CN102503475A - 一种中间包水口的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无机非金属材料领域，是一种凝胶注模中间包水口的制备方法，特别是中间包水口制备过程中的成型方法。其特征是将去离子水、有机单体、交联剂、粉体原料混合，加入引发剂、催化剂使其原位固化成型。与传统机压成型方法相比，具有操作方便、劳动强度低、净尺寸成型、成型后的制品组织结构均匀、干燥后坯体强度高等优点，产品坯体的质量可得到很大的提高。

Description

一种中间包水口的制备方法

技术领域

    本发明涉及无机非金属材料领域，尤其是涉及一种中间包水口的制备方法。

背景技术

     水口属于功能耐火材料之一，有控制钢水流量和流速的作用，其性能可直接影响连铸时间。因此水口要具有良好的热稳定性和抗侵蚀性，这就决定了水口制品有气孔率低，致密度高的特点。

锆英石材料是酸性材料，具有耐火度高、线膨胀系数低、热稳定性好、抗冲刷、耐侵蚀的特性，选用锆质材料制造水口具有很长的寿命。目前国内生产水口多采用机压成型，少量采用浇注成型，但机压成型的水口多因混料不均造成组织结构不一致，产品质量不稳定，连铸不连贯导致铸坯质量下降和劳力成本升高，所以，需要选用一种新型的成型方法解决混料不均的问题，以提高产品质量稳定性。

二十世纪九十年代初，美国橡树岭国家重点实验室发明了凝胶注模成型技术，该技术将传统的注浆成型工艺与有机高分子化学相结合，利用有机高分子反应凝胶固化达到成型的目的。其核心是在陶瓷粉料制备的浆料中加入交联剂和单体等化学试剂，混合均匀，浆料注入到模具中，在一定条件下浆料中的有机试剂原位聚合，形成三维结构的胶体，将粉料原位固定在胶体中，达到成型目的。这种成型方法具有净尺寸成型、成型后坯体强度高的优点，该成型技术现已得到广泛应用，在制备异型精密部件中发挥了很大的作用。在已有的有关凝胶注模成型研究中，采用凝胶注模制备多孔陶瓷、陶瓷缸套内衬的工艺方法，以及改善凝胶注模工艺的研究，并未发现将凝胶注模成型方法应用到中间包水口方面的研究。结合凝胶注模工艺成型水口，浇注出的制品组织结构均匀，气孔率低，致密度高，提高产品寿命，并可减少劳动强度，提高生产效率。

发明内容

    本发明的目的是提供一种中间包水口的制备方法。

    本发明的技术方案是：利用凝胶注模成型工艺制备水口。该方案选用一定粒度的粉料做原料，采用湿法成型。可使制品组织结构均匀一致、气孔率低，致密度高，抗侵蚀性好，各项性能可得到进一步提高，并且该成型方法操作简单，便于控制。

一种中间包水口的制备方法，将去离子水、有机单体、交联剂配置成预混液，然后加入锆英石、单斜氧化锆、氧化钙部分稳定氧化锆、氧化钛粉体原料，并加入分散剂、消泡剂，用氨水调节PH至9-10，球磨混合制得分散均匀、流动性好的悬浮浆料；然后在悬浮浆料中加入引发剂和催化剂，搅拌均匀并进行真空除气处理，倒入成型模具中，在一定温度和湿度下使浆料凝胶固化成型；成型坯体经干燥、烧成得到中间包水口。

一种中间包水口的制备方法，利用凝胶注膜方法成型。

一种中间包水口的制备方法，选用的有机单体为丙烯酸胺、羟甲基丙烯酸胺、甲基丙烯酸胺中的一种或两种；交联剂为亚甲基双丙烯酸胺、多已二甲二醇二甲基丙烯酸胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸脂中的一种；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；催化剂为四甲基乙二胺；分散剂为聚丙烯酸氨、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸中的一种；消泡剂为有机硅消泡剂或者醇类消泡剂。

一种中间包水口的制备方法，所述的预混液占浆料总质量的4%-20%，预混液中去离子水、有机单体、交联剂的质量比为100：8-40：5－0.5。

一种中间包水口的制备方法，所述的粉体原料的质量百分比为：锆英石40-85﹪，单斜氧化锆15-50﹪，氧化钙部分稳定氧化锆0-10﹪，氧化钛0-1﹪；其中，锆英石粉体的质量百分比为：325目锆英石66.7-100﹪， 600目锆英石0-33.3﹪；单斜氧化锆的质量百分比为：325目单斜氧化锆0-40﹪；4000目单斜氧化锆60-100﹪；氧化钙部分稳定氧化锆粒度为325目，氧化钛粒度为4000目。

一种中间包水口的制备方法，分散剂、消泡剂用量为粉体原料质量的1‰-10‰、0.1‰-10‰。

一种中间包水口的制备方法，引发剂、催化剂加入量为有机单体质量的0.1%-10.0%、0-2%。

一种中间包水口的制备方法，浆料凝胶固化成型温度范围在15－90℃、湿度为55%-95%。

一种中间包水口的制备方法，坯体干燥环境温度为15－100℃、湿度为40%-95% RH。

一种中间包水口的制备方法，坯体在氧化气氛炉中1500-1650℃保温2-5个小时烧成。

一种中间包水口的制备方法，具体工艺步骤包括：

配制浆料

    (1)：将去离子水、有机单体、交联剂配制成预混液，去离子水、有机单体和交联剂质量比100：8－40：5－0.5；

(2)：粉体原料的质量百分比为：锆英石40-85﹪，单斜氧化锆15-50﹪，氧化钙部分稳定氧化锆0-10﹪，氧化钛0-1﹪；其中，锆英石粉体的质量百分比为：325目锆英石66.7-100﹪， 600目锆英石0-33.3﹪；单斜氧化锆的质量百分比为：325目单斜氧化锆0-40﹪；4000目单斜氧化锆60-100﹪；氧化钙部分稳定氧化锆粒度为325目，氧化钛粒度为4000目；加入分散剂和消泡剂；

（3）将所述的粉料、分散剂、消泡剂、预混液放入球磨罐中，预混液质量占为所制浆料质量的4%-20%，以氧化锆球为研磨球，球磨混合20-50分钟，然后用氨水将浆料PH调至9-10后，球磨15－36小时后得到分散均匀、稳定、流动性好的浆料；

坯体成型和干燥：向上述配制的浆料中加入引发剂和催化剂，搅拌均匀；对浆料进行除气抽真空处理，然后注入到成型模具内，在15-90℃、55-95%RH范围内凝胶固化；脱去模具后，将坯体放入恒温恒湿箱进行干燥，温度范围为15-100℃，湿度为40%-95% RH；

烧成：在电炉中烧结，在300-800℃内脱除有机物，然后在1500-1650℃保温2-5个小时，得到中间包水口制品。

本发明实质性特点是：

1、浆料均匀，成型后的坯体组织结构均匀一致，制品的性能可进一步提高。

2、本制品采用细粉和微粉组成，成型后的坯体表面光滑，烧成后的制品致密，气孔率低，抗侵蚀性好。

3、该工艺操作简单，容易成型异型制品，劳动强度低，生产效率提高。

具体实施方式

实施例1：

1.1、配制浆料：将54克丙烯酰胺、3克N’N-亚甲基双丙烯酰胺放入盛有350克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取1722.5克锆英石（325目）、265克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、662.5克单斜氧化锆（4000目）、25克氧化钛、20克分散剂聚丙烯酸氨和5克消泡剂正辛醇到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合20分钟后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨20小时后，制成浆料。

1.2、成型和干燥。再分别向步骤1的浆料中加入2.0克引发剂过硫酸铵和0.15克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在30℃、80%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度25℃、湿度90%环境下干燥。

1.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1600℃保温3个小时烧成，得到中间包水口。

实施例2：

2.1、浆料制备：将30克丙烯酰胺、45克羟甲基丙烯酸胺、7克N’N-亚甲基双丙烯酰胺放入盛有250克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取1625克锆英石（325目）、125克单斜氧化锆（325目）、500克锆英粉（600目）、250克单斜氧化锆（4000目）、25克聚丙烯酸氨和4克消泡剂正辛醇到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球球磨混合30min中，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨36小时后，制成浆料。

2.2、成型和干燥。再分别向步骤1的浆料中加入3.2克引发剂过硫酸铵和0.10催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在26℃、95%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度25℃、湿度90%环境下干燥。

2.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1650℃保温4个小时烧成，得到中间包水口。

实施例3：

3.1、浆料制备：将167.37克甲基丙烯酸胺、20.92克聚乙二醇二甲基丙烯酸脂放入盛有418.43克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取2040克锆英石（325目）、360克单斜氧化锆（4000）、24.24克氧化钛、2.42克聚丙烯酸氨和0.24克消泡剂聚醚-硅氧烷共聚物到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合20min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨24小时后，制成浆料。

3.2、成型和干燥：再分别向步骤1的浆料中加入16.73克引发剂过硫酸钾和3.34克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在15℃、95%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度15℃、湿度90%环境下干燥。

3.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1500℃保温5个小时烧成，得到中间包水口制品。

实施例4：

4.1、浆料制备：将84克羟甲基丙烯酰胺、10克N’N-亚甲基双丙烯酰胺放入盛有240克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取1000克锆英石（325目）、250克单斜氧化锆（325目）、100克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、150克锆英粉（600目）、1000克单斜氧化锆（4000目）、25克氧化钛、43克聚丙烯酸氨和8克消泡剂二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，，球磨15小时后，制成浆料。

4.2、成型和干燥：再分别向步骤1的浆料中加入3.5克引发剂过硫酸铵和0.15克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在30℃、95%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度25℃、湿度90%环境下干燥。

4.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1580℃保温3个小时烧成，得到中间包水口制品。

实施例5：

5.1、浆料制备：将7.52克丙烯酰胺、4.70克N’N-亚甲基双丙烯酰胺放入盛有94.02克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；496克锆英石（325目）、248克单斜氧化锆（325目）、248克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、496克锆英粉（600目）、992克单斜氧化锆（4000目）、20克氧化钛、25克聚丙烯酸氨和25克消泡剂正辛醇到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨15小时后，制成浆料。

5.2、成型和干燥：再分别向步骤1的浆料中加入0.75克引发剂过硫酸钾和0.15克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在15℃、70%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度15℃、湿度40%环境下干燥。

5.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1610℃保温2个小时烧成，得到中间包水口制品。

实施例6：

6.1、配制浆料：将51克丙烯酰胺、10甲基丙烯酸胺、1.65克N’N-亚甲基双丙烯酰胺放入盛有330克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取1068克锆英石（325目）、186.9克单斜氧化锆（325目）、160.2克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、534克锆英粉（600目）、720.9克单斜氧化锆（4000目）、13.35克氧化钛、13.42克分散剂三聚磷酸钠和5克消泡剂正辛醇到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合30min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨20小时后，制成浆料。

6.2、成型和干燥。向浆料中加入.5.2克引发剂过硫酸铵和0.23克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在90℃、84%RH湿度下保温25min后固化。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度100℃、湿度40%环境下干燥。

6.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1600℃保温3个小时烧成，得到中间包水口。

实施例7：

7.1、配制浆料：将75克甲基丙烯酸胺、6.2克聚乙二醇二甲基丙烯酸脂放入盛有273克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；分别称取1311.75克锆英石（325目）、173.25克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、371.25克锆英粉（600目）、618.75克单斜氧化锆（4000目）、13克氧化钛、16.8克分散剂六偏磷酸钠和6.5克消泡剂二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合50min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨24小时后，制成浆料。

7.2、成型和干燥。再分别向步骤1的浆料中加入7.5克引发剂过硫酸钾和1.1克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在75℃、55%RH湿度下保温35min后固化。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度25℃、湿度90%环境下干燥。

7.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1600℃保温3个小时烧成，得到中间包水口。

实施例8：

8.1、浆料制备：将110克丙烯酰胺、12克聚乙二醇二甲基丙烯酸放入盛有434克去离子水烧杯中溶解得到预混液，倒入球磨罐中；1056克锆英石（325目）、158.4克单斜氧化锆（325目）、105.6克氧化钙部分稳定氧化锆（325目）、396克锆英粉（600目）、924克单斜氧化锆（4000目）、15.84克氧化钛、15.84克聚丙烯酸和5.4克消泡剂二甲基聚硅氧烷到入球磨罐中，以氧化锆球为研磨球，球磨混合20min中后，加入氨水调节浆料PH值之10，球磨15小时后，制成浆料。

8.2、成型和干燥：再分别向步骤1的浆料中加入3.1克引发剂过硫酸铵和0.30克催化剂四甲基乙二胺，对浆料除气抽真空处理并搅拌均匀。注入到成型模具内，在30℃、85%RH湿度下凝胶固化成型。凝固后脱去模具得到坯体，将坯体放入恒温恒湿箱内，保持温度15℃、湿度95%环境下干燥。

8.3、烧成：将干燥好的坯体在氧化气氛的电炉中1600℃保温3个小时烧成，得到中间包水口制品。

Claims (10)

1.一种中间包水口的制备方法，其特征在于：将去离子水、有机单体、交联剂配置成预混液，然后加入锆英石、单斜氧化锆、氧化钙部分稳定氧化锆、氧化钛粉体原料，并加入分散剂、消泡剂，用氨水调节PH至9-10，球磨混合制得分散均匀、流动性好的悬浮浆料；然后在悬浮浆料中加入引发剂和催化剂，搅拌均匀并进行真空除气处理，倒入成型模具中，在一定温度和湿度下使浆料凝胶固化成型；成型坯体经干燥、烧成得到中间包水口。

2.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于利用凝胶注膜方法成型。

3.根据权利要求书1所述的一种中间包水口的制备方法，选用的有机单体为丙烯酸胺、羟甲基丙烯酸胺、甲基丙烯酸胺中的一种或两种；交联剂为亚甲基双丙烯酸胺、多已二甲二醇二甲基丙烯酸胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸脂中的一种；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；催化剂为四甲基乙二胺；分散剂为聚丙烯酸氨、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸中的一种；消泡剂为有机硅消泡剂或者醇类消泡剂。

4.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于：所述的预混液占浆料总质量的4%-20%，预混液中去离子水、有机单体、交联剂的质量比为100：8-40：5－0.5。

5.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于：所述的粉体原料的质量百分比为：锆英石40-85﹪，单斜氧化锆15-50﹪，氧化钙部分稳定氧化锆0-10﹪，氧化钛0-1﹪；其中，锆英石粉体的质量百分比为：325目锆英石66.7-100﹪， 600目锆英石0-33.3﹪；单斜氧化锆的质量百分比为：325目单斜氧化锆0-40﹪；4000目单斜氧化锆60-100﹪；氧化钙部分稳定氧化锆粒度为325目，氧化钛粒度为4000目。

6.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于：引发剂、催化剂加入量为有机单体质量的0.1%-10.0%、0-2%。

7.根据权利要求1或2所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于：浆料凝胶固化成型温度范围在15－90℃、湿度为55%-95%。

8.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于坯体干燥环境温度为15－100℃、湿度为40%-95% RH。

9.根据权利要求1所述的一种中间包水口的制备方法，其特征在于：坯体在氧化气氛炉中1500-1650℃保温2-5个小时烧成。

10.上述的权利要求1-9之一所述的中间包水口的制备方法，其特征在于：具体工艺步骤包括：

配制浆料

    (1)：将去离子水、有机单体、交联剂配制成预混液，去离子水、有机单体和交联剂质量比100：8－40：5－0.5；

(2)：粉体原料的质量百分比为：锆英石40-85﹪，单斜氧化锆15-50﹪，氧化钙部分稳定氧化锆0-10﹪，氧化钛0-1﹪；其中，锆英石粉体的质量百分比为：325目锆英石66.7-100﹪， 600目锆英石0-33.3﹪；单斜氧化锆的质量百分比为：325目单斜氧化锆0-40﹪；4000目单斜氧化锆60-100﹪；氧化钙部分稳定氧化锆粒度为325目，氧化钛粒度为4000目；加入分散剂和消泡剂；

（3）将所述的粉料、分散剂、消泡剂、预混液放入球磨罐中，预混液质量占为所制浆料质量的4%-20%，以氧化锆球为研磨球，球磨混合20-50分钟，然后用氨水将浆料PH调至9-10后，球磨15－36小时后得到分散均匀、稳定、流动性好的浆料；

坯体成型和干燥：向上述配制的浆料中加入引发剂和催化剂，搅拌均匀；对浆料进行除气抽真空处理，然后注入到成型模具内，在15-90℃、55-95%RH范围内凝胶固化；脱去模具后，将坯体放入恒温恒湿箱进行干燥，温度范围为15-100℃，湿度为40%-95% RH；

烧成：在电炉中烧结，在300-800℃内脱除有机物，然后在1500-1650℃保温2-5个小时，得到中间包水口制品。