CN103480833B - 一种免预热复合结构长水口内衬材料 - Google Patents

Abstract

一种免预热复合结构长水口内衬材料，涉及连续铸钢用功能耐火材料领域，其配料组成为：刚玉20-50wt%、电熔锆莫来石10-50wt%、熔融石英15-40wt%、轻烧氧化铝5-20wt%和氧化锌5-15wt%；外加内衬材料总重量的5-10%的酚醛树脂作为结合剂。本发明的内衬材料具有较高的气孔率，较低的热膨胀系数和导热系数，能够较好地抵抗钢液的冲刷和蚀损。

Description

一种免预热复合结构长水口内衬材料

技术领域

本发明涉及连续铸钢用功能耐火材料领域，具体涉及一种将钢液由盛钢桶导入中间包的免预热复合结构长水口内衬材料。

背景技术

长水口安装于盛钢桶下方，是钢水由盛钢桶注入中间包的A1₂O₃-C质圆筒形通道，起着导流、防止钢水二次氧化和飞溅的作用。它是实现钢水保护浇铸以提高钢坯质量的重要功能耐火材料，其使用情况将直接影响到整个连铸过程能否正常进行。然而在钢水浇注初期，当炽热的钢水流经长水口时，会在其内部产生很大的热应力，从而导致其开裂。因此，长水口在使用前必须预热至1000℃以上，而这不仅消耗能源、恶化操作环境，而且导致其更换操作繁琐、费时。免预热长水口的开发是解决该问题的关键，它的制造可通过以下两种途径实现：一是增加高导热率的石墨及低热膨胀率的熔融石英等，但这会降低其抗侵蚀和抗冲刷性能；二是在其内孔复合一层低导热系数的隔热内衬。

目前广泛应用的复合结构长水口的本体采用铝碳材料，内衬采用无碳材料。其主要机理是：隔热内衬具有较小的导热系数，它降低了长水口内侧的温度上升速度；而本体又具有较高的导热系数，它的快速传热作用使长水口内壁与外壁之间的温差较快地得到缓解，从而有效降低了热应力的短期集聚，以防止其发生开裂。研究表明，当长水口本体材料、钢水浇注条件及隔热内衬的厚度一定时，为降低长水口所受热应力，其隔热内衬应具有较低的热膨胀系数、导热系数和弹性模量。隔热内衬的热膨胀系数主要与其材质有关；导热系数和弹性模量则与其材质及微观结构有关。当隔热内衬的材质一定时，增加其中气孔量是降低其导热系数和弹性模量的有效方法。

在隔热内衬中引入更多的气孔，一种方法是在内衬材料中掺加氧化铝或氧化锆空心球，但由于空心球的强度很低，在长水口成型时易被压碎而起不到应有的效果。另一种方法是在内衬材料中掺加适量石墨，待长水口烧成后，再向其内孔中通入空气，对内衬进行氧化脱碳处理。虽然该方法的效果较好，但其工艺过程较为繁琐且不易控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种免预热复合结构长水口内衬材料，能够使其具有较高的气孔率，较低的热膨胀系数和导热系数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种免预热复合结构长水口内衬材料，其特征在于：其配料组成为：刚玉20-50wt%、电熔锆莫来石10-50wt%、熔融石英15-40wt%、轻烧氧化铝5-20wt%和氧化锌5-15wt%；外加内衬材料总重量的5-10%的酚醛树脂作为结合剂。

所述氧化锌中的杂质含量不大于5 wt %。

所述氧化锌的平均粒度不大于5μm。

本发明带来的有益效果为：

本发明的一种免预热复合结构长水口内衬材料中所掺加氧化锌的作用如下：

① ZnO与内衬中酚醛树脂残留的碳在1000℃以上发生氧化还原反应，生成金属Zn并释放出CO₂，从而形成气孔；

2ZnO + C = 2Zn + CO₂↑

② 金属Zn的沸点为906℃，且蒸气压较高，因而Zn蒸气的挥发也会形成气孔。此过程所产生的气体经收集、冷凝后可回收金属锌；

③ 在内衬材料的烧制过程中，ZnO还起到一定的助烧作用。

通过上述作用，内衬材料中高导热率的残碳量降低，但气孔量增加，可有效降低内衬材料的导热系数和弹性模量。

该内衬材料不含碳，但含有大量均匀分布的微气孔，因而具有比普通的A1₂O₃-C材料低得多的热导率。该无碳内衬材料起到了一个热阻断的作用，可有效降低长水口本体在钢水开始浇注时所受到的热应力；不含碳的内衬材料又经热处理和使用过程中的原位反应烧结，能够较好地抵抗钢液的冲刷和蚀损。

该内衬材料的主体原料为刚玉、中等热膨胀率的电熔锆莫来石和低热膨胀率的熔融石英。通过调整配比，可得到与本体铝碳材料相匹配的热膨胀率，从而使内外复合材料在热处理和使用过程中能够很好的结合。

该内衬材料具有较低的热膨胀率和弹性模量，因而其自身热膨胀所产生的热应力对长水口本体影响较小。此外，因该内衬材料与本体材料在力学性能上存在差异，所以它们之间的界面还能起到抑制裂纹扩展的作用。

附图说明

附图1 为本发明免预热复合结构长水口的示意图。

附图标记：1、本体，2、内衬。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种免预热复合结构长水口内衬材料，其配料组成为：刚玉20-50wt%、电熔锆莫来石10-50wt%、熔融石英15-40wt%、轻烧氧化铝5-20wt%和氧化锌5-15wt%；外加内衬材料总重量的5-10%的酚醛树脂作为结合剂。

所述氧化锌中的杂质含量不大于5 wt %。

所述氧化锌的平均粒度不大于5μm。

实施例1

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉20wt%；电熔锆莫来石38wt%；熔融石英24wt%；轻烧氧化铝12wt%；氧化锌6wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的8%。

实施例2

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉20wt%；电熔锆莫来石37wt%；熔融石英24wt%；轻烧氧化铝11wt%；氧化锌8wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的8%。

实施例3

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉20wt%；电熔锆莫来石35wt%；熔融石英24wt%；轻烧氧化铝11wt%；氧化锌10wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的8%。

实施例4

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉50wt%；电熔锆莫来石10wt%；熔融石英20wt%；轻烧氧化铝5wt%；氧化锌15wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的5%。

实施例5

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉20wt%；电熔锆莫来石50wt%；熔融石英15wt%；轻烧氧化铝8wt%；氧化锌7wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的10%。

实施例6

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉23wt%；电熔锆莫来石12wt%；熔融石英40wt%；轻烧氧化铝20%；氧化锌5wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的7%。

实施例7

一种复合结构长水口内衬材料的配料为电熔白刚玉25wt%；电熔锆莫来石40wt%；熔融石英15wt%；轻烧氧化铝10%；氧化锌10wt%；结合剂采用酚醛树脂，其加入量为内衬材料总重量的7%。

为检验本发明长水口内衬材料的性能及其与本体材料的结合情况，制备不加氧化锌的对比试样，以及试样1-试样7。试样1-试样7内衬材料的配料组成分别如实施例1-实施例7，对比试样内衬材料的配料为电熔锆莫来石40wt%；电熔白刚玉22wt%；熔融石英25wt%；轻烧氧化铝13%；结合剂酚醛树脂加入量为内衬材料总重量的8%。所采用本体材料的配料均为电熔白钢玉52wt%；轻烧氧化铝15wt%；鳞片石墨27wt%；碳化硅粉5wt%；碳化硼1wt%；结合剂酚醛树脂为配料总重量的9%。

将上述各内衬材料和本体材料分别在混练机中混合均匀，并于60℃烘干24h。将上述各试样在150MPa压力下压制，先压制一层本体材料层，再在本体材料层的上部压制一层内衬材料层，最后制备成为直径为25mm、高度为35mm的圆柱体，其中上部内衬材料厚约5mm，下部本体材料厚约30mm。同时，将各试样的内衬材料以同样的压力单独成型。成型后的各试样于120℃干燥24h后，在氮气氛下于1100℃热处理3h。

分别测定对比试样，以及试样1-试样7内衬材料的显气孔率、热膨胀系数和残碳含量，同时观察各试样内衬与本体的结合情况，结果见表1所示。

表1 各试样内衬材料的性能及其与本体材料的结合情况

编   号	显气孔率（%）	热膨胀系数（×106 / K-1）	残碳含量（wt%）	内衬与本体的结合情况
					对比试样	21.3	4.6	3.1	良好
试样1	24.5	4.6	1.9	良好
					试样2	26.2	4.5	1.2	良好
试样3	28.1	4.5	1.0	良好
					试样4	24.3	4.8	0.5	良好
试样5	27.8	4.7	1.1	良好
					试样6	25.7	4.5	1.3	良好
试样7	27.6	4.7	1.3	良好

根据表1所示结果可知，所有试样的内衬与本体的结合情况良好，各内衬材料的热膨胀系数也相差不大。但与对比试样相比，试样1-试样7具有较大的显气孔率和较低的残碳含量，因而应具有更低的导热系数。

本发明的一种免预热复合结构长水口内衬材料，不局限于实施例所表述的范围。

Claims (3)

1.一种免预热复合结构长水口内衬材料，其特征在于：其配料组成为：刚玉20-50wt%、电熔锆莫来石10-50wt%、熔融石英15-40wt%、轻烧氧化铝5-20wt%和氧化锌5-15wt%；外加内衬材料总重量的5-10%的酚醛树脂作为结合剂。

2.如权利要求1所述的一种免预热复合结构长水口内衬材料，其特征在于：所述氧化锌中的杂质含量不大于5 wt %。

3.如权利要求1所述的一种免预热复合结构长水口内衬材料，其特征在于：所述氧化锌的平均粒度不大于5μm。