēng)量混合均勻后40-60 °C處理12-24h形成溶膠，待用；
[0012]第三步，向外層本體混合料中緩慢加入本體原料總量7-10%的酚醛樹(shù)脂進(jìn)行造粒；向外層渣線段混合料中緩慢加入外層渣線段原料總量5-10%的酚醛樹(shù)脂進(jìn)行造粒；向內(nèi)層混合料中緩慢加入內(nèi)層原料總量6-8%的鋁溶膠攪拌均勻待用；向界面層混合料中緩慢加入界面層原料總量8-10%的第二步形成的溶膠，攪拌均勻待用；
[0013]第四步，將外層本體造粒料、外層渣線段造粒料、內(nèi)層混合料、界面層混合料分別按次序加入模具，使用等靜壓成型；
[0014]第五步，成型產(chǎn)品在1400-1500°C無(wú)氧環(huán)境下燒制lh，燒成后經(jīng)過(guò)車(chē)床加工，表面涂敷防氧化涂層，烘干，即得最終產(chǎn)品。
[0015]將適量的正硅酸乙酯與蔗糖混合，40_60°C低溫處理使兩者充分水解縮聚形成溶膠，在界面層填充用此溶膠做結(jié)合劑的物料，常溫下使水口外層與無(wú)碳內(nèi)層緊密結(jié)合;在真空或惰性氣體環(huán)境下，經(jīng)1400-1500°C高溫煅燒lh，溶膠反應(yīng)生成竹節(jié)狀、蘆葦狀、端面是尖的0-SiCw(0-碳化硅晶須)，此種結(jié)構(gòu)的β-SiC?分別嵌入到水口外層和內(nèi)層內(nèi)部，將兩復(fù)合層更緊密結(jié)合在一起。β-SiCw具有熔點(diǎn)高、莫氏硬度大、晶須表面雜質(zhì)和缺陷少，結(jié)晶成分均一，強(qiáng)度接近原子間結(jié)合力的優(yōu)良特性，因此在高溫下復(fù)合層之間生成的β-SiCw可以實(shí)現(xiàn)層狀復(fù)合體緊密結(jié)合并具有良好的高溫強(qiáng)度；同時(shí)β-SiCw熱膨脹系數(shù)小，在使用過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)由于溫度變化產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致兩層分離的現(xiàn)象，抗熱震穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。因此，
合的Al2O3-C復(fù)合浸入式水口具有良好的高溫強(qiáng)度，高溫使用性能，可延長(zhǎng)水口使用壽命。
[0016]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明在Al2O3-C水口內(nèi)壁復(fù)合無(wú)碳層，采用導(dǎo)熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)低、高溫強(qiáng)度大以及對(duì)鋼水和熔渣潤(rùn)濕性差的阿隆、塞隆做水口內(nèi)層材料，在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼、鋁-硅鎮(zhèn)靜鋼時(shí)可有效防止Al2O3附著;保持水口內(nèi)壁光潔；
[0018]2、在Al2O3-C水口外層和無(wú)碳內(nèi)層之間增加界面層，常溫下水口外層與無(wú)碳內(nèi)層之間緊密結(jié)合，高溫下界面層內(nèi)溶膠反應(yīng)生成竹節(jié)狀、蘆葦狀、端面是尖的碳化硅晶須，此種結(jié)構(gòu)的β-SiCw分別嵌入到水口本體和內(nèi)層內(nèi)部，將兩復(fù)合層更緊密結(jié)合在一起。β-SiCw具有熔點(diǎn)高、莫氏硬度大、晶須表面雜質(zhì)和缺陷少，結(jié)晶成分均一，強(qiáng)度接近原子間結(jié)合力的優(yōu)良特性，因此在高溫下復(fù)合層之間生成的β-SiCw可以實(shí)現(xiàn)層狀復(fù)合體緊密結(jié)合并具有良好的高溫強(qiáng)度；同時(shí)β-SiCw熱膨脹系數(shù)小，在使用過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)由于溫度變化產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致兩層分離的現(xiàn)象，抗熱震穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:丨-外層本體2-外層渣線段3-界面層4-內(nèi)層
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
[0022]以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。這些實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方案進(jìn)行描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。
[0023]實(shí)施例1
[0024]碳化硅晶須結(jié)合高強(qiáng)復(fù)合浸入式水口。包括外層本體、外層渣線段、內(nèi)層、界面層。
[0025]外層本體原料及其質(zhì)量百分含量:白剛玉20%，板狀剛玉40%，煅燒氧化鋁10%，鱗片石墨20%，碳化硅5%、金屬硅3%、碳化硼2%，外加原料總量10%熱固性酚醛樹(shù)脂。
[0026]外層渣線段原料及其質(zhì)量百分含量:電熔穩(wěn)定氧化鋯80%，鱗片石墨12 %，鋯莫來(lái)石6%，碳化硼2%，外加原料總量8%熱固性酚醛樹(shù)脂結(jié)合劑。
[0027]內(nèi)層原料以及其質(zhì)量百分含量:板狀剛玉45%，白剛玉15%，煅燒氧化鋁10%，塞隆15%，氮化硅15%，外加原料總量8%鋁溶膠結(jié)合劑。
[0028]界面層原料及其質(zhì)量百分含量:板狀剛玉60%，煅燒氧化鋁10%，塞隆20%，氮化硅10 %，外加原料總量10 %界面溶膠(70 %正硅酸乙酯與30 %蔗糖混合)。
[0029]本實(shí)施例的制備方法是:
[0030]1、將外層本體、外層渣線段、內(nèi)層、界面層粉狀原料按配比稱(chēng)量分別混合均勻；
[0031]2、正硅酸乙酯與蔗糖按配比稱(chēng)量混合均勻后60°C處理24h形成溶膠，待用；
[0032]3、