CN101851104A - 一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，该复合材料由以下重量配比的原料制成：煅烧氧化铝60～65份；部分氧化钙稳定电熔二氧化锆20～24份；钛酸铝5～8份；添加剂5～9份；结合剂4～6份。本发明还提供了制备连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的方法。本发明具有抗热震、抗侵蚀性能好、使用寿命长的优点。

Description

一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种连铸水口用耐火材料，具体的说，是一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料。本发明还提供了制备连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的方法。

背景技术

目前，作为连铸功能材料重要部分的长水口，主要有熔融石英质和铝碳质两大类，使用寿命为180-270分钟。长水口存在的问题是在其颈部，在使用中因长时间受震动易断落，而且耐侵蚀也较差；国内浸入式水口的材质与长水口类似，除了已有的普通型浸入式水口外，目前已有复合锆碳层的铝碳质浸入式水口，复合锆质的熔融石英质浸入式水口，还有带有狭缝的吹气型浸入式水口。浸入式水口的使用寿命，一般为180-360分钟。而且现在国内连铸功能材料中大部分为含碳制品，容易造成高温钢液增碳污染，不适合于洁净钢的生产。在国外，这方面的研究以美国维苏维集团和日本黑畸公司具有代表性，其产品以铝锆碳连铸功能材料为主，寿命在240-480分钟，近五年来，日本黑畸开发的以氧化镁为主原料的无碳水口也有成功应用报道，在日本的八幡铁钢厂，实现连浇次数为8-9炉，大约480分钟，其代表了世界的先进水平。

专利号为200710084523.9的专利公开了《一种Al-AlN-ZrO₂抗热震性陶瓷材料》的技术，应用于钢铁冶金连铸的锆质定径水口。该发明属于陶瓷基复相金属陶瓷结构材料，配料重量比为：金属Al 4-10％，部分稳定的ZrO₂85-92％，AlN 3-6％，助烧剂0.5-2％，部分稳定ZrO₂由单斜ZrO₂10-40％及立方ZrO₂60-90％构成；助烧剂包括SrCO₃、TiO₂或La₂O₃。

该发明的不足之处：该发明是利用ZrO₂的相变，产生微裂纹，来产生抗热震性能，但是缺乏有效的稳定剂，往往导致制品的膨胀过大，导致制品提前开裂，影响制品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种抗热震、抗侵蚀性能好的连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明是这样实现的：一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，由以下重量配比的原料制成：

煅烧氧化铝60～65份；部分氧化钙稳定电熔二氧化锆20～24份；钛酸铝5～8份；添加剂5～9份；结合剂4～6份。

所述的添加剂为金属硅粉、金属锆粉、金属铝粉、碳化硼粉、碳化钛粉、碳化铌粉、碳化钽粉、碳化钼粉、氮化硼粉，所述的结合剂为液体磷酸二氢铝。

所述的连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料的制备。按所述重量配比，将部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝在乙醇溶液中混合球磨不少于10小时，制得部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料。

(2)混料。按所述重量配比加入煅烧氧化铝粉、添加剂共磨至均匀。

(3)成型。按最紧密堆积原理配料，高速恒温混练，加入所述重量份数结合剂，然后装模冷等静压成型。

(4)成品。脱模干燥涂釉后，经梭式高温电炉中于1500～1550℃高温烧制，得到产品。

相比专利号为200710084523.9的现有技术，本发明的改进在于：同样是将陶瓷复合材料应用于钢铁连铸，前发明是将Al、AlN引入至ZrO₂陶瓷中，而本发明是将AL₂TiO₅引入到ZrO₂陶瓷中，再复合添加多种添加剂，制备的陶瓷复合节能型连铸功能材料，利用氧化锆相变产生的大量的微裂纹来增韧，提高抗热震性能和抗热冲击性；钛酸铝具有较低的线膨胀性能，能起到稳定剂的作用，有效的保持了制品的体积稳定性，提高了制品的使用寿命。

本发明的优点是：

1、通过利用部分稳定的氧化锆(PSZ)四方相与单斜相的可逆相变特性，并适量引入钛酸铝(AL₂TiO₅)材料，利用其较低的热膨胀系数和热膨胀各向异性的特性，将氧化锆材料与钛酸铝材料复合，以得到抗热冲击性能优异的氧化锆陶瓷复合节能型连铸功能材料。本材料融合了氧化锆相变增韧和钛酸铝极低的线膨胀系数，解决了传统材料抗热震性能差、氧化锆质水口体积膨胀过大易开裂的问题，同时材料中不含碳，对钢水无污染，适合于洁净钢、优特钢的生产。

2、利用部分CaO稳定ZrO₂陶瓷材料的化学惰性、优异的抗侵蚀性能，强化制品薄弱部位，提高制品高温使用性能。利用氧化锆的增韧及氧化锆--钛酸铝陶瓷复合材料的优异热震稳定性，解决了传统氧化锆质产品在使用过程中因氧化锆晶型转变而导致的热震稳定性下降问题，从而有效延长其使用寿命，降低了炼钢生产成本。适用于我国迅速发展的矩形、板坯连铸生产。

使用效果：项目产品在莱钢股份公司炼钢厂和新抚钢经过试用，在超低碳钢、优质合结钢等钢种上应用，寿命为460分钟，最高达到620分钟，达到和超过世界先进水平，得到试验用户的认可。

具体实施方式

实施例1：

本发明连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，由以下重量配比的原料制成：

煅烧氧化铝60份；部分氧化钙稳定电熔二氧化锆20份；钛酸铝5份；添加剂5份；液体磷酸二氢铝结合剂4份。

所述的添加剂为金属硅粉、金属锆粉、金属铝粉、碳化硼粉、碳化钛粉、碳化铌粉、碳化钽粉、碳化钼粉、氮化硼粉。

制备本发明连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的步骤包括：

(1)部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料的制备。按上述重量份数，将部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝按在乙醇溶液中混合球磨不少于10小时，制得部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料。

(2)混料。按上述重量份数加入煅烧氧化铝粉、添加剂共磨至均匀。

(3)成型。按最紧密堆积原理配料，高速恒温混练，加入液体磷酸二氢铝结合剂，然后装模冷等静压成型。

(4)成品。脱模干燥涂釉后，经梭式高温电炉中于1500～1550℃高温烧制，得到产品。

实施例2：

本发明连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，由以下重量配比的原料制成：

煅烧氧化铝65份；部分氧化钙稳定电熔二氧化锆24份；钛酸铝8份；添加剂9份；液体磷酸二氢铝结合剂6份。

所述的添加剂为金属硅粉、金属锆粉、金属铝粉、碳化硼粉、碳化钛粉、碳化铌粉、碳化钽粉、碳化钼粉、氮化硼粉。

制备本发明连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的步骤包括：

(1)部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝复合材料的制备。按上述重量份数，将部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝按在乙醇溶液中混合球磨不少于10小时，制得部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝复合材料。

(2)混料。按上述重量份数加入煅烧氧化铝粉、添加剂共磨至均匀。

(3)成型。按最紧密堆积原理配料，高速恒温混练，加入液体磷酸二氢铝结合剂，然后装模冷等静压成型。

(4)成品。脱模干燥涂釉后，经梭式高温电炉中于1500～1550℃高温烧制，得到产品。

实施例3：

本发明连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，由以下重量配比的原料制成：

煅烧氧化铝65份；部分氧化钙稳定电熔二氧化锆20份；钛酸铝5份；添加剂5份；液体磷酸二氢铝结合剂4份。

本实施例制备方法与前述实施例制备方法步骤相同。

Claims (3)

1.一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，其特征是由以下重量配比的原料制成：

煅烧氧化铝60～65份；

部分氧化钙稳定电熔二氧化锆20～24份；

钛酸铝5～8份；

添加剂5～9份；

结合剂4～6份。

2.根据权利要求1所述的连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料，其特征是：所述的添加剂为金属硅粉、金属锆粉、金属铝粉、碳化硼粉、碳化钛粉、碳化铌粉、碳化钽粉、碳化钼粉、氮化硼粉，所述的结合剂为液体磷酸二氢铝。

3.根据权利要求1所述的连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料的制备。按所述重量配比，将部分氧化钙稳定电熔二氧化锆和钛酸铝在乙醇溶液中混合球磨不少于10小时，制得部分氧化钙稳定电熔二氧化锆——钛酸铝复合材料。

(2)混料。按所述重量配比加入煅烧氧化铝粉、添加剂共磨至均匀。

(3)成型。按最紧密堆积原理配料，高速恒温混练，加入所述重量份数结合剂，然后装模冷等静压成型。

(4)成品。脱模干燥涂釉后，经梭式高温电炉中于1500～1550℃高温烧制，得到产品。