专利名称：一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于炼钢连铸用功能性复合耐火材料制品技术领域，具体涉及一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口及其制备工艺。
背景技术：
特种钢是电子工业和国防工业十分重要的基础材料，随着电子工业和国防工业的不断改革创新，各行业对钢材的质量要求的不断提高，所以炼钢技术也得不断革新，钢铁行业向无硅、无碳等精品钢种发展，以往的功能耐火材料已经不能满足使用，防止因耐材问题导致钢水增硅、增碳已成为耐材攻关的课题。特别是解决板坯连铸钢水增碳、增硅问题。现从以下两方面作分析
(一)国内外现状、水平和发展趋势
随着冶金技术乃至其他高温新工艺新技术的鏖战和技术进步，会对耐火材料提出一些更新更专的功能要求。功能耐火材料的品种会增加，新的功能耐火材料也会出现，如薄带连铸用钢水布流器和侧封板，中包透气元件、各种形式的过滤器等。材料功能化的趋势在增强，“功能”的概念也在扩展，并正在成为耐火材料发展的一个重要方向为冶炼洁净钢、纯净钢，需要研究开发对钢液有净化功能的耐火材料；为减小钢水降温、降低耗能，需研究开发具有隔热功能的包钢耐火材料等等。大板坯连铸是目前钢铁行业的一项重要生产工艺，有利于提高钢铁产量和钢种质量，大板坯免烘烤长水口位于连铸钢包至中间包之间，有保护钢流，防止钢水二次氧化，改善铸坯质量的重要作用，频繁更换不利于钢水质量。因此，延长制品使用寿命，提高制品质量，提高炼钢工作效率是目前大板坯长水口研究工作的一个重要方向，有利于促进和完善新一代连铸工艺流程的发展，推动我国的炼钢、连铸实现高效、优质、低成本与清洁生产，为保证我国钢铁工业的可持续发展做出自己应有的贡献。对于工业纯铁、无硅钢等特种钢连铸中的增碳、增硅问题，就要求功能耐材在使用中避免因材质问题导致钢水夹杂。以往的板坯免烘烤长水口，免烘烤的主要创新点是利用融融石英(SiO2)的导热性能差，钢水在开浇时利用此性能缓慢传热，在使用中不出现炸裂。但是针对无碳、无硅钢的成份要求，使用以往长水口就容易给钢水中增硅，所以研发低硅、低碳免烘烤长水口成为迫在眉睫的问题。(二)低碳、低硅钢用大板坯长水口发展
随着国际市场钢材价格的下跌，降低炼钢成本是所有冶金企业发展的主题。因此，使用高品质、低价位的耐材产品是冶金企业采取低成本扩张取得经济效益的重大措施之一。目前，国内大板坯使用的无碳、无硅钢用长水口大部分依靠进口，价格居高，使用寿命短，使用信息反馈速度慢，且大部分在使用中因不能解决开浇时的热稳定性，使用前都需要烘烤防止使用断裂，造成连铸中断或钢坯夹杂。
发明内容
本发明的目的在于避免低碳、低硅钢用大板坯长水口在使用前因烘烤，使用中炸裂造成连铸中断或钢坯报废等问题，而提供一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口及其制备工艺。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口及其制备工艺，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层由下述重量份的物质构成锆70 80份，C 12 14份，CaO 2 4份，所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层由下述重量份的物质构成A1203 60 80份，C 10 30份；内衬由下述重量份的原料制成铝镁尖晶石74 76份、防爆纤维14 16份、酚醛树脂8 10份。所述所述错碳外层厚10 15 mm。所述铝碳内层厚8 12 mm。所述内衬层厚3 5mm。 所述刚玉为纯度彡99%的电熔致密刚玉。所述铝镁尖晶石的成分及含量按质量百分比为MgO 30 34%、Al2O3 63 70%、SiO2 < O. 7%、Fe2O3 ( O. 65%、水分彡 O. 2% ;其真比重彡 3. 10 g/cm3。所述防爆纤维的理化指标为长度3 5mm、长度偏差± O. 3mm、直径55 100 μ m、直径偏差25 40%、比重0±0· 5 g/cm_3、熔点160°C。一种用于上述大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺是按以下步骤进行
A.制作长水口基体坯料分别称取所述锆碳外层和铝碳内层配比的原料，
按设计要求及常规工艺制作长水口基体坯料；
B.制备内衬料按所述配比分别称取铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂混合，并按三种原料总重的I 2%加入溶剂，搅拌均匀后在高速造粒机中制成内衬颗粒料备用，其中按重量百分比将挥发份控制在I. 3% ；
C.复合内衬将制备的内衬颗粒料通过二次成型工艺复合压制在长水口基体坯料内壁上，制成长水口坯料；
D.烧成将步骤C制备的长水口坯料置入焙烧炉内，先进行200°C温度下的前期烘烤，使其内部的易挥发物质及水份排出，然后按工艺要求进行烧成；
E.加工成品将烧成的长水口坯料按设计尺寸加工成型，并在表面喷涂抗氧化涂层即可。进一步的，所述复合压制采用等静压机压制。进一步的，所述溶剂采用酒精。本发明从提高制品的抗冲刷性、抗侵蚀性、热震稳定性着手，引入高端，高纯度原材料，优化生产工艺，对大板坯免烘烤长水口做了进一步研究。因钢水中特种合金加入对长水口冲刷严重，而大板坯连铸要求的覆盖剂对制品侵蚀严重，所以采用高纯度的刚玉、稳定氧化锆和防氧化鳞片石墨为主要材质，以提高制品的抗冲刷性和抗渣性。但制品的抗冲刷性和抗渣性的提高，必然会导致制品热震稳定性降低，从而致使制品在使用过程中的炸裂。加之钢水从大包流向中包是由大包长水口进行导流，为避免钢水的增碳、增硅，与钢水直接接触的内层料含碳含硅问题，本发明采用出无碳、无硅内衬。所述内衬可以在不烘烤的情况下直接使用起到免烘烤的目的。所述内衬内层料以铝镁尖晶石为主，复合添加入防爆纤维，以内衬形式附着于产品内部，起到免烘烤的目的。防爆纤维分散快，不结团，不并丝，无残留，外观鲜亮，软化点为120°C，熔化点为150°C。加入耐火材料肌体中可有效缩短烘干时间，迅速排出水蒸汽，防止爆裂现象的发生，加入防爆纤维后经过烧成制品内层的尖晶石内衬料气孔可达到20%，真正起到无碳、无硅且免烘烤的目的。防爆纤维具有堆积比重小、分散性好、无烧结、无并丝、残留少、使用效果佳等特点，使用该产品，在120度软化，150度开始熔化。铝镁尖晶石，耐高温，热膨胀系数小，热稳定性好，抗渣性强，是一种优质耐火原料。本发明的无碳、无硅大板坯免烘烤长水口，经过烧成、机加工后，在制品喷涂抗氧化涂层，进一步提闻制品的各方面性能。本发明的一种大坯连铸低碳、低硅钢用免烘烤长水口的使用防止大包钢水被二次氧化，防止钢水飞溅造成夹杂污染，能持续提高连铸效率，防止钢坯增碳、增硅保证连铸坯质量，改善连铸现场生产环境，降低工人劳动强度，给企业创造更多的经济效益。
具体实施方式
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，其中，所述锆碳外层由下述重量份的物质构成锆70 80份，C 12 14份，CaO 2 4份，所述铝碳内层由下述重量份的物质构成=Al2O360 80份，C 10 30份。所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料。所述所述锆碳外层厚10 15 mm。所述铝碳内层厚8 12 mm。所述刚玉可采用纯度>99%的电熔致密刚玉，引入这种高端、高纯度的原材料，利于提高制品的抗冲刷性、抗侵蚀性和热震稳定性。所述内衬由下述重量份的原料制成铝镁尖晶石74 76份、防爆纤维14 16份、酚醛树脂8 10份。所述内衬层厚3 5 mm。其中，所述铝镁尖晶石的推荐原料的技术质量指标如下表
Mg0% IAlaO,% |SiOa% IFeA% |水分 ％ |真比重 g/cnf3 '
30 34丨63 70 |< O. 7^。:65 K 0-2^ 3. 10'
所述防爆纤维推荐原料的理化指标如下表
长度L(mm) I长度偏差(mm) |直径Ρμιη|直径偏差％ |比重g/cnf3 |溶点。C 3 5|l±0. 3丨55 100 丨25 40 |〇±0. 5% |l60
实施例一
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层可以由下述重量份的物质构成锆70份，C 12份，CaO 2份；所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层可以由下述重量份的物质构成=Al2O3 60份，C 10份；所述内衬各组分原料的重量份配比可以是铝镁尖晶石74份、防爆纤维14份、酚醛树脂8份；所述锆碳外层厚可以是10 mm ;所述铝碳内层厚8 mm ;所述内衬层厚3 mm。本发明大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺，可按以下步骤进行
A.制作长水口基体坯料分别称取所述锆碳外层和铝碳内层配比的原料，
按设计及常规工艺尺寸要求制出长水口基体坯料，其内壳尺寸成型，以便复合内衬，夕卜部尺寸预留加工余量；
B.制备内衬料按所述配比分别称取铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂混合，并按三种原料总重的I. 0%加入酒精溶剂，所述溶剂可采用酒精，便于全部挥发，无残留，将上述原料搅拌均匀后混合后利用高速造粒机造粒而成，其中按重量百分比将挥发份控制在I. 3% ;随着长水口的抗冲刷性和抗渣性的高，必然会导致制品热震稳定性降低，从而致使制品在使用过程中的炸裂。考虑到本长水口为免烘烤制品，因而引入热稳定性好的材料做为产品的内衬，以铝镁尖晶石为主，复合添加入防爆纤维，防爆纤维分散快、不结团、不并丝、无残留、外观鲜亮、软化点120度、熔化点150度，加入耐火材料机体中可有效缩短烘干时间，迅速排出水蒸汽，防止爆裂现象的发生，加入防爆纤维后经过烧成制品内层的尖晶石内衬料气孔可达到20%，真正起到无碳、无硅且免烘烤的目的；
C.复合内衬将制备的内衬颗粒料通过二次成型工艺复合压制在长水口基体坯料内壁上，制成长水口坯料；按照本成型工艺，将内衬单独压制，通过二次加料成型，可以特殊加料工具将不同种类泥料加至不同部位，并引入等静压机压制成型，利于提高内衬密实度的均匀性；
D.烧成将步骤C制备的长水口坯料置入焙烧炉内，先进行200°C温度下的前期烘烤，使其内部的易挥发物质及水份排出，然后按工艺要求进行烧成；通过烘烤防爆纤维融化挥 发，水口内层材料气孔率可达到20%，由于气孔较大，配合铝镁尖晶石，耐高温，热膨胀系数小，将长水口的热稳定性大幅度提高，长水口在连铸使用时不需要烘烤可直接使用，钢水通过水口内壁，由于气孔较多，起到一定阻碍热传导的作用，使钢水热量缓慢通过气孔传导给水口外层料，内衬料又不含碳、含硅，真正起到无碳无硅钢使用免烘烤的目的；
E.加工成品将烧成的长水口坯料按设计尺寸加工成型，并在表面喷涂抗氧化涂层即完成大板还无碳、无娃免烘烤长水口的制作。实施例二
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层可以由下述重量份的物质构成锆72. 5份，C 12. 5份，CaO 2. 5份；所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层可以由下述重量份的物质构成Al2O3 65份，C 15份；所述内衬各组分原料的重量份配比可以是铝镁尖晶石74. 5份、防爆纤维14. 5份、酚醛树脂
8.5份；所述锆碳外层厚可以是11 mm ;所述铝碳内层厚9 mm ;所述内衬层厚3. 5 mm。本实施例大坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺与实施例一基本相同，其区别仅在于步骤B中，酒精溶剂的加入量为铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂三种原料总重的I. 25%。实施例三
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层可以由下述重量份的物质构成锆75份，C 13份，CaO 3份；所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层可以由下述重量份的物质构成=Al2O3 70份，C 20份；所述内衬各组分原料的重量份配比可以是铝镁尖晶石75份、防爆纤维15份、酚醛树脂9份，所述锆碳外层厚可以是12. 5 mm ;所述铝碳内层厚IOmm ;所述内衬层厚4 mm。本实施例大坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺与实施例一基本相同，其区别仅在于B中，溶剂的加入量为铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂三种原料总重的I. 5%。实施例四
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层可以由下述重量份的物质构成锆77. 5份，C 13.5份，CaO 3.5份；所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层可以由下述重量份的物质构成=Al2O3 75份，C25份；所述内衬各组分 原料的重量份配比可以是铝镁尖晶石75. 5份、防爆纤维15. 5份、酚醛树脂
9.5份，所述锆碳外层厚可以是13 mm ;所述铝碳内层厚11 mm ;所述内衬层厚4. 5 mm。本实施例大坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺与实施例一基本相同，其区别仅在于B中，溶剂的加入量为铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂三种原料总重的I. 75%。实施例五
本发明的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述锆碳外层可以由下述重量份的物质构成锆80份，C 14份，CaO 4份；所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层可以由下述重量份的物质构成=Al2O3 80份，C 30份；所述内衬各组分原料的重量份配比可以是铝镁尖晶石76防爆纤维16份、酚醛树脂10份，所述锆碳外层厚可以是15 mm ;所述铝碳内层厚12 mm ;所述内衬层厚5 mm。本实施例大坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺与实施例一基本相同，其区别仅在于B中，溶剂的加入量为铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂三种原料总重的2%。本发明的一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的使用防止大包钢水被二次氧化，防止钢水飞溅造成夹杂污染，能持续提高连铸效率，防止钢坯增碳、增硅保证连铸坯质量，改善连铸现场生产环境，降低工人劳动强度，给企业创造更多的经济效益。
权利要求
1.一种大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，其特征在于所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层采用氧化锆和石墨为原料，所述错碳外层由下述重量份的物质构成错70 80份，C 12 14份，CaO 2 4份,所述铝碳内层采用刚玉和石墨为原料，所述铝碳内层由下述重量份的物质构成=Al2O3 60 80份，C 10 30份；内衬由下述重量份的原料制成铝镁尖晶石74 76份、防爆纤维14 16份、酚醛树脂8 10份。
2.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述所述错碳外层厚10 15 mm。
3.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述铝碳内层厚8 12 mm。
4.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述内衬层厚3 5 mm。
5.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述刚玉为纯度彡99%的电熔致密刚玉。
6.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述铝镁尖晶石的成分及含量按质量百分比为Mg030 34%、Al20363 70%、SiO2 < O. 7%、Fe2O3彡O. 65%、水分彡O. 2% ;其真比重彡3. 10 g/cnT3。
7.如权利要求I所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口，其特征在于所述防爆纤维的理化指标为长度3 5mm、长度偏差±0. 3mm、直径55 100 μ m、直径偏差25 40%、比重 0±0· 5 g/cnT3、熔点 1600C。
8.一种用于权利要求I所述大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺，其特征在于是按以下步骤进行 A.制作长水口基体坯料分别称取所述锆碳外层和铝碳内层配比的原料， 按设计要求及常规工艺制作长水口基体坯料； B.制备内衬料按所述配比分别称取铝镁尖晶石、防爆纤维和酚醛树脂混合，并按三种原料总重的I 2%加入溶剂，搅拌均匀后在高速造粒机中制成内衬颗粒料备用，其中按重量百分比将挥发份控制在I. 3% ； C.复合内衬将制备的内衬颗粒料通过二次成型工艺复合压制在长水口基体坯料内壁上，制成长水口坯料； D.烧成将步骤C制备的长水口坯料置入焙烧炉内，先进行200°C温度下的前期烘烤，使其内部的易挥发物质及水份排出，然后按工艺要求进行烧成； E.加工成品将烧成的长水口坯料按设计尺寸加工成型，并在表面喷涂抗氧化涂层即可。
9.如权利要求5所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺，其特征在于所述复合压制采用等静压机压制。
10.如权利要求5所述的大板坯连铸低碳低硅钢用免烘烤长水口的制备工艺，其特征在于所述溶剂采用酒精。
全文摘要
本发明公开了一种大板坯无碳、无硅免烘烤长水口，所述大板坯无碳、无硅免烘烤长水口，由长水口基体和内衬组成，所述长水口基体由锆碳外层和铝碳内层构成，所述锆碳外层由下述重量份的物质构成锆70～80份，C12～14份，CaO2～4份，所述铝碳内层由下述重量份的物质构成Al2O360～80份，C10～30份；内衬由下述重量份的原料制成铝镁尖晶石74～76份、防爆纤维14～16份、酚醛树脂8～10份。本发明的大坯连铸低碳、低硅钢用免烘烤长水口的使用，可防止大包钢水被二次氧化、钢水飞溅造成夹杂污染、钢坯增碳、增硅现象，能持续提高连铸效率，保证连铸坯质量，给企业创造更多的经济效益。
文档编号B22D41/54GK102962445SQ20121047776
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者李书成, 李伟峰, 王英杰, 杨英杰 申请人:河南省西保冶材集团有限公司