CN102336573B - 一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口及其制造方法，复合上水口采用层状复合结构，从里到外所采用的材质依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，三种材质的厚度比例范围为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)。本发明采用钛酸铝-赛隆-碳化硅复合材料，生产一次整体成型上水口，使上水口在生产浇注过程中不易堵赛，耐高温性能好，抗侵蚀性能强，机械强度大，使用寿命长，使用过程中不会影响钢水的质量，适用于各种普通钢和品种钢的连铸。
Description
技术领域
本发明涉及连铸用上水口，特别涉及一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口及其制造方法。
背景技术
随着现代高速、高效连铸技术及洁净钢冶炼技术的发展，进一步提高现有连铸用功能耐火材料的性能，开发新型材质，以满足当代连铸技术的要求，是目前迫切需要解决的问题。上水口是用于连续浇铸使用的一次性耐火材料部件，安装于钢包或中间包底部，下面与浸入式水口相连接，上水口在使用过程中直接与钢水接触，因此提高中间包上水口的使用寿命要求其材质要能够承受钢液中的Al、Fe、Mn或其氧化物等成分与材料中的SiO2反应所生成低熔物的侵蚀和冲刷，要求具有良好的抗热震性、抗剥落性能、抗侵蚀性能、耐磨性以及较高的机械强度。
在浇铸铝镇静钢和含钛及稀有元素的钢种时，在中间包水口内壁部位易产生Al2O3等夹杂物的附着堵塞，导致连铸操作不稳定及铸坯非金属夹杂，严重影响和限制了连铸生产线效率的发挥和提高。对透气防堵型水口来说，是通过改变水口内壁的材质及配比，提高其内壁材质的气孔率，以达到吹氩透气防堵的目的，而内壁材料气孔率的提高势必要降低其强度以及抗钢水冲刷和侵蚀能力，从而造成其使用寿命的降低，甚至出现内壁侵蚀穿孔等事故。
目前，针对水口堵塞通过水口材料所采用的方法和措施如下：
一、采用在水口界面上形成低熔点氧化物的水口材质，使接触到界面的氧化铝颗粒与界面之间没有吸引力作用，控制了氧化铝的附着，但是此种方法容易造成水口抗钢液冲刷能力降低；
二、水口材料选择一些与钢液具有非浸润性的新材质，利用它们良好的耐侵蚀性、与熔渣的不润湿性等特性可以有效地防止Al2O3的附着堵塞。
目前，国内外上水口采用的材质有铝炭、氧化铝-尖晶石-炭、熔融石英、莫来石质、刚玉、高铝等。采用熔融石英虽可不经烘烤直接使用，但石英质水口抗侵蚀性能差，不利于多炉连浇，而且又易使钢水渗入非金属夹杂，影响钢水质量；铝炭质或铝炭锆质水口使用过程中易堵塞，影响正常生产；莫来石质上水口抗侵蚀能力较差；刚玉、高铝质抗热震性能较差，使用过程中容易剥落。
近年来，多炉连浇、高速浇注先进铸造工艺，对于中间包上水口的防止空气吸入、防氧化铝堵塞、抗热冲击剥落、耐侵蚀性、耐磨损性、高强度的机械性能等方面都提出了更高的要求，现有的技术产品都不能同时完全满足上水口使用条件对材料的综合性能要求，连铸过程中使用寿命有限，难以满足新的铸造工艺要求，另外成型工艺比较复杂，制造成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，采用钛酸铝-赛隆-碳化硅复合材料，生产一次整体成型上水口，利用钛酸铝材料熔点高(1860℃)，热膨胀系数低，抗热冲击性能良好等特点，而且还具有优异的抗渣性、耐侵蚀性、耐碱和对多种金属熔液及玻璃液不浸润的特性，以及赛隆层优良的抗氧化性能、耐高温性能、抗热震性能以及良好的机械强度和硬度，且能够与钛酸铝内层良好的连接为一体的特性和碳化硅材料耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、耐磨、强度高等特性，能够提高上水口整体强度，并且降低与钢包引流砂之间的反应的特性。使用这三种材料按一定的比例和方法生产的上水口在使用浇注过程中达到机械强度大，耐高温性能好，抗侵蚀性能强，使用寿命长，不易结瘤堵赛的目的，水口的使用不会影响钢水的质量，适用于各种普通钢和品种钢连续浇注的功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，采用层状复合结构，从里到外所采用的材质依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，三种材质的厚度比例为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)。
进一步，所述的钛酸铝为预合成的钛酸铝，粒径小于1mm。
所述的赛隆层的组分重量百分比为：氮化硅55～58％，氮化铝30～35％，硅粉10～13％，外加树脂结合剂8～12％。
碳化硅层的组分重量百分比为：粒径小于1mm碳化硅78～83％，硅粉12～15％，石墨5～8％，外加树脂结合剂8～12％。
上述外加剂添加含量均为相应原料总量100％之外的相对含量而言。
钛酸铝不但具有熔点高(1860℃)，热膨胀系数低，抗热冲击性能良好等特点，而且还具有优异的抗渣性、耐侵蚀性、耐碱和对多种金属熔液及玻璃液不浸润的特性，十分适合作为中间包水口的内衬材质；赛隆具有优良的抗氧化性能、耐高温性能、抗热震性能以及良好的机械强度和硬度，热膨胀系数与钛酸铝相近，能够与钛酸铝内层良好的连接为一体。碳化硅具有耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、耐磨、强度高等特性，用在上水口外层能够提高上水口的整体强度，并且降低与钢包引流砂之间的反应。
本发明的钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口的制造方法，其包括如下步骤：
1)混料
钛酸铝层混料，将钛酸铝与外加质量百分含量为8～12％的树脂在搅拌机中混匀，经造粒后备用；
赛隆层混料，将氮化硅、氮化铝、硅粉按质量比例配好后加入球磨机中混合2～3小时，倒出后加入树脂结合剂混匀并造粒；
碳化硅混料，将碳化硅、石墨、硅粉按质量比例配好后加入搅拌机中混合均匀，然后加入树脂结合剂混匀并造粒；
2)成型
采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)，根据各个部分的原料按所需重量称好后，通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型；
3)烧成
将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1350～1600℃还原气氛下或无氧环境烧结。
进一步，所述的还原气氛或无氧环境烧结为埋碳烧结、或真空烧结、或惰性气体下烧结。
本发明的有益效果：
本发明采用钛酸铝、赛隆、碳化硅层状复合制备上水口，能承受高温钢水长时间冲刷，有良好的耐侵蚀性，使用寿命超过10小时，抗热震性好，预热及浇注过程中无微裂纹，使用后无冷态裂纹；钛酸铝内衬抗渣侵蚀能力增强，能有效地防止钢水中氧化铝及其它杂质在上水口内腔粘附堆积，从而杜绝因孔径缩小而导致的钢流不畅甚至堵塞现象，能够大幅度延长上水口的使用寿命，提高钢水的浇注质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，制备工艺过程包括以下几步：
(1)混料，将预合成的钛酸铝外加质量8％的树脂在搅拌机中混合均匀后造粒；按质量百分比为氮化硅55％，氮化铝35％，硅粉10％的配比加入球磨机中混合，倒出后外加质量8％的树脂结合剂在搅拌机中混匀并造粒；按质量百分比为碳化硅78％，硅粉15％，石墨7％的配比加入搅拌机中混合均匀，然后外加质量10％树脂结合剂混匀并造粒。
(2)成型，采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制为1.5∶1∶1，根据各个部分的原料按所需重量称好后，通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型。
(3)烧成，将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1500℃埋炭烧结。
实施例2
一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，制备工艺过程包括以下几步：
(1)混料，将预合成的钛酸铝外加质量10％的树脂在搅拌机中混合均匀后造粒；按质量百分比为氮化硅58％，氮化铝30％，硅粉12％的配比加入球磨机中混合，倒出后外加质量10％的树脂结合剂在搅拌机中混匀并造粒；按质量百分比为碳化硅83％，硅粉12％，石墨5％的配比加入搅拌机中混合均匀，然后外加10％树脂结合剂混匀并造粒。
(2)成型，采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制为2∶1.5∶1.5，根据各个部分的原料按所需重量称好后，通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型。
(3)烧成，将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1550℃埋炭烧结。
实施例3
一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，制备工艺过程包括以下几步：
(1)混料，将预合成的钛酸铝外加质量12％的树脂在搅拌机中混合均匀后造粒；按质量百分比为氮化硅56％，氮化铝31％，硅粉13％的配比加入球磨机中混合，倒出后外加质量12％的树脂结合剂在搅拌机中混匀并造粒；按质量百分比为碳化硅80％，硅粉12％，石墨8％的配比加入搅拌机中混合均匀，然后外加12％树脂结合剂混匀并造粒。
(2)成型，采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制为3∶1∶2，根据各个部分的原料按所需重量称好后，通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型。
(3)烧成，将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1600℃埋炭烧结。
Claims (3)
1.一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口，其特征在于，上水口采用层状复合结构，从里到外所采用的材质依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，三种材质的厚度比例为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)；
其中，所述的钛酸铝为预合成即烧结的钛酸铝，粒径小于1mm；所述的赛隆层的组分重量百分比为：氮化硅55～58％，氮化铝30～35％，硅粉10～13％，外加树脂结合剂8～12％；碳化硅层的组分重量百分比为：碳化硅78～83％，硅粉12～15％，石墨5～8％，外加树脂结合剂8～12％；
并采用下述方法获得：
1)混料
钛酸铝层混料，将钛酸铝与外加质量百分含量为8～12％的树脂在搅拌机中混匀，经造粒后备用；
赛隆层混料，将氮化硅、氮化铝、硅粉按质量比例配好后加入球磨机中混合2～3小时，倒出后加入树脂结合剂混匀并造粒；
碳化硅混料，将碳化硅、石墨、硅粉按质量比例配好后加入搅拌机中混合均匀，然后加入树脂结合剂混匀并造粒；
2)成型
采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制按特性要求为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)，根据各个部分的厚度需求，原料称量后通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型；
3)烧成
将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1350～1600℃的还原气氛或无氧环境下烧结。
2.一种钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口的制造方法，其包括如下步骤：
1)混料
钛酸铝层混料，将钛酸铝与外加质量百分含量为8～12％的树脂在搅拌机中混匀，经造粒后备用；
赛隆层混料，将氮化硅、氮化铝、硅粉按质量比例配好后加入球磨机中混合2～3小时，倒出后加入树脂结合剂混匀并造粒；
碳化硅混料，将碳化硅、石墨、硅粉按质量比例配好后加入搅拌机中混合均匀，然后加入树脂结合剂混匀并造粒；
其中，所述的钛酸铝为预合成即烧结的钛酸铝，粒径小于1mm；所述的赛隆层的组分重量百分比为：氮化硅55～58％，氮化铝30～35％，硅粉10～13％，外加树脂结合剂8～12％；碳化硅层的组分重量百分比为：碳化硅78～83％，硅粉12～15％，石墨5～8％，外加树脂结合剂8～12％；
2)成型
采用等静压工艺成型，钛酸铝、赛隆、碳化硅的厚度比例控制按特性要求为(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)，根据各个部分的厚度需求，原料称量后通过分层装置加入到模具中，从里到外依次为钛酸铝、赛隆、碳化硅，压制成型；
3)烧成
将成型后的坯体烘干后在还原气氛中经1350～1600℃的还原气氛或无氧环境下烧结。
3.如权利要求2所述的钛酸铝-赛隆-碳化硅复合上水口的制造方法，其特征是，所述的还原气氛或无氧环境烧结为埋碳烧结、或真空烧结、或惰性气体下烧结。
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