CN108941517B - 一种炉口的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属陶瓷复合材料，包括金属材料及陶瓷材料，金属材料的体积分数为30％‑40％，陶瓷材料的体积分数为60％‑70％，陶瓷材料为ZrO2，金属材料在液体状态下填充陶瓷材料颗粒之间的间隙形成金属陶瓷复合材料。本发明制作的金属陶瓷复合材料利用高温金属液在重力及真空抽吸力的作用下对高温陶瓷颗粒之间的空隙进行了有效的填充，完成了金属与陶瓷的牢固结合，形成了在三维空间体内各自独立存在而又相互连接的复合材料。并且金属陶瓷复合材料具有高熔点、强抗氧化性、强抗侵蚀性，用来制作炉口的唇口，能够提高炉口的使用寿命，能够承受恶劣的工作环境。本发明还涉及上述金属陶瓷复合材料的制备方法。

Description

一种炉口的制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其是涉及一种金属陶瓷复合材料。
背景技术
转炉是现代炼钢作业所用的无可替代的核心设备，其结构就是一个可在轴向(耳轴)作一定角度转动的大容器。在该容器内，铁水、废钢、合金材料、熔剂、氧气等材料在热(高达 1700度以上)的作用下经一系列的工艺技术处理完成冶炼过程而成为合格的金属液体。炉口—即是该容器的“咀巴”，是炉内参与冶炼反应所有物料及工艺装备(如氧枪等)的进出口通道。炉口的工作环境恶劣，受高温炉气、火焰的炽烤，倾炉出渣时受液态熔渣的热辐射和浸淋，有时还承受加料斗的机械碰撞。传统生产技术制作的炉口都是用单一金属材料(铸钢、球墨铸铁、钢板焊接)在360°的圆周上分6段制作。通常情况下炉口往往因局部(唇口部位)产生热疲劳裂纹、烧蚀、掉块、缺损、漏水等原因而终止使用。
发明内容
本发明的发明目的在于：为了克服现有技术的不足，研发一种金属陶瓷复合材料，用于制作炉口内部，提高炉口的熔点、抗氧化性、抗侵蚀性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种金属陶瓷复合材料，包括金属材料及陶瓷材料，所述金属材料的体积分数为30％-40％，所述陶瓷材料的体积分数为60％-70％，所述陶瓷材料为ZrO2，所述金属材料在液体状态下填充所述陶瓷材料颗粒之间的间隙形成所述金属陶瓷复合材料。
进一步地，所述ZrO2的颗粒度为20-30目。
进一步地，所述ZrO2的状态为全稳定。
进一步地，所述陶瓷材料内还含有4.5％-5％的CaO。
进一步地，所述金属材料包含以下元素，所述元素分别为：C、Si、Mn、Cr、Ni。
进一步地，所述元素的质量份数分别为：C：0.08％-0.12％、Si：1.6％-2.2％、Mn：0.8％-1.2％、 Cr：24％-26％、Ni：1.8％-2.2％。
一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：制作模型：先用EPS制作唇口或内层模型，然后用其他材料与EPS围成所需形状的空腔；用水玻璃将ZrO2陶瓷颗粒混匀，并填充至腔室内,吹气体使所述ZrO2陶瓷颗粒硬化；制型壳：分为面料和背料，面料指与混合物直接接触的里层料，背料为在面料外制作用于加固支撑的料，面料要求为：材料200目以上，材料耐火＞1800℃，面料又由骨料和粘贴剂组成；背料50-150目，耐火＞1500℃，由里向外，粒度从小到大，背料中可以添加0.5-5mm的石英沙等作为填充料；壳型用氯化铝水溶液作固化剂，加速固化壳型，壳型与EPS模型之用用之前预留的钉子固定；型壳焙烧；对型壳进行加热确保高温下进行浇筑，以便于金属液的有效填充；抽真空至负压；浇注金属液，所述金属液对所述 ZrO2陶瓷颗粒之间的间隙进行填充。
进一步地，所述水玻璃的质量份数为6％-8％。
进一步地，使所述ZrO2陶瓷颗粒硬化的气体为CO2。
进一步地，所述金属液浇注之前还需对所述金属液进行变质处理，降低所述金属液的表面张力，增加所述金属液与所述陶瓷颗粒的润湿性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)本发明制作的金属陶瓷复合材料利用高温金属液在重力及真空抽吸力的作用下对高温(650℃～750℃)陶瓷颗粒之间的空隙进行了有效的填充。完成了金属与陶瓷的牢固结合，形成了在三维空间体内各自独立存在而又相互连接的复合材料。
(2)本发明金属陶瓷复合材料具有高熔点、强抗氧化性、强抗侵蚀性，用来制作炉口的唇口，能够提高炉口的使用寿命，能够承受恶劣的工作环境。
附图说明
图1为本发明金属陶瓷复合材料制备方法的一流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)用EPS(可发性聚苯乙烯)制作模型，唇口处将被金属陶瓷占据的部位留空，并用合适的材料将留空部位外部轮廓界定出来而形成空腔，还需使留空部位与模型结合处的模样加工成能与将要填充的陶瓷混合料形成牢固结合的结构。
(b)根据冷却的需要在模型适合位置预埋冷却水管；
(c)用6～8％(质量份数)的水玻璃将ZrO2陶瓷颗粒混匀，将陶瓷混合料填充至(a)所述的腔室内，吹CO2气体硬化，硬化后取走(a)中所述的界定轮廓的物料；
(d)把用EPS及陶瓷混合料组成的炉口内体(已安装冷却水管)复合模型作进一步修整后，安放浇、冒口系统，必须提及的是内浇口一定设置在陶瓷混合料近处的EPS模样上；
(e)涂掛用水玻璃作粘结剂，电熔刚玉(240～300目)作骨料制作的涂料；涂掛前将陶瓷模型部位用塑料薄膜遮盖，以防涂料水份的浸渍而使其强度降低。涂料掛涂后干燥2小时用氯化胺(NH4Cl)水溶液固化，面层涂料厚约1～1.5mm。
(f)用水玻璃作粘结剂，240～270目石英粉作骨料，20～30目石英砂作填充料，混制桨料涂掛已完成(e)工序的模样，用高温纤维(称玻璃丝)作增强材料，用氯化铝AlCl.6H2O水溶液作硬化剂制作壳型，经多次涂掛使壳型厚度达25～35mm；
(g)因壳型较重，以便搬运及吊装用铁线及钢筋在壳型外围稳固。放进电阻炉缓慢升温 (50℃～80℃)至800℃保温10小时进行焙烧。
(h)壳型在800℃出炉吊进真空箱填充流态干砂，震实后立即吊至浇铸位置安放浇口杯及接真空管。
(i)抽真空至负压0.06Mpa浇注金属液。直至金属液凝固方可停止抽真空。
(J)金属液用中频感应电炉熔炼。必须提及的是为降低金属液的表面张力，增加金属液与陶瓷颗粒界面的润湿性，用金属表面活性元素—即含有钾、钠元素的材料进行浇注前的变质处理。
(k)必须提及的是，为防止金属陶瓷复合材料开裂开箱不能过早，铸件冷却至200℃以下开箱，清理浇、冒口系统。
从上述工序(i)可知，高温金属液在重力及真空抽吸力的作用下对高温(650℃～750℃) 陶瓷颗粒之间的空隙进行了有效的填充。完成了金属与陶瓷的牢固结合，形成了在三维空间体内各自独立存在而又相互连接的复合材料。
上述金属陶瓷复合材料的制备方法制作出的金属陶瓷复合材料，包括金属材料及陶瓷材料，金属材料的体积分数为30％-40％，陶瓷材料的体积分数为60％-70％，陶瓷材料为ZrO2，金属材料在液体状态下填充陶瓷材料颗粒之间的间隙形成金属陶瓷复合材料。上述ZrO2的颗粒度为20-30目。ZrO2的状态为全稳定。陶瓷材料内还含有4.5％-5％的CaO。金属材料包含以下元素，元素分别为：C、Si、Mn、Cr、Ni。元素的质量份数分别为：C：0.08％-0.12％、Si：1.6％-2.2％、Mn：0.8％-1.2％、Cr：24％-26％、Ni：1.8％-2.2％。
本发明制作的金属陶瓷复合材料利用高温金属液在重力及真空抽吸力的作用下对高温 (650℃～750℃)陶瓷颗粒之间的空隙进行了有效的填充。完成了金属与陶瓷的牢固结合，形成了在三维空间体内各自独立存在而又相互连接的复合材料。本发明金属陶瓷复合材料具有高熔点、强抗氧化性、强抗侵蚀性，用来制作炉口的唇口，能够提高炉口的使用寿命，能够承受恶劣的工作环境。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种炉口的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
金属陶瓷复合材料包括金属材料及陶瓷材料，所述金属材料的体积分数为30%-40%，所述陶瓷材料的体积分数为60%-70%，所述陶瓷材料为ZrO2，所述金属材料在液体状态下填充所述陶瓷材料颗粒之间的间隙形成所述金属陶瓷复合材料,金属材料在液体状态下称为金属液；所述陶瓷材料内还含有4.5%-5%的CaO；金属材料包含以下元素，所述元素的质量份数分别为：C：0.08%-0.12%、Si：1.6%-2.2%、Mn：0.8%-1.2%、Cr：24%-26%、Ni：1.8%-2.2%；
制作模型：先用EPS制作模型，唇口处将被金属陶瓷占据的部位留空，然后用其他材料与EPS围成所需形状的空腔；用水玻璃将陶瓷材料颗粒混匀，并填充至腔室内,吹气体使所述陶瓷材料颗粒硬化，硬化后移除其他材料；
制型壳：分为面料和背料，面料指与混合物直接接触的里层料，背料为在面料外制作用于加固支撑的料，面料要求为：材料200目以上，材料耐火＞1800℃，面料又由骨料和粘贴剂组成；背料50-150目，耐火＞1500℃，由里向外，粒度从小到大，背料中添加0.5-5mm的石英沙作为填充料；壳型用氯化铝水溶液作固化剂，加速固化壳型，壳型与EPS模型之间用之前预留的钉子固定；
型壳焙烧：对型壳进行加热确保高温下进行浇筑，以便于金属液的有效填充；
抽真空至负压：浇注金属液，所述金属液对所述陶瓷材料颗粒之间的间隙进行填充。
2.根据权利要求1所述一种炉口的制备方法，其特征在于：所述ZrO2的颗粒度为20-30目。
3.根据权利要求1所述一种炉口的制备方法，其特征在于：所述ZrO2的状态为全稳定。
4.根据权利要求1所述一种炉口的制备方法，其特征在于：所述水玻璃的质量份数为6%-8%。
5.根据权利要求1所述一种炉口的制备方法，其特征在于：使所述陶瓷颗粒硬化的气体为CO2。
6.根据权利要求1所述一种炉口的制备方法，其特征在于：所述金属液浇注之前还需对所述金属液进行变质处理，降低所述金属液的表面张力，增加所述金属液与所述陶瓷颗粒的润湿性。
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