CN111531160B - 一种连铸用抗蚀长水口的制造方法 - Google Patents

一种连铸用抗蚀长水口的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：将电熔刚玉、板状刚玉、镁尖晶石、鳞片状石墨、改性氮化硼纤维、改性氧氦化硅在球磨机中混合得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再加入无水乙醇进行混合然后烘干后备用；将预处理后的原材料利用激光3D打印设备制备成所需要的的长水口胚模；将所得长水口胚模置于微波干燥窑内进行干燥得到长水口毛坯；将所得长水口毛坯置于烧成窑炉内进行烧成得到长水口；本发明所制备的长水口致密性较佳，具备较高的耐冲刷性能，且其具备较佳的抗蚀性能。

Description

一种连铸用抗蚀长水口的制造方法
技术领域
本发明涉及连铸功能耐火材料制造技术领域，具体涉及一种连铸用抗蚀长水口的制造方法。
背景技术
连铸功能用耐火材料是随钢铁冶炼工业连铸技术的发展而开发起来的一类特种耐火材料。长水口、整体塞棒、浸入式水口作为连铸功能用的三种关键耐火材料是保证连铸工艺得以正常运行的重要前提条件之一。随着连铸技术的不断发展、成熟，对功能耐火材料的使用寿命和功能提出了更高的要求。连铸用功能耐火材料使用条件苛刻，不仅经受钢水热冲击，还要经受熔渣、熔钢的动态侵蚀。因而，连铸用功能耐火材料需具有高的抗热震性、抗剥落性和抗侵蚀性以保证冶金过程中的安全可靠性。
连铸用长水口又称为保护套管，是连接钢包与中间包的重要组成部分，上接钢包下方与滑动水口装置的下水口相连，下端伸入中间包。其主要作用是导流，防止钢流飞溅和中间包渣的卷入保护钢水在浇铸时不受二次氧化，改善钢水质量；减少钢中氧化物产物在水口内壁沉积，延长使用寿命。
因此，连铸用长水口的性能以及其使用情况直接影响整个连铸工艺能否正常进行。而随着现代连铸技术的发展，常规的长水口已经难以适应连铸技术的发展；具体如：随着连铸技术中铸坯拉速的提高而直接导致了单位时间内通过长水口的钢量，从而进一步增大了钢水对长水口内部造成的冲刷，导致长水口扩孔造成的损坏。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种连铸用抗蚀长水口的制造方法；本发明方法所制备的长水口致密性较佳，具备较高的耐冲刷性能，且其具备较佳的抗蚀性能。
本发明的技术方案为：一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将35～45份电熔刚玉、20～25份板状刚玉、15～18份镁尖晶石、13～15份鳞片状石墨、5～15份改性氮化硼纤维、3～12份改性氧氦化硅在球磨机中混合1～1.5h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的3～5％的无水乙醇，混合3～5h后取出，然后在120～150℃的条件下烘干后备用；
2)制备胚模：将预处理后的原材料利用激光3D打印设备制备成所需要的的长水口胚模；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在85～100℃的条件下干燥1.5～2d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1050～1300℃的条件下烧成12～15h制备得到长水口。
进一步地，步骤1)所述改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1350～1600℃的环境下热化处理30～45min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为35～50℃、功率为450～550W的条件下微波处理2～3min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比3～5:2～3:2～3:0.3进行混合得到；所采用的改性氮化硼纤维兼备多种优良性能，能够有效地改善所制备长水口的耐蚀性能。
进一步地，步骤1)所述改性氧氦化硅的制备方法为：以改性SiO2与Si3N4为原料，并加入烧结助剂，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1650～1800℃高温下保温3～4h得到改性氧氦化硅；所采用的改性氧氦化硅能够使得所制备长水口具备较高的抗氧化性以及较佳的高温强度，并且其兼具优良的抗热震性能，能够有效地满足连铸时熔融金属液的通过在高温条件下所带来的震能。
更进一步地，改性SiO2与Si3N4按照13～17：5～8的质量比混合；所述烧结助剂为尖晶石，且尖晶石的投加量与改性SiO2、Si3N4混合后总量的质量比为1：3×103～8×103；制备所得的改性氧氦化硅具备高密度的堆积错位，较好的晶粒发育，呈板桥装状态。
更进一步地，所述改性SiO2的制备方法为：将SiO2按照3～5g：10ml的比例置于氨丁三醇中，在室温条件下超声处理12～15min，再加入与SiO2质量比为1:50～80的聚丙烯酰胺，在室温下搅拌5～8min后升温至50～60℃搅拌15～20min；然后在8000～10000r/min的转速下离心处理，取沉淀物；然后对沉淀物进行2～3次的去离子水洗涤后，自然干燥，得到改性后的SiO2。
进一步地，所述步骤2)的具体步骤为：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为8～10mm，切片厚度为50～65μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模。
更进一步地，所述打印参数具体为：激光功率为300～1500W，波长为355nm，扫描速度为0.3～0.5m/min，扫描间距为85～100μm。
进一步地，所述步骤4)所得长水口还经过后期处理；具体为：按照质量分数将25～30％的金属铬粉末、15～20％的碳化钨合金粉末、5～10％的铝硅合金粉末、5～10％的碳化铁粉末，余量的金属铁粉末混合后得到混合金粉末；然后利用超音速喷涂技术将混合金粉末均匀地喷涂在长水口表面，形成厚度为100～150μm的抗蚀层；所形成的抗蚀涂层整体结构致密，具备较低的孔隙率，能够有效地增强长水口的抗蚀性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所制备的长水口致密性较佳，具备较高的耐冲刷性能，且其具备较佳的抗蚀性能；所采用的改性氮化硼纤维兼备多种优良性能，能够有效地改善所制备长水口的耐蚀性能；并且搭配改性氧氦化硅能够使得所制备长水口具备较高的抗氧化性以及较佳的高温强度；并且，改性氮化硼纤维能够通过与各原料之间形成组合材料的形式将原料之间进行更紧密的连接，使得原料之间稳定性更佳。
具体实施方式
实施例1：一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将35份电熔刚玉、20份板状刚玉、15份镁尖晶石、13份鳞片状石墨、5份改性氮化硼纤维、3份改性氧氦化硅在球磨机中混合1h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的3％的无水乙醇，混合3h后取出，然后在120℃的条件下烘干后备用；改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1350℃的环境下热化处理30min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为35℃、功率为450W的条件下微波处理3min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比3:2:2:0.3进行混合得到；改性氧氦化硅的制备方法为：将改性SiO2与Si3N4按照13：5的质量比混合，并加入与改性SiO2、Si3N4混合后总量的质量比为1：3×103的尖晶石，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1650℃高温下保温3h得到改性氧氦化硅；
2)制备胚模：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为8mm，切片厚度为50μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模；其中，打印参数具体为：激光功率为300W，波长为355nm，扫描速度为0.3m/min，扫描间距为85μm；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在85℃的条件下干燥1.5d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1050～℃的条件下烧成12h制备得到长水口。
实施例2：一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将40份电熔刚玉、23份板状刚玉、17份镁尖晶石、14份鳞片状石墨、12份改性氮化硼纤维、8份改性氧氦化硅在球磨机中混合1.5h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的4％的无水乙醇，混合4h后取出，然后在135℃的条件下烘干后备用；改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1500℃的环境下热化处理35min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为40℃、功率为500W的条件下微波处理2.5min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比4:2.5:2.2:0.3进行混合得到；改性氧氦化硅的制备方法为：将改性SiO2与Si3N4按照15：6的质量比混合，并加入与改性SiO2、Si3N4混合后总量的质量比为1：5×103的尖晶石，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1700℃高温下保温3～4h得到改性氧氦化硅；
2)制备胚模：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为8～10mm，切片厚度为60μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模；其中，打印参数具体为：激光功率为800W，波长为355nm，扫描速度为0.4m/min，扫描间距为90μm；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在90℃的条件下干燥2d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1200℃的条件下烧成14h制备得到长水口。
实施例3：一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将45份电熔刚玉、25份板状刚玉、18份镁尖晶石、15份鳞片状石墨、15份改性氮化硼纤维、12份改性氧氦化硅在球磨机中混合1.5h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的5％的无水乙醇，混合5h后取出，然后在150℃的条件下烘干后备用；改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1600℃的环境下热化处理45min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为50℃、功率为550W的条件下微波处理3min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比5:3:3:0.3进行混合得到；改性氧氦化硅的制备方法为：将改性SiO2与Si3N4按照17：8的质量比混合，并加入与改性SiO2、Si3N4混合后总量的质量比为1：38×103的尖晶石，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1800℃高温下保温4h得到改性氧氦化硅；
2)制备胚模：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为10mm，切片厚度为65μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模；其中，打印参数具体为：激光功率为1500W，波长为355nm，扫描速度为0.5m/min，扫描间距为100μm；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在100℃的条件下干燥2d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1300℃的条件下烧成12～15h制备得到长水口。
实施例4：与实施例1不同的是：改性SiO2的制备方法为：将SiO2按照3g：10ml的比例置于氨丁三醇中，在室温条件下超声处理12min，再加入与SiO2质量比为1:50的聚丙烯酰胺，在室温下搅拌5min后升温至50℃搅拌15min；然后在8000r/min的转速下离心处理，取沉淀物；然后对沉淀物进行2次的去离子水洗涤后，自然干燥，得到改性后的SiO2。
实施例5：与实施例4不同的是：改性SiO2的制备方法为：将SiO2按照2g：5ml的比例置于氨丁三醇中，在室温条件下超声处理13min，再加入与SiO2质量比为1:65的聚丙烯酰胺，在室温下搅拌6min后升温至55℃搅拌18min；然后在9000r/min的转速下离心处理，取沉淀物；然后对沉淀物进行2次的去离子水洗涤后，自然干燥，得到改性后的SiO2。
实施例6：与实施例4不同的是：改性SiO2的制备方法为：将SiO2按照5g：10ml的比例置于氨丁三醇中，在室温条件下超声处理15min，再加入与SiO2质量比为1:80的聚丙烯酰胺，在室温下搅拌8min后升温至60℃搅拌20min；然后在8000～10000r/min的转速下离心处理，取沉淀物；然后对沉淀物进行3次的去离子水洗涤后，自然干燥，得到改性后的SiO2。
实施例7：一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将45份电熔刚玉、25份板状刚玉、18份镁尖晶石、15份鳞片状石墨、15份改性氮化硼纤维、12份改性氧氦化硅在球磨机中混合1.5h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的5％的无水乙醇，混合5h后取出，然后在150℃的条件下烘干后备用；改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1600℃的环境下热化处理45min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为50℃、功率为550W的条件下微波处理3min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比5:3:3:0.3进行混合得到；改性氧氦化硅的制备方法为：将改性SiO2与Si3N4按照15：6的质量比混合，并加入与改性SiO2、Si3N4混合后总量的质量比为1：8×103的尖晶石，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1800℃高温下保温3～4h得到改性氧氦化硅；
2)制备胚模：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为10mm，切片厚度为65μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模；其中，打印参数具体为：激光功率为1500W，波长为355nm，扫描速度为0.5m/min，扫描间距为100μm；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在100℃的条件下干燥2d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1200℃的条件下烧成15h制备得到长水口；
5)后期处理：按照质量分数将25％的金属铬粉末、15％的碳化钨合金粉末、5％的铝硅合金粉末、5％的碳化铁粉末，余量的金属铁粉末混合后得到混合金粉末；然后利用超音速喷涂技术将混合金粉末均匀地喷涂在长水口表面，形成厚度为100μm的抗蚀层。
实施例8：与实施例7不同的是：后期处理的具体步骤为：按照质量分数将28％的金属铬粉末、16％的碳化钨合金粉末、8％的铝硅合金粉末、8％的碳化铁粉末，余量的金属铁粉末混合后得到混合金粉末；然后利用超音速喷涂技术将混合金粉末均匀地喷涂在长水口表面，形成厚度为120μm的抗蚀层。
实施例9：与实施例7不同的是：后期处理的具体步骤为：按照质量分数将30％的金属铬粉末、20％的碳化钨合金粉末、10％的铝硅合金粉末、10％的碳化铁粉末，余量的金属铁粉末混合后得到混合金粉末；然后利用超音速喷涂技术将混合金粉末均匀地喷涂在长水口表面，形成厚度为150μm的抗蚀层。

Claims (1)

1.一种连铸用抗蚀长水口的制造方法，其特征在于，具体包括：
1)原材料的预处理：按照重量份分别将35～45份电熔刚玉、20～25份板状刚玉、15～18份镁尖晶石、13～15份鳞片状石墨、5～15份改性氮化硼纤维、3～12份改性氧氦化硅在球磨机中混合1～1.5h后得到混合粉末；然后将混合粉末放置在混料机中，再向混料机中加入混合粉末总质量的3～5％的无水乙醇，混合3～5h后取出，然后在120～150℃的条件下烘干后备用；
2)制备胚模：将预处理后的原材料利用激光3D打印设备制备成所需要的长水口胚模；具体为：利用ug、solidworks三维设计软件进行建模，然后对3D模型进行加支撑和切片处理，其中，支撑设计厚度为8～10mm，切片厚度为50～65μm；然后设计好打印的路径，并将加支撑和切片处理后的文件储存成.gcode导出备用；然后将文件导入3D打印机中，设定打印参数，在真空环境下进行打印制备得到长水口胚模；其中，打印参数具体为：激光功率为300～1500W，波长为355nm，扫描速度为0.3～0.5m/min，扫描间距为85～100μm；
3)胚模预处理：将步骤2)所得长水口胚模置于微波干燥窑内在85～100℃的条件下干燥1.5～2d，得到长水口毛坯；
4)烧成：将步骤3)所得长水口毛坯置于烧成窑炉内在1050～1300℃的条件下烧成12～15h制备得到长水口，然后经过后期处理后得到抗蚀长水口；所述后期处理具体为：按照质量分数将25～30％的金属铬粉末、15～20％的碳化钨合金粉末、5～10％的铝硅合金粉末、5～10％的碳化铁粉末，余量的金属铁粉末混合后得到混合金粉末；然后利用超音速喷涂技术将混合金粉末均匀地喷涂在长水口表面，形成厚度为100～150μm的抗蚀层；
步骤1)所述改性氮化硼纤维的制备方法为：将氮化硼纤维在惰性气氛、1350～1600℃的环境下热化处理30～45min；然后将热化处理后的氮化硼纤维置于混合处理液中在温度为35～50℃、功率为450～550W的条件下微波处理2～3min；其中，混合处理液是将水分散聚氨酯、三元聚合纳米复合乳液、丙烯酸改性树脂、硅烷偶联剂按照质量比3～5:2～3:2～3:0.3进行混合得到；
步骤1)所述改性氧氦化硅的制备方法为：以改性SiO2与Si3N4为原料，并加入烧结助剂，经球磨混合、成型、干燥后，在流动氮气中于1650～1800℃高温下保温3～4h得到改性氧氦化硅；
所述改性SiO2的制备方法为：将SiO2按照3～5g：10ml的比例置于氨丁三醇中，在室温条件下超声处理12～15min，再加入与SiO2质量比为1:50～80的聚丙烯酰胺，在室温下搅拌5～8min后升温至50～60℃搅拌15～20min；然后在8000～10000r/min的转速下离心处理，取沉淀物；然后对沉淀物进行2～3次的去离子水洗涤后，自然干燥，得到改性后的SiO2。
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