连铸功能水口用材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域，公开了一种连铸功能水口用材料及其制备方法，一种连铸功能水口用材料，它的原料包含以下组分：电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为：电熔刚玉35%～45%，刚玉空心球30%～40%，熔融石英5%～15%，微粉3%～15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%～10%。本发明材料是一种保温性、低热导、抗热震、抗熔损、防堵塞、低碳化的材料，具备低热导性、优异的抗热震性、抗侵蚀性、防堵塞性、低碳化的优点。
【专利说明】连铸功能水口用材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域，涉及一种连铸功能水口用材料及其制备方法，尤其涉及一种复合于连铸功能水口内腔的低热导、抗热震材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在连铸工艺中，连铸功能水口一般需要用到铝(锆)炭质长水口、浸入式水口等功能耐火材料。连铸功能水口是将钢包、中间包、结晶器三者连接的关键性耐火制品，是连铸工艺当中钢水的“通道”，起着至关重要及无可替代的作用，其作用是:防止钢水二次氧化；控制钢水的流动状态和注入速度；促进夹杂物上浮，防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中。传统的连铸功能水口不管是本体还是渣线，由于石墨含量达12%~30%，其热导率较高，当钢水在水口内流动时，将产生冷钢或造成热损失，甚至为此开发的无碳内衬材料虽然无鳞片石墨，但仍无法达到理想的保温效果。传统的连铸功能水口本体材料碳含量18%~30%，Al2O3含量40%~60%，而渣线材料碳含量12~25%，不管是被钢水氧化还是侵蚀，均会产生熔损。
[0003]而随着钢铁冶金行业不断地技术革新，钢铁企业对功能水口的要求越来越高，从传统的使用寿命开始转入更高的品质要求，包括抗熔损、抗热震、保温性、低碳化、防堵塞等。这就要求它具有良好的热学性能、抗侵蚀性能和力学性能，这些要求都比普通的连铸功能水口要高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是采用热稳定性(包括热震和化学稳定性)优异和低热导的矿物原料作为骨料，取消天然鳞片石墨，通过树脂结合剂造粒、干燥工艺，提供一种低热导、抗熔损、抗热震、低碳化、防堵塞的材料，复合于连铸功能水口内腔，通过降低水口热导率，提高钢水在浇铸过程中的保温性。
[0005]为实现上述发明目的，采用的技术方案是:
[0006]一种连铸功能水口用材料，它的原料包含以下组分:电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为:电熔刚玉35%~45%，刚玉空心球30%~40%，熔融石英5%~15%，微粉3%~15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%~10%。
[0007]所述的结合剂为热塑和热固混合型酚醛树脂，所述的热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1:8.5。
[0008]所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合。
[0009]所述的电熔刚玉Al2O3含量≥99.0%，刚玉空心球Al2O3含量≥98.0%，熔融石英SiO2含量≥99.0%，结合剂的固定碳含量40~60%。
[0010]所述的组分的颗粒级配:电熔刚玉0.5mm~0.1mm,刚玉空心球0.5mm~0.2mm,熔融石英 0.5mm ~0.1mm,微粉≤ 0.074mm。
[0011]所述的刚玉空心球堆积密度为0.9~1.0g/cm3。[0012]本发明还提供了一种连铸功能水口用材料的制备方法，包括以下步骤:
[0013]按配方将35%~45%电熔刚玉、30%~40%刚玉空心球、5%~15%熔融石英、3%~15%微粉配比，外加占上述组分总重量的5%~10%的结合剂，进行造粒；干燥至泥料中挥发分为1.0%~1.5% ;将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，等静压成型得到湿坯；上述湿坯在175~185°C下固化34~38小时，在1050~1150°C下烧成22~26小时，得到成品。
[0014]所述的成型压力优选为100~120MPa，最优选为120MPa。
[0015]所述的固化温度优选为180°C，固化时间优选为36小时；所述的烧成温度优选为
[0016]1100°C，烧成时间优选为24小时。
[0017]挥发分主要是酚醛树脂结合剂在170°C下挥发出的水、苯酚、甲醛类气体，还包括
二氧化碳等微量气体。
[0018]本发明的技术关键是:材料低热导要求减少甚至取消鳞片石墨，这样就会造成材料的抗热震性能降低，所用的基质骨料必须具备优异的热稳定性(包括热震和化学稳定性)。
[0019]各组分原料在该发明材料中的功能与作用:
[0020]电熔刚玉具备较好的高温化学稳定性，在本发明材料中起到抗侵蚀作用；刚玉空心球具备极低的热导率，是本发明材料中起到保温作用的关键原料，同时其良好的热体积稳定性，很好的保证了材料的抗热震性能；熔融石英是作为刚玉的补充，其热膨胀系数较刚玉更低，同样保证了热震稳定性；微粉中膨润土具备粘结性能够提高材料的成型塑性，同时其矿物相中低熔物较多，在使用过程中能够产生少量液相，密闭气孔，防止钢液浸润到耐材材料中；金属硅和炭黑能够产生部分β-SiC，用以增加本发明材料制品的结合强度；结合剂采用热塑和热固混合型酚醛树脂是为了增加本发明材料成型塑性。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]相比较传统材料，本发明材料是一种保温性、低热导、抗热震、抗熔损、防堵塞、低碳化的材料。
[0023]1、具备低热导性，本发明在基质骨料中添加特殊的刚玉空心球，该类刚玉内部具备较大的密闭气孔，大大降低了材质的热导率。
[0024]2、具备优异的抗热震性，鳞片石墨的取消将造成材料的抗热震性能变差，而引入的熔融石英属于硅氧四面体结构，拥有较低的热膨胀系数，特别是刚玉空心球由于内部存在密闭气孔，具有传统刚玉无法比拟的热态稳定性。
[0025]3、抗侵蚀性，本发明材料中，碳含量(结合碳，非鳞片石墨)≤4%,Al2O3≥74%，不怕被氧化，同时Al2O3含量大幅提闻，将有效提闻抗侵蚀性。
[0026]4、防堵塞性，本发明材料良好的保温性可防止水口内腔因热损失而结冷钢，也能减缓堵塞物在内壁的析出；材料中无碳，虽然含有少量石英，但是氧化气体SiO不会大量产生，钢液中的Al、Ti等不会被氧化，堵塞物也不易产生。
[0027]5、低碳化趋式，本发明材料采用了抗热震性优异的刚玉空心球，取消鳞片石墨后仍能稳定使用，这样水口内腔与钢水接触部分不会将碳带入到钢水中，在对碳敏感的特殊钢连铸中降低水口对钢材成分(如不锈钢、超低碳深冲钢)的污染。
【具体实施方式】[0028]按照重量百分比，称取Al2O3含量≤99.0%的电熔刚玉、Al2O3含量≤98.0%的刚玉空心球、SiO2含量> 99.0%的熔融石英、微粉、结合剂，所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合，所述的结合剂为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1:8.5的热塑和热固混合型酚醛树脂，固定碳含量40~60%。分别按照表1中的实施例1、实施例
2、实施例3、实施例4和实施例5中的配方进行混合，在倾斜式高速造粒机内进行造粒；干燥使泥料中挥发分为1.0%~1.5% ;将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，冷等静压机成型压力120MPa下成型得到湿坯；上述湿坯在180°C下固化36小时，在1100°C下烧成，烧成时间为24小时,得到成品。
[0029]表1:本发明材料的5个实施例配方中各组分的用量
[0030]
【权利要求】
1.一种连铸功能水口用材料，其特征在于所述连铸功能水口用材料的原料包含以下组分:电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为:电熔刚玉35%~45%，刚玉空心球30%~40%，熔融石英5%~15%，微粉3%~15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%~10%。
2.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的结合剂为热塑和热固混合型酚醛树脂，所述的热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1:8.5。
3.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合。
4.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的电熔刚玉Al2O3含量≥99.0%，刚玉空心球Al2O3含量≥98.0%，熔融石英SiO2含量≥99.0%，结合剂的固定碳含量40~60%。
5.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的组分的颗粒级配:电溶刚玉0.5mm~0.1mm,刚玉空心球0.5mm~0.2mm,溶融石英0.5mm~0.1mm,微粉^ 0.074mm。
6.权利要求1所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 按配方将35%~45%电熔刚玉、30%~40%刚玉空心球、5%~15%熔融石英、3%~15%微粉配比，外加占上述组分总重量的5%~10%的结合剂，进行造粒；干燥至泥料中挥发分为1.0%~1.5%;将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，等静压成型得到湿坯；上述湿坯在175~185°C下固化34~38小时，在1050~1150°C下烧成22~26小时，得到成品。
7.根据权利要求 6所 述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的成型压力为 100 ~120MPa。
8.根据权利要求7所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的成型压力为 12OMPa。
9.根据权利要求6所述的连铸功 能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的固化温度为180°C，固化时间为36小时；所述的烧成温度为1100°C，烧成时间为24小时。
【文档编号】C04B35/66GK103880453SQ201410123989
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】杭文明, 沈聪 申请人:无锡市南方耐材有限公司