专利名称：铝碳质连铸用耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料领域，尤其涉及一种含有氮化硼和碳化硅组分的铝碳质连铸用耐火材料。
背景技术：
铝碳质耐火材料是以Al2O3+C为主要成分的耐火材料，由于其抗氧化性明显优于镁碳砖，抗Na2O系渣的侵蚀性能优良，在钢铁连续铸造用功能耐火材料中得到广泛应用。如用于将熔融金属从可重复使用或间歇使用的铸桶中注入中间包的导流管，用于将熔融金属从中间包装入到结晶器的浸入式水口，和用于控制熔融金属流量的塞棒等。连铸用浸入式水口在浇钢时，不仅要有良好的抗热震性，能抵抗温度骤变和温差大的作用，而且要求抗钢水冲刷能力强，能耐钢水和熔渣侵蚀。
元素周期表中IV、V、VI族金属元素的氮化物熔点高，硬度大，B、Be、Si及La、Ac系统的元素可制成稳定的高熔点氮化物。六方晶系的氮化硼(BN)呈微细的薄片状结晶，其构造与天然石墨相似，由于层间没有自由电子，所以是高温下非常良好的绝缘体，已广泛应用于高温容器装置和高性能陶瓷领域。
连铸用耐火材料在使用时，容易出现纵裂纹，不耐侵蚀冲刷，为了解决这一问题，很多厂家采用加入石英材料来改善其热震稳定性，但这样增加了产品的硅含量，使产品内孔不耐冲刷和侵蚀，而熔融金属中的硅含量也大量增加，降低产品质量。为了改善连铸用耐火材料的性能，现已开发了多种氮化硼系耐火材料，如Si3N4-BN陶瓷，AlN-BN陶瓷。1990年3月14日公开的中国专利申请89105530.4提供了一种金属溶液浸入式注口，它使用最大粒度为150微米，最好是90微米的氧化铝，添加附着物生成倾向相对小的富铝红柱石、碳化硅、石英玻璃、瓷碎片或/和熔融石灰作其它添加剂，并同时添加一种含硼助熔剂，加入的氮化硼的重量比约为5～30％，由于氮化硼价格昂贵，制造成本大大增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝碳质连铸用耐火材料及其制备方法，他解决了铝碳质稳定性差和不耐侵蚀的缺点。
本发明采取的技术方案是一种铝碳质连铸用耐火材料，以氧化铝和炭素为主要组分，其特征在于它还含有重量比为0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅，形成Al2O3-C-BN-SiC-SiO2系耐火材料，经研究发现氮化硼可降低液体钢中固体氧化物悬浮体的熔点，使其呈液体状而不会附着在水口壁上堵塞水口，而且具有良好的热震稳定性，可用于钢铁连铸用浸入式水口、整体塞棒和长水口等耐火材料。该耐火材料是以电熔白刚玉、石墨、锆莫来石、工业硅、碳化硅和氮化硼为主要原料，各主要原料的重量百分比为电熔白刚玉 55～75％ 石 墨15～27％锆莫来石5～15％ 工业硅1.0～5.0％碳化硅 1.0～5.0％氮化硼0.5～5.0％所用的电熔白刚玉中，细度在24目、36目和≥180目组分的重量配比为1∶1∶2，虽然电熔白刚玉的细度偏小为好，粗颗粒的电熔白刚玉可以作为骨料，防止烧成时变形，颗粒细小，熔融金属中的氧化物的附着倾向小，但如果颗粒过细会使耐火材料抗温度骤变性能下降；所用石墨应为固定碳含量在98％以上的石墨；锆莫来石可以选择颗粒度为0.59～0.21μm和0.21～0μm两种粒度，这两种粒度的重量配比为1∶1；所用的氮化硼可以是六角晶系氮化硼。
本发明还提供了一种铝碳质连铸用耐火材料的制备方法，其特征在于按配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与占总重量比2.0％～6.0％的固体酚醛树脂、5％～15％的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为120～150Mpa，保持压力10～20分钟，成型坯体经干燥后于1300℃左右的温度下烧制60～70小时，烧成气氛为还原焰。烧制后的成品经过机械切削整形后，在其外表面喷涂0.2mm厚的防氧化涂层，该涂层可以在预热期间抵御氧化，并且尽可能的延缓耐火材料本身在接触铸件时的损耗。
本发明的特点是在铝碳质耐火材料中添加入少量的氮化硼和碳化硅，改变了复合耐火材料的组成和性能，虽然成本略有增加，但是对铝碳质耐火材料的热震稳定性和耐冲刷侵蚀性能有了较大的改善，提高了产品的性能价格比，可作为钢铁连铸用塞棒、长水口、浸入式水口等其它耐火材料应用。
具体实施例方式
实施例1一种铝碳质连铸用浸入式水口，原料中含有重量比为4％的氮化硼和3％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉120Kg，石墨40Kg，锆莫来石20Kg，工业硅6Kg，碳化硅6Kg，氮化硼8Kg；其中石墨为固定碳含量为98％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与4Kg的固体酚醛树脂、30Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为120Mpa，保持压力10分钟，成型坯体经干燥后于1280℃的温度下烧制70小时。
实施例2一种铝碳质连铸用长水口，原料中含有重量比为5％的氮化硼和1％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉110Kg，石墨54Kg，锆莫来石14Kg，工业硅10Kg， 碳化硅2Kg，氮化硼10Kg；其中石墨为固定碳含量为99％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与12Kg的固体酚醛树脂、10Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为150Mpa，保持压力20分钟，成型坯体经干燥后于1350℃的温度下烧制60小时。
实施例3一种铝碳质连铸用塞棒，原料中含有重量比为0.5％的氮化硼和1％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉150Kg，石墨30Kg，锆莫来石15Kg，工业硅2Kg，碳化硅2Kg，氮化硼1Kg；其中石墨为固定碳含量为99.5％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与8Kg的固体酚醛树脂、20Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为150Mpa，保持压力20分钟，成型坯体经干燥后于1300℃的温度下烧制60小时。
实施例4一种铝碳质连铸用浸入式水口，原料中含有重量比为0.5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉139Kg，石墨30Kg，锆莫来石10Kg，工业硅10Kg，碳化硅10Kg，氮化硼1Kg；其中石墨为固定碳含量为98.9％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与4Kg的固体酚醛树脂、10Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为120Mpa，保持压力20分钟，成型坯体经干燥后于1300℃的温度下烧制70小时。
实施例5一种铝碳质连铸用整体塞棒，原料中含有重量比为5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉110Kg，石墨38Kg，锆莫来石30Kg，工业硅2Kg，碳化硅10Kg，氮化硼10Kg；其中石墨为固定碳含量为98％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与12Kg的固体酚醛树脂、30Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为130Mpa，保持压力10分钟，成型坯体经干燥后于1280℃的温度下烧制60小时。
实施例6一种铝碳质连铸用浸入式水口，原料中含有重量比为5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉110Kg，石墨30Kg，锆莫来石30Kg，工业硅10Kg，碳化硅10Kg，氮化硼10Kg；其中石墨为固定碳含量为99.9％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与4Kg的固体酚醛树脂、10Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为150Mpa，保持压力20分钟，成型坯体经干燥后于1350℃的温度下烧制60小时。
实施例7一种铝碳质连铸用浸入式水口，原料中含有重量比为0.5％的氮化硼和4％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉129Kg，石墨30Kg，锆莫来石24Kg，工业硅10Kg，碳化硅8Kg，氮化硼1Kg；其中石墨为固定碳含量为99％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与12Kg的固体酚醛树脂、10Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为150Mpa，保持压力20分钟，成型坯体经干燥后于1350℃的温度下烧制60小时。
实施例8一种铝碳质连铸用长水口，原料中含有重量比为2％的氮化硼和3％的碳化硅，它采用如下重量配制原料电熔白刚玉140Kg，石墨30Kg，锆莫来石10Kg，工业硅10Kg，碳化硅6Kg，氮化硼4Kg；其中石墨为固定碳含量为98％的石墨，氮化硼为六角晶系氮化硼，采用如下方法制备按上述重量配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与4Kg的固体酚醛树脂、20Kg的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为150Mpa，保持压力10分钟，成型坯体经干燥后于1300℃的温度下烧制60小时。
权利要求
1.一种铝碳质连铸用耐火材料，以氧化铝和炭素为主要组分，其特征在于它还含有重量比为0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅。
2.根据权利要求1所述的铝碳质连铸用耐火材料，其特征在于它是以电熔白刚玉、石墨、锆莫来石、工业硅、碳化硅和氮化硼为主要原料，各主要原料的重量百分比为电熔白刚55～75％ 石 墨 15～27％锆莫来石5～15％ 工业硅 1.0～5.0％碳化硅 1.0～5.0％氮化硼 0.5～5.0％
3.根据权利要求2所述的铝碳质连铸用耐火材料，其特征在于石墨为固定碳含量在98％以上的石墨。
4.根据权利要求2所述的铝碳质连铸用耐火材料，其特征在于所用的锆莫来石中，颗粒度为0.59～0.21μm和0.21～0μm组分的重量配比为1∶1。
5.根据权利要求2所述的铝碳质连铸用耐火材料，其特征在于所用的氮化硼可以是六角晶系氮化硼。
6.根据权利要求1～5任一所述的铝碳质连铸用耐火材料的制备方法，其特征在于按配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与2.0％～6.0％重量百分比的固体酚醛树脂、5％～15％重量百分比的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为120～150Mpa，保持压力10～20分钟，成型坯体经干燥后于1280～1350℃的温度下烧制60～70小时。
全文摘要
一种铝碳质连铸用耐火材料，属于耐火材料领域。以氧化铝和碳素为主要组分，其特征在于它还含有重量比为0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅。该铝碳质连铸用耐火材料的制备方法是按配比将白刚玉、石墨、锆莫来石、碳化硅、工业硅和氮化硼与2.0％～6.0％重量百分比的固体酚醛树脂、5％～15％重量百分比的液体酚醛树脂混合均匀，采用等静压成型，成型压力为120～150MPa，保持压力10～20分钟，成型坯体经干燥后于1280～1350℃的温度下烧制60～70小时。它可适用于作连铸用浸入式水口、长水口、塞棒等，具有良好的热震稳定性和耐冲刷侵蚀性。
文档编号B22D11/00GK1485295SQ0213549
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月26日 优先权日2002年9月26日
发明者宋爱谋 申请人:山东淄川特种耐火材料厂