CN103880453A

CN103880453A - 连铸功能水口用材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103880453A
Application number: CN201410123989.5A
Authority: CN
Inventors: 杭文明; 沈聪
Original assignee: WUXI NANFANG REFRACTORY CO Ltd
Current assignee: WUXI NANFANG REFRACTORY CO Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN103880453B

Abstract

本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域，公开了一种连铸功能水口用材料及其制备方法，一种连铸功能水口用材料，它的原料包含以下组分：电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为：电熔刚玉35%～45%，刚玉空心球30%～40%，熔融石英5%～15%，微粉3%～15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%～10%。本发明材料是一种保温性、低热导、抗热震、抗熔损、防堵塞、低碳化的材料，具备低热导性、优异的抗热震性、抗侵蚀性、防堵塞性、低碳化的优点。

Description

连铸功能水口用材料及其制备方法

技术领域

本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域，涉及一种连铸功能水口用材料及其制备方法，尤其涉及一种复合于连铸功能水口内腔的低热导、抗热震材料及其制备方法。

背景技术

在连铸工艺中，连铸功能水口一般需要用到铝（锆）炭质长水口、浸入式水口等功能耐火材料。连铸功能水口是将钢包、中间包、结晶器三者连接的关键性耐火制品，是连铸工艺当中钢水的“通道”，起着至关重要及无可替代的作用，其作用是：防止钢水二次氧化；控制钢水的流动状态和注入速度；促进夹杂物上浮，防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中。传统的连铸功能水口不管是本体还是渣线，由于石墨含量达12%～30%，其热导率较高，当钢水在水口内流动时，将产生冷钢或造成热损失，甚至为此开发的无碳内衬材料虽然无鳞片石墨，但仍无法达到理想的保温效果。传统的连铸功能水口本体材料碳含量18%～30%，Al₂O₃含量40%～60%，而渣线材料碳含量12～25%，不管是被钢水氧化还是侵蚀，均会产生熔损。

而随着钢铁冶金行业不断地技术革新，钢铁企业对功能水口的要求越来越高，从传统的使用寿命开始转入更高的品质要求，包括抗熔损、抗热震、保温性、低碳化、防堵塞等。这就要求它具有良好的热学性能、抗侵蚀性能和力学性能，这些要求都比普通的连铸功能水口要高。

发明内容

本发明的目的是采用热稳定性（包括热震和化学稳定性）优异和低热导的矿物原料作为骨料，取消天然鳞片石墨，通过树脂结合剂造粒、干燥工艺，提供一种低热导、抗熔损、抗热震、低碳化、防堵塞的材料，复合于连铸功能水口内腔，通过降低水口热导率，提高钢水在浇铸过程中的保温性。

为实现上述发明目的，采用的技术方案是：

一种连铸功能水口用材料，它的原料包含以下组分：电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为：电熔刚玉35%～45%，刚玉空心球30%～40%，熔融石英5%～15%，微粉3%～15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%～10%。

所述的结合剂为热塑和热固混合型酚醛树脂，所述的热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1：8.5。

所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合。

所述的电熔刚玉Al₂O₃含量≥99.0%，刚玉空心球Al₂O₃含量≥98.0%，熔融石英SiO₂含量≥99.0%，结合剂的固定碳含量40～60%。

所述的组分的颗粒级配：电熔刚玉0.5mm～0.1mm，刚玉空心球0.5mm～0.2mm，熔融石英0.5mm～0.1mm，微粉≤0.074mm。

所述的刚玉空心球堆积密度为0.9～1.0g/cm³。

本发明还提供了一种连铸功能水口用材料的制备方法，包括以下步骤：

按配方将35%～45%电熔刚玉、30%～40%刚玉空心球、5%～15%熔融石英、3%～15%微粉配比，外加占上述组分总重量的5%～10%的结合剂，进行造粒；干燥至泥料中挥发分为1.0%～1.5%；将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，等静压成型得到湿坯；上述湿坯在175～185℃下固化34～38小时，在1050～1150℃下烧成22～26小时，得到成品。

所述的成型压力优选为100～120MPa，最优选为120MPa。

所述的固化温度优选为180℃，固化时间优选为36小时；所述的烧成温度优选为

1100℃，烧成时间优选为24小时。

挥发分主要是酚醛树脂结合剂在170℃下挥发出的水、苯酚、甲醛类气体，还包括二氧化碳等微量气体。

本发明的技术关键是：材料低热导要求减少甚至取消鳞片石墨，这样就会造成材料的抗热震性能降低，所用的基质骨料必须具备优异的热稳定性（包括热震和化学稳定性）。

各组分原料在该发明材料中的功能与作用：

电熔刚玉具备较好的高温化学稳定性，在本发明材料中起到抗侵蚀作用；刚玉空心球具备极低的热导率，是本发明材料中起到保温作用的关键原料，同时其良好的热体积稳定性，很好的保证了材料的抗热震性能；熔融石英是作为刚玉的补充，其热膨胀系数较刚玉更低，同样保证了热震稳定性；微粉中膨润土具备粘结性能够提高材料的成型塑性，同时其矿物相中低熔物较多，在使用过程中能够产生少量液相，密闭气孔，防止钢液浸润到耐材材料中；金属硅和炭黑能够产生部分β-SiC，用以增加本发明材料制品的结合强度；结合剂采用热塑和热固混合型酚醛树脂是为了增加本发明材料成型塑性。

本发明的有益效果：

相比较传统材料，本发明材料是一种保温性、低热导、抗热震、抗熔损、防堵塞、低碳化的材料。

1、具备低热导性，本发明在基质骨料中添加特殊的刚玉空心球，该类刚玉内部具备较大的密闭气孔，大大降低了材质的热导率。

2、具备优异的抗热震性，鳞片石墨的取消将造成材料的抗热震性能变差，而引入的熔融石英属于硅氧四面体结构，拥有较低的热膨胀系数，特别是刚玉空心球由于内部存在密闭气孔，具有传统刚玉无法比拟的热态稳定性。

3、抗侵蚀性，本发明材料中，碳含量（结合碳，非鳞片石墨）≤4%，Al₂O₃≥74%，不怕被氧化，同时Al₂O₃含量大幅提高，将有效提高抗侵蚀性。

4、防堵塞性，本发明材料良好的保温性可防止水口内腔因热损失而结冷钢，也能减缓堵塞物在内壁的析出；材料中无碳，虽然含有少量石英，但是氧化气体SiO不会大量产生，钢液中的Al、Ti等不会被氧化，堵塞物也不易产生。

5、低碳化趋式，本发明材料采用了抗热震性优异的刚玉空心球，取消鳞片石墨后仍能稳定使用，这样水口内腔与钢水接触部分不会将碳带入到钢水中，在对碳敏感的特殊钢连铸中降低水口对钢材成分（如不锈钢、超低碳深冲钢）的污染。

具体实施方式

按照重量百分比，称取Al₂O₃含量≥99.0%的电熔刚玉、Al₂O₃含量≥98.0%的刚玉空心球、SiO₂含量≥99.0%的熔融石英、微粉、结合剂，所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合，所述的结合剂为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1：8.5的热塑和热固混合型酚醛树脂，固定碳含量40～60%。分别按照表1中的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5中的配方进行混合，在倾斜式高速造粒机内进行造粒；干燥使泥料中挥发分为1.0%～1.5%；将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，冷等静压机成型压力120MPa下成型得到湿坯；上述湿坯在180℃下固化36小时，在1100℃下烧成，烧成时间为24小时，得到成品。

表1：本发明材料的5个实施例配方中各组分的用量

对比例：按表2配方称取电熔刚玉、石墨、熔融石英、金属硅、结合剂，所述的结合剂为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1：8.5的热塑和热固混合型酚醛树脂，固定碳含量40～60%；在倾斜式高速造粒机内进行造粒；70℃干燥至泥料中挥发分为1.0%～1.5%；将上述泥料复合在连铸功能水口内腔，成型压力120MPa下等静压成型得到湿坯；上述湿坯在180℃下固化36小时，在1100℃下烧成，烧成时间为24小时，得到成品。

表2：对比例材料中各组分的用量

组分原料名称	颗粒级配或规格	wt%
			电熔刚玉	0.5～0.1mm	42
电熔刚玉	0.075mm	15
			石墨	-198	27
熔融石英	0.5～0.1mm	6
			金属硅	-220目	10
结合剂	—	9.5

表3：表1中5个实施例配方所制得的产品和对比例的理化测试数据

使用结果：本发明材料在宝钢、首钢和天津钢厂等国内多家钢厂使用。宝钢高氧搪瓷钢连铸时采用内腔复合有本发明材料连铸功能水口，能够稳定连续浇铸4炉（普通水口浇铸1炉）；首钢京唐钢厂板坯连铸超低碳汽车板采用内腔复合有本发明材料快换功能水口（稳定使用6炉，水口内腔不扩孔）；天津钢厂圆坯连铸16炉，且中间多次“二次开浇”，水口不堵塞。

在对比使用过程中，浸入式水口使用过程中，本发明材料和原材料保温性对比：本发明材料水口表面呈暗红色，采用测温枪测温，水口表面温度700～750摄氏度，老材料水口表面温度850～1050摄氏度（钢水温度1530～1550摄氏度）。

从实际使用对比中，相比较传统材料，本发明材料体现了保温性、抗热震性、抗侵蚀性和防堵塞性多方面的优势。

Claims

1.一种连铸功能水口用材料，其特征在于所述连铸功能水口用材料的原料包含以下组分：电熔刚玉、刚玉空心球、熔融石英、微粉、结合剂；其中各组分的重量百分比为：电熔刚玉35%～45%，刚玉空心球30%～40%，熔融石英5%～15%，微粉3%～15%，所述的结合剂占上述组分总重量的5%～10%。

2.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的结合剂为热塑和热固混合型酚醛树脂，所述的热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的比例为1：8.5。

3.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的微粉为膨润土、金属硅、炭黑中一种或两种以上组合。

4.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的电熔刚玉Al₂O₃含量≥99.0%，刚玉空心球Al₂O₃含量≥98.0%，熔融石英SiO₂含量≥99.0%，结合剂的固定碳含量40～60%。

5.根据权利要求1所述的连铸功能水口用材料，其特征在于所述的组分的颗粒级配：电熔刚玉0.5mm～0.1mm，刚玉空心球0.5mm～0.2mm，熔融石英0.5mm～0.1mm，微粉≤0.074mm。

6.权利要求1所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的成型压力为100～120MPa。

8.根据权利要求7所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的成型压力为120MPa。

9.根据权利要求6所述的连铸功能水口用材料的制备方法，其特征在于所述的固化温度为180℃，固化时间为36小时；所述的烧成温度为1100℃，烧成时间为24小时。