CN103570370B - 薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料及制备方法，热压陶瓷耐火材料的原料按质量百分比包括：55～96%的氮化物和4～45%的填充料，其中：所述填充料为氧化物、氧氮化物、碳氮化合物和硼化物中任意一种或几种。该方法首先将氮化物和填充料混合，然后与体积分数为70～100%乙醇、丙酮或蒸馏水按重量比1︰1～5混合，再加入陶瓷球磨子，球磨6～40h得到混合粉料；干燥后的粉料要碾碎，造粒过筛得到球粒，备用；将球粒热压烧结，得到毛坯，然后切割、研磨得到热压陶瓷耐火材料产品。本发明将解决钢薄带连铸生产中侧封板材料的使用寿命短、可靠性差的关键技术问题，以满足钢薄带连铸的高效、连续、稳定生产，推动钢薄带连铸新工艺的广泛应用和推广。

Description

薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷耐火材料，具体地说涉及一种与熔融金属或钢液直接接触的高强度抗热冲击抗磨损的陶瓷耐火材料，更具体地说涉及一种钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料及制备方法。

背景技术

钢薄带连铸是冶金领域内的一项前沿技术，它从根本上改变了钢铁工业中传统的薄型钢材的生产过程，以其低能耗、短流程、高铸速、低成本的特点顺应了当今钢铁行业发展的趋势，受到世界钢铁企业的广泛关注。提供能满足薄带连铸工艺要求、性能可靠的侧封板耐火材料是实现这一先进技术的重要关键之一。

钢薄带连铸侧封板的耐火材料必须具有优异的高温强度、优良的抗热震性能、抗钢水侵蚀性能、低的热导率、良好的绝热性、良好的耐磨性能及良好的机械加工性能。目前国内生产侧封板产品存在高温强度低、容易磨损、热膨胀率高、热导率高等缺点。国际上商品化的侧封板主要是由ESK公司供应的BN-ZrO₂-SiC系统的复合陶瓷，但BN-ZrO₂-SiC复合陶瓷的热导率较高，容易导致侧封板有冷块，影响薄带边缘质量。上述材料的热膨胀系数也较大，影响了侧封板的抗热震性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供了一种钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料及制备方法。该陶瓷耐火材料具有较低的热膨胀系数，使材料有更好的抗热震性；具有较低的热导率，使材料有更好的绝热性，同时具有优异的机械性能和抗钢水侵蚀性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料，该耐火材料中各组份的质量百分比为：55～96%的氮化物和4～45%的填充料，其中：所述填充料为氧化物、氧氮化物、碳氮化合物和硼化物中任意一种或几种的组合。

进一步地，该耐火材料中各组份的质量百分比为：60～85%的氮化物和15～40%的填充料。

再进一步地，所述氮化物为氮化硼、氮化铝、氮化硅和氮化钛中任意一种或几种的组合。

再进一步地，所述氧化物为氧化硼、氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化钐、氧化镝、氧化镱、氧化钇、氧化锆、氧化铪、氧化铬、莫来石、镁铝尖晶石和稀土-铝石榴石中任意一种或几种的组合。

再进一步地，所述氧氮化物为Si₂ON₂、AlON、Sialon和Mgalon中任意一种或几种的组合。

再进一步地，所述碳氮化合物为Ti₂Al(C,N)、Cr₂Al(C,N)、Zr₂In(C,N)、Hf₂In(C,N)、Ti₃Al(C,N)₂、Ti₃Si(C,N)₂、Ti₄Al(C,N)₃、V₄Al(C,N)₃中任意一种或几种的组合。

再进一步地，所述硼化物可为ZrB₂、HfB₂、CrB₂、AlB2和TiB₂中任意一种或几种的组合。

再进一步地，该耐火材料中各组份的质量百分比为：47%的氮化硼、42%的氮化硅、1%的氧化铝、4%的氧化钇和6%的AlON。

再进一步地，所述陶瓷耐火材料的粒径为0.1～30μm。

本发明还提供了一种钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量百分比称取氮化物和填充料；

2）将氮化物和填充料混合，然后与体积分数为70～100%乙醇或丙酮或蒸馏水按重量比1︰1～5混合，再加入陶瓷球磨子，球磨6～40h得到混合粉料；

3）将混合粉料置于80～140℃条件下干燥10～30小时，干燥后的粉料要碾碎，造粒过筛得到球粒，备用，其中球粒的粒径为1～20μm；

4）将球粒置于温度为1500～2000℃、压力为10～100MPa、在真空或氮气或氩气条件下热压烧结，得到毛坯，然后切割、研磨得到热压陶瓷耐火材料产品。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的热压陶瓷耐火材料制备的钢薄带连铸用陶瓷侧封板具有优良的抗钢水侵蚀能力，更高的高温强度，更好的耐磨性；较小的热膨胀系数，即更好的抗热震性能；较小的热导系数，即更好的绝热性，能有效地减少薄带边缘的毛刺、冷块和缺损等，提高薄带钢材的质量。

2、本发明将解决钢薄带连铸生产中侧封板材料的使用寿命短、可靠性差的关键技术问题，以满足钢薄带连铸的高效、连续、稳定生产，推动钢薄带连铸新工艺的广泛应用和推广。

3、本发明的原料中，氮化硼具有低的热膨胀，使它具有优良抗热震性能，氮化硼具有良好的化学惰性，并不被大多数金属所润湿，而且容易机械加工，成为侧封板基质的优选材质。但是氮化硼硬度太低，热导率太高，机械强度有待提高，为克服其上述缺点，引入一定数量的其它氮化物（氮化铝、氮化硅和氮化钛），同时为了进一步提高侧封板的抗钢液的侵蚀能力。

4、本发明制备的热压陶瓷耐火材料在钢薄带连铸工作条件下具有优良的抗氧化性能和抗钢水侵蚀性能，常温抗弯强度为250～350MPa（国外样品为100～170MPa），20～1000℃热膨胀系数为1.8～3.1×10^-6/K（国外样品为3.4～5.2×10^-6/K），室温下热导为12～22W/mK（国外样品为34～40W/mK），均优于国外进口样品，本发明的热压陶瓷耐火材料在1400℃条件下热导仅为5.5W/mK，说明本发明的样品在高温下具有很好的绝热性。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

表1：实施例1～14中热压陶瓷耐火材料的配方

上述实施例1～14中的钢薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量百分比称取氮化物和填充料；

2）将氮化物和填充料混合，然后与体积分数为70～100%乙醇或丙酮或蒸馏水按重量比1︰1～5混合，再加入陶瓷球磨子，球磨6～40h得到混合粉料；

3）将混合粉料置于80～140℃条件下干燥10～30小时，干燥后的粉料要碾碎，造粒过筛得到球粒，备用其中球粒的粒径为1～20μm；

4）将球粒置于温度为1500～2000℃、压力为10～100MPa、真空或氮气或氩气条件下热压烧结，得到毛坯，然后切割、研磨得到热压陶瓷耐火材料产品。

对照例

按照接近ESK的BN-ZrO2-SiC体系组成配制对照样，热压烧成，烧成温度1600～2000℃，热压压力为20～100MPa，烧成时间为4～18h，样品达92%理论密度。

其制备步骤同上。

本发明的实施例中产品的性能和国外进口样品及对照例的性能比较如下表2：

表2性能对比

从上表可以看出对照例和国外进口样品性能非常接近，说明我们的对照例在很大程度上能代表国外进口样品。上表的数据表明本发明中的实施例1、3、7、10产品的抗弯强度为进口样品的2倍以上，20～1000℃的热膨胀系数约为进口产品的75%，室温热导系数约为进口产品的50%。上述结果告诉我们：本发明的产品比进口产品更符合薄带连铸工艺对侧封板的严格技术要求，能承受更高的机械载荷，有更好的绝热性，更好的抗热震性能。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料，该耐火材料中各组份的质量百分比为：47％的氮化硼、42％的氮化硅、1％的氧化铝、4％的氧化钇和6％的AlON；其中，所述耐火材料的粒径为0.1～30μm，其特征在于：所述耐火材料由下述方法制备而成，包括以下步骤：

1)按质量百分比称取氮化物和填充料；

2)将氮化物和填充料混合，然后与体积分数为70～100％乙醇或丙酮或蒸馏水按重量比1︰1～5混合，再加入陶瓷球磨子，球磨6～40h得到混合粉料；

3)将混合粉料置于80～140℃条件下干燥10～30h，干燥后的粉料要碾碎，造粒过筛得到球粒，备用，其中球粒的粒径为1～20μm；

4)将球粒置于温度为1500～2000℃、压力为10～100MPa、真空或氮气或氩气条件下热压烧结，得到毛坯，然后切割、研磨得到热压陶瓷耐火材料产品。

2.一种权利要求1所述薄带连铸侧封板的热压陶瓷耐火材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按质量百分比称取氮化物和填充料；

2)将氮化物和填充料混合，然后与体积分数为70～100％乙醇或丙酮或蒸馏水按重量比1︰1～5混合，再加入陶瓷球磨子，球磨6～40h得到混合粉料；

3)将混合粉料置于80～140℃条件下干燥10～30h，干燥后的粉料要碾碎，造粒过筛得到球粒，备用，其中球粒的粒径为1～20μm；

4)将球粒置于温度为1500～2000℃、压力为10～100MPa、真空或氮气或氩气条件下热压烧结，得到毛坯，然后切割、研磨得到热压陶瓷耐火材料产品。