專利名稱：一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄用上水口，特別涉及一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代高速、高效連鑄技術(shù)及潔凈鋼冶煉技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高現(xiàn)有連鑄用功能耐火材料的性能，開發(fā)新型材質(zhì)，以滿足當(dāng)代連鑄技術(shù)的要求，是目前迫切需要解決的問(wèn)題。上水口是用于連續(xù)澆鑄使用的一次性耐火材料部件，安裝于鋼包或中間包底部，下面與浸入式水口相連接，上水口在使用過(guò)程中直接與鋼水接觸，因此提高中間包上水口的使用壽命要求其材質(zhì)要能夠承受鋼液中的Al、Fe、Mn或其氧化物等成分與材料中的SiO2反應(yīng)所生成低熔物的侵蝕和沖刷，要求具有良好的抗熱震性、抗剝落性能、抗侵蝕性能、耐磨性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度。在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼和含鈦及稀有元素的鋼種時(shí)，在中間包水口內(nèi)壁部位易產(chǎn)生Al2O3 等夾雜物的附著堵塞，導(dǎo)致連鑄操作不穩(wěn)定及鑄坯非金屬夾雜，嚴(yán)重影響和限制了連鑄生產(chǎn)線效率的發(fā)揮和提高。對(duì)透氣防堵型水口來(lái)說(shuō)，是通過(guò)改變水口內(nèi)壁的材質(zhì)及配比，提高其內(nèi)壁材質(zhì)的氣孔率，以達(dá)到吹氬透氣防堵的目的，而內(nèi)壁材料氣孔率的提高勢(shì)必要降低其強(qiáng)度以及抗鋼水沖刷和侵蝕能力，從而造成其使用壽命的降低，甚至出現(xiàn)內(nèi)壁侵蝕穿孔等事故。目前，針對(duì)水口堵塞通過(guò)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點(diǎn)氧化物的水口材質(zhì)，使接觸到界面的氧化鋁顆粒與界面之間沒(méi)有吸引力作用，控制了氧化鋁的附著，但是此種方法容易造成水口抗鋼液沖刷能力降低；二、水口材料選擇一些與鋼液具有非浸潤(rùn)性的新材質(zhì)，利用它們良好的耐侵蝕性、 與熔渣的不潤(rùn)濕性等特性可以有效地防止Al2O3的附著堵塞。目前，國(guó)內(nèi)外上水口采用的材質(zhì)有鋁炭、氧化鋁-尖晶石-炭、熔融石英、莫來(lái)石質(zhì)、剛玉、高鋁等。采用熔融石英雖可不經(jīng)烘烤直接使用，但石英質(zhì)水口抗侵蝕性能差，不利于多爐連澆，而且又易使鋼水滲入非金屬夾雜，影響鋼水質(zhì)量；鋁炭質(zhì)或鋁炭鋯質(zhì)水口使用過(guò)程中易堵塞，影響正常生產(chǎn)；莫來(lái)石質(zhì)上水口抗侵蝕能力較差；剛玉、高鋁質(zhì)抗熱震性能較差，使用過(guò)程中容易剝落。近年來(lái)，多爐連澆、高速澆注先進(jìn)鑄造工藝，對(duì)于中間包上水口的防止空氣吸入、 防氧化鋁堵塞、抗熱沖擊剝落、耐侵蝕性、耐磨損性、高強(qiáng)度的機(jī)械性能等方面都提出了更高的要求，現(xiàn)有的技術(shù)產(chǎn)品都不能同時(shí)完全滿足上水口使用條件對(duì)材料的綜合性能要求， 連鑄過(guò)程中使用壽命有限，難以滿足新的鑄造工藝要求，另外成型工藝比較復(fù)雜，制造成本較高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，采用鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合材料，生產(chǎn)一次整體成型上水口，利用鈦酸鋁材料熔點(diǎn)高(1860°C )，熱膨脹系數(shù)低，抗熱沖擊性能良好等特點(diǎn)，而且還具有優(yōu)異的抗渣性、耐侵蝕性、耐堿和對(duì)多種金屬熔液及玻璃液不浸潤(rùn)的特性，以及賽隆層優(yōu)良的抗氧化性能、耐高溫性能、抗熱震性能以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，且能夠與鈦酸鋁內(nèi)層良好的連接為一體的特性和碳化硅材料耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷、耐磨、強(qiáng)度高等特性，能夠提高上水口整體強(qiáng)度，并且降低與鋼包引流砂之間的反應(yīng)的特性。使用這三種材料按一定的比例和方法生產(chǎn)的上水口在使用澆注過(guò)程中達(dá)到機(jī)械強(qiáng)度大，耐高溫性能好，抗侵蝕性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，不易結(jié)瘤堵賽的目的，水口的使用不會(huì)影響鋼水的質(zhì)量，適用于各種普通鋼和品種鋼連續(xù)澆注的功能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，采用層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從里到外所采用的材質(zhì)依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，三種材質(zhì)的厚度比例為(1.5 3) (1 2) (1 3)。進(jìn)一步，所述的鈦酸鋁為預(yù)合成的鈦酸鋁，粒徑小于1mm。所述的賽隆層的組分重量百分比為氮化硅55 58%，氮化鋁30 35%，硅粉 10 13%，外加樹脂結(jié)合劑8 12%。碳化硅層的組分重量百分比為粒徑小于Imm碳化硅78 83%，硅粉12 15%， 石墨5 8%，外加樹脂結(jié)合劑8 12%。上述外加劑添加含量均為相應(yīng)原料總量100%之外的相對(duì)含量而言。鈦酸鋁不但具有熔點(diǎn)高(1860°C )，熱膨脹系數(shù)低，抗熱沖擊性能良好等特點(diǎn)，而且還具有優(yōu)異的抗渣性、耐侵蝕性、耐堿和對(duì)多種金屬熔液及玻璃液不浸潤(rùn)的特性，十分適合作為中間包水口的內(nèi)襯材質(zhì)；賽隆具有優(yōu)良的抗氧化性能、耐高溫性能、抗熱震性能以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和硬度，熱膨脹系數(shù)與鈦酸鋁相近，能夠與鈦酸鋁內(nèi)層良好的連接為一體。 碳化硅具有耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷、耐磨、強(qiáng)度高等特性，用在上水口外層能夠提高上水口的整體強(qiáng)度，并且降低與鋼包引流砂之間的反應(yīng)。本發(fā)明的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口的制造方法，其包括如下步驟1)混料鈦酸鋁層混料，將鈦酸鋁與外加質(zhì)量百分含量為8 12%的樹脂在攪拌機(jī)中混勻，經(jīng)造粒后備用；賽隆層混料，將氮化硅、氮化鋁、硅粉按質(zhì)量比例配好后加入球磨機(jī)中混合2 3 小時(shí)，倒出后加入樹脂結(jié)合劑混勻并造粒；碳化硅混料，將碳化硅、石墨、硅粉按質(zhì)量比例配好后加入攪拌機(jī)中混合均勻，然后加入樹脂結(jié)合劑混勻并造粒；2)成型采用等靜壓工藝成型，鈦酸鋁、賽隆、碳化硅的厚度比例控制為(1.5 幻(1 2) (1 幻，根據(jù)各個(gè)部分的原料按所需重量稱好后，通過(guò)分層裝置加入到模具中，從里到外依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，壓制成型；3)燒成將成型后的坯體烘干后在還原氣氛中經(jīng)1350 1600°C還原氣氛下或無(wú)氧環(huán)境燒結(jié)。
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進(jìn)一步，所述的還原氣氛或無(wú)氧環(huán)境燒結(jié)為埋碳燒結(jié)、或真空燒結(jié)、或惰性氣體下
AmS口 °本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用鈦酸鋁、賽隆、碳化硅層狀復(fù)合制備上水口，能承受高溫鋼水長(zhǎng)時(shí)間沖刷，有良好的耐侵蝕性，使用壽命超過(guò)10小時(shí)，抗熱震性好，預(yù)熱及澆注過(guò)程中無(wú)微裂紋， 使用后無(wú)冷態(tài)裂紋；鈦酸鋁內(nèi)襯抗渣侵蝕能力增強(qiáng)，能有效地防止鋼水中氧化鋁及其它雜質(zhì)在上水口內(nèi)腔粘附堆積，從而杜絕因孔徑縮小而導(dǎo)致的鋼流不暢甚至堵塞現(xiàn)象，能夠大幅度延長(zhǎng)上水口的使用壽命，提高鋼水的澆注質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，制備工藝過(guò)程包括以下幾步(1)混料，將預(yù)合成的鈦酸鋁外加質(zhì)量8%的樹脂在攪拌機(jī)中混合均勻后造粒；按質(zhì)量百分比為氮化硅55%，氮化鋁35%，硅粉10%的配比加入球磨機(jī)中混合，倒出后外加質(zhì)量8%的樹脂結(jié)合劑在攪拌機(jī)中混勻并造粒；按質(zhì)量百分比為碳化硅78%，硅粉15%，石墨7%的配比加入攪拌機(jī)中混合均勻，然后外加質(zhì)量10%樹脂結(jié)合劑混勻并造粒。(2)成型，采用等靜壓工藝成型，鈦酸鋁、賽隆、碳化硅的厚度比例控制為 1.5 1 1，根據(jù)各個(gè)部分的原料按所需重量稱好后，通過(guò)分層裝置加入到模具中，從里到外依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，壓制成型。(3)燒成，將成型后的坯體烘干后在還原氣氛中經(jīng)1500°C埋炭燒結(jié)。實(shí)施例2一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，制備工藝過(guò)程包括以下幾步(1)混料，將預(yù)合成的鈦酸鋁外加質(zhì)量10%的樹脂在攪拌機(jī)中混合均勻后造粒； 按質(zhì)量百分比為氮化硅58 %，氮化鋁30 %，硅粉12 %的配比加入球磨機(jī)中混合，倒出后外加質(zhì)量10%的樹脂結(jié)合劑在攪拌機(jī)中混勻并造粒；按質(zhì)量百分比為碳化硅83%，硅粉 12%，石墨5%的配比加入攪拌機(jī)中混合均勻，然后外加10%樹脂結(jié)合劑混勻并造粒。(2)成型，采用等靜壓工藝成型，鈦酸鋁、賽隆、碳化硅的厚度比例控制為 2 1.5 1.5，根據(jù)各個(gè)部分的原料按所需重量稱好后，通過(guò)分層裝置加入到模具中，從里到外依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，壓制成型。(3)燒成，將成型后的坯體烘干后在還原氣氛中經(jīng)1550°C埋炭燒結(jié)。實(shí)施例3一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，制備工藝過(guò)程包括以下幾步(1)混料，將預(yù)合成的鈦酸鋁外加質(zhì)量12%的樹脂在攪拌機(jī)中混合均勻后造粒； 按質(zhì)量百分比為氮化硅56 %，氮化鋁31 %，硅粉13 %的配比加入球磨機(jī)中混合，倒出后外加質(zhì)量12%的樹脂結(jié)合劑在攪拌機(jī)中混勻并造粒；按質(zhì)量百分比為碳化硅80%，硅粉 12%，石墨8%的配比加入攪拌機(jī)中混合均勻，然后外加12%樹脂結(jié)合劑混勻并造粒。(2)成型，采用等靜壓工藝成型，鈦酸鋁、賽隆、碳化硅的厚度比例控制為 3:1: 2，根據(jù)各個(gè)部分的原料按所需重量稱好后，通過(guò)分層裝置加入到模具中，從里到外依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，壓制成型。 (3)燒成，將成型后的坯體烘干后在還原氣氛中經(jīng)1600°C埋炭燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，其特征在于，上水口采用層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從里到外所采用的材質(zhì)依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，三種材質(zhì)的厚度比例為(1.5 3) (1 2) (1 3)。
2.如權(quán)利要求1所述的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，其特征在于，所述的鈦酸鋁為預(yù)合成即燒結(jié)的鈦酸鋁，粒徑小于1mm。
3.如權(quán)利要求1所述的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，其特征在于，所述的賽隆層的組分重量百分比為氮化硅55 58%，氮化鋁30 35%，硅粉10 13%，外加樹脂結(jié)合劑8 12%。
4.如權(quán)利要求1所述的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口，其特征在于，碳化硅層的組分重量百分比為碳化硅78 83%，硅粉12 15%，石墨5 8%，外加樹脂結(jié)合劑8 12%。
5.如權(quán)利要求1所述的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口的制造方法，其包括如下步驟1)混料鈦酸鋁層混料，將鈦酸鋁與外加質(zhì)量百分含量為8 12%的樹脂在攪拌機(jī)中混勻，經(jīng)造粒后備用；賽隆層混料，將氮化硅、氮化鋁、硅粉按質(zhì)量比例配好后加入球磨機(jī)中混合2 3小時(shí)， 倒出后加入樹脂結(jié)合劑混勻并造粒；碳化硅混料，將碳化硅、石墨、硅粉按質(zhì)量比例配好后加入攪拌機(jī)中混合均勻，然后加入樹脂結(jié)合劑混勻并造粒；2)成型采用等靜壓工藝成型，鈦酸鋁、賽隆、碳化硅的厚度比例控制按特性要求為(1.5 3) (1 幻(1 幻，根據(jù)各個(gè)部分的厚度需求，原料稱量后通過(guò)分層裝置加入到模具中，從里到外依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，壓制成型；3)燒成將成型后的坯體烘干后在還原氣氛中經(jīng)1350 1600°C的還原氣氛或無(wú)氧環(huán)境下燒結(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口的制造方法，其特征是，所述的還原氣氛或無(wú)氧環(huán)境燒結(jié)為埋碳燒結(jié)、或真空燒結(jié)、或惰性氣體下燒結(jié)。
全文摘要
一種鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合上水口及其制造方法，復(fù)合上水口采用層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，從里到外所采用的材質(zhì)依次為鈦酸鋁、賽隆、碳化硅，三種材質(zhì)的厚度比例范圍為(1.5～3)∶(1～2)∶(1～3)。本發(fā)明采用鈦酸鋁-賽隆-碳化硅復(fù)合材料，生產(chǎn)一次整體成型上水口，使上水口在生產(chǎn)澆注過(guò)程中不易堵塞，耐高溫性能好，抗侵蝕性能強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度大，使用壽命長(zhǎng)，使用過(guò)程中不會(huì)影響鋼水的質(zhì)量，適用于各種普通鋼和品種鋼的連鑄。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102336573SQ201010236299
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者楊建華 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司