CN114075080B - 一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫及其制备方法 - Google Patents

一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫，所述陶瓷密封垫的原料配方由外层原料和内层原料组成；其中，所述内层原料包括如下重量份的组分：40‑60份氧化铝、20‑40份镁铝尖晶石、10‑30份氧化镁、5‑30份氧化铝溶胶、5‑10份复合添加剂和1‑5份保湿剂；外层原料为石墨材料。其具有很好的高温使用性能，同时具有很好的强度和塑性变形性能，很好的填充在中间包下水口与浸入式水口之间，达到完全的填充和密封，完全隔绝空气通过该部位进入至钢水。

Description

一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金行业密封材料技术领域，具体涉及一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫及其制备方法。
背景技术
炼钢连铸过程中，连铸中间包和连铸结晶器之间采用浸入式水口对钢水进行保护浇注，为了避免钢水的泄漏，通常会在中间包下水口和连铸结晶器的浸入式水口之间进行密封。目前较为普遍使用的是陶瓷纤维密封垫，其是将陶瓷纤维打浆，通过吸滤法成型的产品。
现有的陶瓷纤维密封垫在实际使用时，由于陶瓷纤维本身的耐火度比较低，而且连铸中间包和连铸结晶器属于长时间使用的浇钢设备，最长连续工作时间可以达到50小时以上，在长时间使用及较高使用温度下，现有的陶瓷纤维密封垫使用温度无法达到浇钢的温度需要，很容易烧蚀导致连接处密封不严，并且容易粘附在水口碗部表面，需要通过烧氧等步骤进行清理，才能保证水口的再次使用；此外，由于精炼过的钢水需要通过浸入式水口进入连铸结晶器进行拉坯，由于钢水流动会产生负压，虽然中间包下水口与浸入式水口的连接处设有陶瓷纤维密封垫，但是由于陶瓷纤维产品具有纤维状结构，具有透气的结构，实验室测试其使用状态下透气性能类似于小型透气砖，在水口连接处只能起到隔离的作用，起不到完全密封的作用，大量的空气通过该部位进入钢水中，使钢水产生二次氧化和增氮等，由于浸入式水口是连铸过程的最后关键环节，无法对进入钢水中的氮、氧进行脱除处理，该部位导致的增氧、增氮对钢材质量的影响非常大，为了确保钢水中的氧和氮的含量满足技术要求，钢厂需要通过在该部位吹氩气来隔绝空气，吹氩会大幅增加成本，增加操作工艺复杂性，还会使中间包钢水紊流增加，增加钢水夹杂等，氩气还会使钢材产生氩疤等缺陷。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫，其具有很好的高温使用性能，使用温度可达到1800℃以上，具有很好的强度和塑性变形性能，很好的填充在中间包下水口与浸入式水口之间，达到完全的填充和密封，完全隔绝空气通过该部位进入至钢水，减少钢材因增氧、增氮产生的质量问题。为此，本发明还提供了上述炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫，所述陶瓷密封垫的原料配方由外层原料和内层原料组成；
其中，所述内层原料包括如下重量份的组分：40-60份氧化铝、20-40份镁铝尖晶石、10-30份氧化镁、5-30份氧化铝溶胶、5-10份复合添加剂和1-5份保湿剂；
所述外层原料包括5-15份石墨。
其中，所述内层原料中的复合添加剂为多种稀土氧化物的混合物。
其中，所述内层原料中的复合添加剂为质量比为1：(3-5)：(3-5)的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物。
其中，所述内层原料中的保湿剂为质量比为1：(2-3)：(2-3)的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物。
本发明的第二方面，提供一种上述炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
其中，步骤S3中，将得到混合物料放置于恒温恒湿环境中进行脱水处理。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中制备出的产品属于致密陶瓷密封材料，产品具有很好的高温使用性能，使用温度可达到1800℃以上，而现有陶瓷密封垫有效使用温度在1200℃左右，产品同时具有很好的强度和塑性变形性能，很好的填充在中间包下水口与浸入式水口之间，并能够在一定压力下通过变形达到最佳的填充效果，经过试验测试，该产品在高温下透气性≤0.1％，在高温下使用时对钢水等起到完全密封的作用，完全隔绝空气通过该部位进入至钢水，减少钢材因增氧、增氮产生的质量问题，提高钢材收得率，此外，该产品不含有对钢材有害的杂质成分，长时间使用过程中局部烧结，不会因烧结而粘附在水口的表面，使用结束后会分解、粉化，很容易清理干净。
具体实施方式
实施例1
炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
外层原料中组分：9kg石墨；
内层原料中组分：54kg氧化铝、27kg镁铝尖晶石、22kg氧化镁、12kg氧化铝溶胶(购自上海新安纳电子科技有限公司)、7kg复合添加剂(质量比为1：4：4的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物)和2kg保湿剂(质量比为1：3：2的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物)；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料，内层原料经搅拌形成具有一定塑性的呈膏状的混合物料，并将混合物料放置于恒温恒湿养护箱中进行脱水处理；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
实施例2
炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
外层原料中组分：5kg石墨；
内层原料中组分：40kg氧化铝、36kg镁铝尖晶石、16kg氧化镁、5kg氧化铝溶胶(购自上海新安纳电子科技有限公司)、5kg复合添加剂(质量比为1：3：4的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物)和4kg保湿剂(质量比为1：2：2的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物)；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料，内层原料经搅拌形成具有一定塑性的呈膏状的混合物料，并将混合物料放置于恒温恒湿养护箱中进行脱水处理；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
实施例3
炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
外层原料中组分：10kg石墨；
内层原料中组分：60kg氧化铝、22kg镁铝尖晶石、30kg氧化镁、23kg氧化铝溶胶(购自上海新安纳电子科技有限公司)、6kg复合添加剂(质量比为1：4：5的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物)和1kg保湿剂(质量比为1：2：3的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物)；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料，内层原料经搅拌形成具有一定塑性的呈膏状的混合物料，并将混合物料放置于恒温恒湿养护箱中进行脱水处理；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
实施例4
炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
外层原料中组分：12kg石墨；
内层原料中组分：48kg氧化铝、40kg镁铝尖晶石、10kg氧化镁、30kg氧化铝溶胶(购自上海新安纳电子科技有限公司)、10kg复合添加剂(质量比为1：3：3的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物)和5kg保湿剂(质量比为1：3：3的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物)；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料，内层原料经搅拌形成具有一定塑性的呈膏状的混合物料，并将混合物料放置于恒温恒湿养护箱中进行脱水处理；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
实施例5
炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
外层原料中组分：15kg石墨；
中内层原料中组分：55kg氧化铝、20kg镁铝尖晶石、28kg氧化镁、21kg氧化铝溶胶(购自上海新安纳电子科技有限公司)、8kg复合添加剂(质量比为1：5：3的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物)和4kg保湿剂(质量比为1：2：3的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物)；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶分别加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料，内层原料经搅拌形成具有一定塑性的呈膏状的混合物料，并将混合物料放置于恒温恒湿养护箱中进行脱水处理；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
对比例1
对比例1为采用现有技术制备出的陶瓷密封垫，其具体制备过程如下：
主要成分：氧化铝：86kg、氧化硅：3kg、氧化锆：11kg，将氧化铝、氧化硅和氧化锆混合均匀，然后向其中加入常用的分散剂、结合剂、悬浮剂，通过吸滤法，在一定形状的模具中吸滤成型，脱模后烘干即得。
将实施例1-5、对比例1制备的陶瓷密封垫进行可塑性变形性、抗撕裂性、耐火性和高温透气性测试，测试结果如表1所示。
可塑性变形性根据QB/T 1322-2010进行检测。
抗撕裂性根据GB/T7985-1987进行检测。
耐火性根据GB/T7322-2007进行检测。
高温透气性根据GB/T 4736-1984进行检测。
表1
Figure BDA0002745551210000051
如表1中的测试结果所示，实施例1至5相对于对比例1制备的陶瓷密封垫，具有很好的高温使用性能，耐火度可达到1800℃以上，而且产品具有很好的强度和塑性变形性能(可塑性指数≥40％)，很好的填充在中间包下水口与浸入式水口之间，并能够在一定压力下通过变形达到最佳的填充效果，产品在高温下透气性≤0.1％，在高温下使用时对钢水等起到完全密封的作用，完全隔绝空气通过该部位进入至钢水，减少钢材因增氧、增氮产生的质量问题，提高钢材收得率。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (3)

1.一种炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫，其特征在于，所述陶瓷密封垫的原料配方由外层原料和内层原料组成；
其中，所述内层原料包括如下重量份的组分：40-60份氧化铝、20-40份镁铝尖晶石、10-30份氧化镁、5-30份氧化铝溶胶、5-10份复合添加剂和1-5份保湿剂；
外层原料为石墨材料；
所述内层原料中的复合添加剂为质量比为1：（3-5）：（3-5）的氧化钇、氧化铈和氧化镧的混合物；
所述内层原料中的保湿剂为质量比为1：（2-3）：（2-3）的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠的混合物。
2.一种如权利要求1所述的炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照相应的原料配方分别称取外层原料和内层原料中各组分；
S2、分别将外层原料和内层原料中去除氧化铝溶胶后的组分加入至两组搅拌混合机中搅拌，直至各组分混合均匀；
S3、再将内层原料中的氧化铝溶胶加入至相对应的搅拌混合机中，继续进行搅拌，得到混合物料；
S4、将两组搅拌混合机中得到的混合物料分别加入模具中进行辊压成型，然后将各层采用挤压机挤压一体成型，即得陶瓷密封垫。
3.根据权利要求2所述的炼钢浸入式水口用塑形超高温陶瓷密封垫的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将得到混合物料放置于恒温恒湿环境中进行脱水处理。
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