CN102557692A - 一种无碳滑面中包上水口及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种强度、耐磨性能和抗氧化作性能的中包上水口及其制备方法，制备无碳滑面材料：将59-100重量份的刚玉、8-15重量份的石英、0.5-1重量份的碳黑、0.5-1.5重量份的碳化硼、1-3重量份的碳化硅和2-4重量份的金属硅粉进行混练造粒，然后再加入3-8重量份的固体树脂和2-5重量份的液体树脂作为结合剂进行干燥；加入低碳碗部、高碳本体和无碳滑面的模具，振捣后成型，干燥烧制既得。本发明减少滑面之间空气进入钢液或钢液从滑面之间溢出的可能，使产品过程中抗摩擦能力显著加强。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁冶金连铸中间包用功能耐火材料及其制备方法，特别涉及一种中包上水口及其制备方法。
背景技术
目前我国钢厂板坯连铸过程中，钢液从中间包到结晶器基本采用中间包上水口配合快换浸入水口使用，中间包上水口与快换浸入式水口之间采用快换机构使中间包滑面与浸入水口滑面紧密接触，并在两滑面之间采用吹氩密封保护以隔绝空气进入钢液中。通常浸入水口寿命约300～600分钟不等，而中包水口及塞棒使用寿命400～1200分钟不等，因此一般情况下连铸过程中需使用快换机构更换浸入式水口。常规情况下，中包水口滑面与浸入水口滑面采用相同材质，一般为中低碳铝碳、锆碳、镁碳或石英复合材质(游离碳和树脂热解碳含量约10～20％)。由于含碳，材料具有较好的抗热震和抗剥落性能，但在抗氧化性和耐磨性能方面明显不足，在更换浸入水口时经常出现中包水口滑面磨损严重的情况，从而导致中包水口滑面和浸入水口滑面之间配合变差，钢液从滑面之间溢出或空气从滑面之间进入钢液影响钢液增氮或夹杂，影响钢厂连铸寿命的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高强度、耐磨性能和抗氧化性能的中包上水口及其制备方法，减少滑面之间空气进入钢液或钢液从滑面之间溢出的可能，提高连铸作业水平。
具体技术方案由如下步骤实现：
一种无碳滑面中包上水口，包括低碳碗部1、高碳本体2和无碳滑面3，所述低碳碗部1为低碳尖晶石-碳复合材料，所述高碳本体2为Al2O3-C复合材料，所述无碳滑面3包括如下重量份的组份：
刚玉59-100重量份 石英8-15重量份
碳黑0.5-1重量份 碳化硼0.5-1.5重量份
碳化硅1-3重量份 金属硅粉2-4重量份
固体树脂3-8重量份 液体树脂2-5重量份。
优选地，无碳滑面3由包括如下原料重量份的组份：
刚玉84重量份 石英10重量份
碳黑1重量份 碳化硼1重量份
碳化硅2重量份 金属硅粉3重量份
固体树脂5重量份 液体树脂3重量份。
优选地，所述的无碳滑面3中碳含量小于所述无碳滑面总重量的3％。
优选地，所述的刚玉包括36目的板状刚玉8-15重量份、46目的电熔棕刚玉8-15重量份、80目的电熔棕刚玉8-15重量份、粒度为0.2-0.1mm熔融石英8-15重量份和325目的板状刚玉35-55重量份。
优选地，所述刚玉包括36目的板状刚玉10重量份、46目的电熔棕刚10重量份、80目的电熔棕刚玉10重量份和325目的板状刚玉54重量份。
优选地，所述的低碳碗部1中尖晶石含量大于所述低碳碗部1总重量的60％。
优选地，所述的低碳碗部1中碳含量占所述低碳碗部1总重量的10％-15％。
优选地，所述的高碳本体2中氧化铝含量占大于所述高碳本体2总重量的45％。
优选地，所述的高碳本体2中碳含量大于所述高碳本体2总重量的20％。
一种中包上水口的制备方法，包括如下步骤：
A、制备无碳滑面3材料：将59-100重量份的刚玉、8-15重量份的石英、0.5-1重量份的碳黑、0.5-1.5重量份的碳化硼、1-3重量份的碳化硅和2-4重量份的金属硅粉进行干混造粒，然后再加入3-8重量份的固体树脂和2-5重量份的液体树脂作为结合剂进行湿混；
B、将低碳尖晶石-碳复合材料、Al2O3-C复合材料和上述制备完成的无碳滑面3材料分别加入低碳碗部1、高碳本体2和无碳滑面3的模具，振捣后成型，干燥烧制即得。
优选地，无碳滑面3由包括如下原料重量份的组份：
刚玉84重量份 石英10重量份
碳黑1重量份 碳化硼1重量份
碳化硅2重量份 金属硅粉3重量份
固体树脂5重量份 液体树脂3重量份。
优选地，所述的无碳滑面3中碳含量小于所述无碳滑面总重量的3％。
优选地，所述的刚玉包括36目的板状刚玉8-15重量份、46目的电熔棕刚玉8-15重量份、80目的电熔棕刚玉8-15重量份、粒度为0.2-0.1mm熔融石英8-15重量份和325目的板状刚玉35-55重量份。
优选地，所述刚玉包括36目的板状刚玉10重量份、46目的电熔棕刚10重量份、80目的电熔棕刚玉10重量份和325目的板状刚玉54重量份。
优选地，所述的低碳碗部1中尖晶石含量大于所述低碳碗部1总重量的60％。
优选地，所述的低碳碗部1中碳含量占所述低碳碗部1总重量的10％-15％。
优选地，所述的高碳本体2中氧化铝含量占大于所述高碳本体2总重量的45％。
优选地，所述的高碳本体2中碳含量大于所述高碳本体2总重量的20％。
本发明在滑面部分为无碳材质，在滑面部分引入碳化硅、金属硅、碳化硼、板状刚玉、一级石英以及酚醛树脂，经过烧结后形成陶瓷结合，使中包滑面在较高温度范围下，仍具有较好的结构强度，表现为耐磨。而部分金属相的引入，很大程度上改善了滑面的高温强度及抗氧化性能，减少滑面之间空气进入钢液或钢液从滑面之间溢出的可能，使产品过程中抗摩擦能力显著加强，提高连铸作业水平。
附图说明
图1为本发明提供的一种无碳滑面中包上水口结构示意图。
1、中包水口碗部2、中包水口本体3、中包水口滑面。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
(1)制备无碳滑面3材料：将36目板状刚玉10kg、46目电熔棕刚玉10kg、80目电熔棕刚玉10kg、0.5-0.2mm熔融石英10kg、325目板状刚玉54kg、325目金属硅粉3kg、325目碳化硼粉1kg、325目碳化硅粉2kg和碳黑1kg进行配料，配好的料在高速混练机中进行混练造粒，干混时间不小于5分钟，加入固体树脂5kg和液体树脂3kg作为结合剂，湿混时间不小于25分钟，混好的泥料进入干燥机进行干燥，挥发份控制在0.9～1.1之间(145度10分钟测试条件下)。
(2)制备Al2O3-C复合材质，采用白刚玉、棕刚玉、板状刚玉、轻烧氧化铝A粉、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中氧化铝含量大于wt45％，碳含量大于wt20％。
(3)制备低碳尖晶石-碳复合材质，原料采用尖晶石、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中尖晶石含量大于wt60％，碳含量wt10～15％。
(4)按照生产图纸成型工序将碳尖晶石-碳复合材料、Al2O3-C复合材料和制备完成的无碳滑面材料分别加入低碳碗部1、高碳本体2和无碳滑面3的模具，振捣后放入等静压机成型，成型压力110MPa，保压7分钟。
(5)成型完成的产品毛坯入干燥窑，按干燥曲线进行固化，最高固化温度250度。
(6)经固化完成的产品毛坯入烧成窑，按烧成曲线进行固化，最高烧成温度1050度。
(7)按图纸尺寸要求进行车加工即完成如图1所示的无碳滑面中包上水口。
(8)按图纸要求进行涂履包装。
将本发明实施例1中制备的无碳滑面中包上水口作为实验组，与对照组1和对照组2的各性能指标分别进行测试，对照组1和对照组2的碗部和本体均与实验组采用相同的原料及其配比关系，对照组与实验组只有在滑面部分采用不同的材质。对照组中滑面碳含量均大于于总重量的3％，实验组滑面部分碳含量少于总重量的3％。对照组1、对照组2和实验组具体配比关系和性能如表1，对照组1和对照组2分别按常规工艺制备所得。
表1复合无碳滑面中包水口滑面指标和常规中包水口滑面指标对比表
从表上我们可以看出，实验组与对照组相比，当滑面部分碳含量较高时，无碳滑面无论是在常温耐压强度和常温抗折强度均远远高于对照组，特别是在高温抗折强度方面，本发明制备的无碳滑面中包上水口，使中包滑面在较高温度范围下，仍具有较好的结构强度，能显著提高中包上水口滑面的强度、耐磨性能和抗氧化性能，减少滑面之间空气进入钢液或钢液从滑面之间溢出的可能，提高连铸作业水平。
实施例2
(1)制备无碳滑面3材料：将36目板状刚玉15kg、46目电熔棕刚玉8kg、80目电熔棕刚玉15kg、0.5-0.2mm熔融石英8kg、325目板状刚玉55kg、325目金属硅粉2kg、325目碳化硼粉0.5kg、325目碳化硅粉3kg和碳黑0.5kg进行配料，配好的料在高速混练机中进行混练造粒，干混时间不小于5分钟，加入固体树脂8kg和液体树脂2kg作为结合剂，湿混时间不小于25分钟，混好的泥料进入干燥机进行干燥，挥发份控制在0.9～1.1之间(145度10分钟测试条件下)。
(2)制备Al2O3-C复合材质，采用白刚玉、棕刚玉、板状刚玉、轻烧氧化铝A粉、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中氧化铝含量大于wt45％，碳含量大于wt20％。
(3)制备低碳尖晶石-碳复合材质，原料采用尖晶石、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中尖晶石含量大于wt60％，碳含量wt10～15％。
(4)按照生产图纸成型工序将碳尖晶石-碳复合材料、Al2O3-C复合材料和制备完成的无碳滑面3材料分别加入低碳碗部1、高碳本体2和无碳滑面3的模具，振捣后放入等静压机成型，成型压力110MPa，保压7分钟。
(5)成型完成的产品毛坯入干燥窑，按干燥曲线进行固化，最高固化温度250度。
(6)经固化完成的产品毛坯入烧成窑，按烧成曲线进行固化，最高烧成温度1050度。
(7)按图纸尺寸要求进行车加工。
(8)按图纸要求进行涂履包装。
实施例3
(1)制备无碳滑面3材料：将36目板状刚玉8kg、46目电熔棕刚玉15kg、80目电熔棕刚玉8kg、0.5-0.2mm熔融石英15kg、325目板状刚玉35kg、325目金属硅粉4kg、325目碳化硼粉1.5kg、325目碳化硅粉1kg和碳黑1kg进行配料，配好的料在高速混练机中进行混练造粒，干混时间不小于5分钟，加入固体树脂3kg和液体树脂5kg作为结合剂，湿混时间不小于25分钟，混好的泥料进入干燥机进行干燥，挥发份控制在0.9～1.1之间(145度10分钟测试条件下)。
(2)制备Al2O3-C复合材质，采用白刚玉、棕刚玉、板状刚玉、轻烧氧化铝A粉、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中氧化铝含量大于wt45％，碳含量大于wt20％。
(3)制备低碳尖晶石-碳复合材质，原料采用尖晶石、鳞片石墨及抗氧化添加剂，酚醛树脂作结合剂，采用等静压机成型，成型压力100～130MPa，经固化，在1000～1150摄氏度下烧结而成。其中尖晶石含量大于wt60％，碳含量wt10～15％。
(4)按照生产图纸成型工序将碳尖晶石-碳复合材料、Al2O3-C复合材料和制备完成的无碳滑面3材料分别加入低碳碗部1、高碳本体2和无碳滑面3的模具，振捣后放入等静压机成型，成型压力110MPa，保压7分钟。
(5)成型完成的产品毛坯入干燥窑，按干燥曲线进行固化，最高固化温度250度。
(6)经固化完成的产品毛坯入烧成窑，按烧成曲线进行固化，最高烧成温度1050度。
(7)按图纸尺寸要求进行车加工。
(8)按图纸要求进行涂履包装。
Claims (10)
1.一种无碳滑面中包上水口，包括低碳碗部(1)、高碳本体(2)和无碳滑面(3)，所述低碳碗部(1)为低碳尖晶石-碳复合材料，所述高碳本体(2)为Al2O3-C复合材料，其特征在于，所述无碳滑面(3)包括如下重量份的组份：
刚玉59-100重量份 石英8-15重量份
碳黑0.5-1重量份 碳化硼0.5-1.5重量份
碳化硅1-3重量份 金属硅粉2-4重量份
固体树脂3-8重量份 液体树脂2-5重量份。
2.根据权利要求1所述的中包上水口，其特征在于，所述无碳滑面(3)由包括如下原料重量份的组份：
刚玉84重量份 石英10重量份
碳黑1重量份 碳化硼1重量份
碳化硅2重量份 金属硅粉3重量份
固体树脂5重量份 液体树脂3重量份。
3.根据权利要求1所述的中包上水口，其特征在于，所述的无碳滑面(3)中碳含量小于所述无碳滑面总重量的3％。
4.根据权利要求1所述的中包上水口，其特征在于，所述的刚玉包括36目的板状刚玉8-15重量份、46目的电熔棕刚玉8-15重量份、80目的电熔棕刚玉8-15重量份和325目的板状刚玉35-55重量份。
5.根据权利要求4所述的中包上水口，其特征在于，所述刚玉包括36目的板状刚玉10重量份、46目的电熔棕刚10重量份、80目的电熔棕刚玉10重量份和325目的板状刚玉54重量份。
6.根据权利要求1所述的中包上水口，其特征在于，所述的低碳碗部(1)中尖晶石含量大于所述低碳碗部(1)总重量的60％。
7.根据权利要求6所述的中包上水口，其特征在于，所述的低碳碗部(1)中碳含量占所述低碳碗部(1)总重量的10％-15％。
8.根据权利要求1所述的中包上水口，其特征在于，所述的高碳本体(2)中氧化铝含量占大于所述高碳本体(2)总重量的45％。
9.根据权利要求8所述的中包上水口，其特征在于，所述的高碳本体(2)中碳含量大于所述高碳本体(2)总重量的20％。
10.根据权利要求1-9任一所述的中包上水口的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、制备无碳滑面(3)材料：将59-100重量份的刚玉、8-15重量份的石英、0.5-1重量份的碳黑、0.5-1.5重量份的碳化硼、1-3重量份的碳化硅和2-4重量份的金属硅粉进行干混造粒，然后再加入3-8重量份的固体树脂和2-5重量份的液体树脂作为结合剂进行湿混；
B、将低碳尖晶石-碳复合材料、Al2O3-C复合材料和上述制备完成的无碳滑面3材料分别加入低碳碗部(1)、高碳本体(2)和无碳滑面(3)的模具，振捣后成型，干燥烧制即得。
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