CN114276701B - 连铸用塞棒高温密封涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸用塞棒高温密封涂料，所述涂料的原料按重量百分比包括：蓝晶石60~76%，刚玉微粉24~40%；外加氧化铝溶胶6.0~7.5%；所述涂料的线变化率为+0.22~+0.31%，检测环境为1450℃保温3小时。本发明涂覆在塞棒上使其在高温条件下的热膨胀率和金属材质连接杆的热膨胀率接近一致，消除了非金属材质和金属材质在高温下的膨胀差别。

Description

连铸用塞棒高温密封涂料

技术领域

本发明涉及连续铸钢技术领域，特别涉及一种适用于塞棒的高温密封涂料。

背景技术

塞棒属于连铸三大件功能性耐火材料，在连铸生产中起着非常重要的作用。塞棒应用于中间包内，通常包括棒头和棒身，其中：棒头通过与整体式浸入式水口或中间包上水口碗部的配合间隙来控制钢液流量，以得到合适的浇铸速度和合格的铸坯；棒身内部设置氩气通道，且棒身的上端一般连接有连接杆，连接杆为金属材质，连接杆由升降装置驱动从而带动塞棒上下移动。

在大硅钢、DI材（易拉罐用镀锡钢板）、小夹杂钢种的生产过程中，对塞棒吹氩要求都很严格，如果吹入氩气量过大，导致氩气进入结晶器而形成铸坯针孔缺陷，而如果太小，可能导致压力不足而吸入空气导致增氧和钢中铝被氧化形成的氧化铝夹杂物。尤其是在汽车内板、电池壳钢种等小夹杂钢种的生产过程中，实际塞棒棒头的氩气吹入量只有3~5l/min，较少的氩气吹入量既能保证棒头有微量氩气泡吹出，又能在棒头表面形成气幕，从而防止棒头与碗部的配合面产生氧化铝结瘤物。而由于塞棒棒身的非金属材质和连接杆的金属材质在高温下的热膨胀系数不同，使得在高温状态下吹入氩气后棒身和连接杆的连接位置有不同程度的膨胀缝，加上氩气吹入有一定的初始速率，则在连接位置形成一个向下的负压区，导致塞棒后期从膨胀缝隙处吸入空气。由于金属铝是钢液脱氧产物，遇到空气中的氧气容易形成氧化铝，因此吸入空气则增加氧化铝形成量，容易造成塞棒浇铸到第三炉后棒头由于吸附过量氧化铝而使塞棒开度增加，控流精度降低而异常终浇，从而是增加品种钢的铝损，恶化品种钢的纯净度，并导致中间包连浇炉数降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸用塞棒高温密封涂料，该涂料包含大量氧化铝和适量氧化硅，涂覆在塞棒上使其在1400~1450℃的热膨胀率和金属材质连接杆的热膨胀率接近一致，消除了非金属材质和金属材质在高温下的膨胀差别。

本发明是这样实现的：

一种连铸用塞棒高温密封涂料，所述涂料的原料按重量百分比包括：蓝晶石60~76%，刚玉微粉24~40%；外加氧化铝溶胶6.0~7.5%。

所述涂料的线变化率为+0.22~+0.31%，检测环境为1450℃保温3小时。

所述蓝晶石的粒度≤0.5mm。

所述蓝晶石中Al₂O₃的含量为54~62%。

所述刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=1~10µm。

所述刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=5~7µm。

所述刚玉微粉中Al₂O₃的含量≥98%。

所述氧化铝溶胶为纳米氧化铝。

所述氧化铝溶胶中Al₂O₃的含量≥20%。

所述氧化铝溶胶中Al₂O₃的含量为30~35%。

本发明连铸用塞棒高温密封涂料，其包含的氧化铝和氧化硅来自于天然产蓝晶石和刚玉，按一定的重量比例要求并外加入氧化铝溶胶作为结合剂，在高温条件下形成莫来石并产生一定量的微膨胀，密实了气孔和干燥产生的裂纹缝隙，有效防止吸入空气和氩气泄漏，能最大限度降低异常终浇可能性。首先，利用蓝晶石高温分解膨胀特性、分解出的SiO₂与刚玉微粉进一步反应形成莫来石的膨胀特性、以及氧化铝溶胶低温下能与蓝晶石反应形成莫来石的膨胀特点，有效提高了产品膨胀，用于补偿烧结收缩，使塞棒棒身在连接位置产生线变化率为0.22~0.31%的膨胀量，由此塞棒棒身和连接杆在连接位置的热膨胀系数接近，从而消除非金属材质和金属材质在高温下的膨胀差别。其次，在天然蓝晶石和刚玉微粉中加入氧化铝溶胶，使得密封涂料能以胶泥的形式涂覆在塞棒，操作方式可靠、有效、安全且便于检测，能提供良好的气密性，避免空气进入氩气通道，在浇铸过程中确保氩气流量恒定可调、透气率稳定，能满足特定钢种流量要求，无漏气现象发生。最后，原料按不同的粒度、分布要求进行混合能带来材料的最紧实堆积，能尽可能地减少密封胶泥中气孔通道数量。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：涂料膨胀能补偿烧结收缩，有效避免空气吸入氩气通道，确保氩气浇铸过程中透气率稳定，有效提高铸坯质量和中间包连浇炉数。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种连铸用塞棒高温密封涂料，所述涂料的原料按重量百分比包括：蓝晶石60~76%，刚玉微粉24~40%；外加氧化铝溶胶6.0~7.5%。蓝晶石是一种天然耐火原料矿物，其具有多种形态的Al₂O₃.SiO₂或Al₂SiO₅，是原生粘土质成分的沉积物，受到强力的挤压剪切应力的作用在高温高压条件下变质产生的，是无水铝硅酸盐矿物，属高铝矿物原料。由蓝晶石煅烧生成的莫来石，具有高温稳定性、低膨胀性及良好的耐火性和高温下的高负荷能力。在烘烤温度1100~1450℃下，氧化铝溶胶和蓝晶石中的氧化硅成分反应生成的莫来石，1100℃时开始分解，1450℃时达到最大量分解。在1400~1450℃下，蓝晶石发生膨胀分解反应，即3[Al₂O₃.SiO₂]=3Al₂O₃.2SiO₂+SiO₂，膨胀分解出的SiO₂再与刚玉微粉发生莫来石化反应，即3Al₂O₃+2SiO₂=3Al₂O₃.2SiO₂，使得材料的进一步膨胀。莫来石是Al₂O₃-SiO₂二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物，化学式为 3Al₂O₃.2SiO₂，天然莫来石非常少，通常用烧结法或电熔法等人工合成。所述涂料的主要成分中，由蓝晶石得到的莫来石具备热膨胀系数低、熔点高、抗蠕变、抗热震能力优越，而且刚玉微粉具备弹性模量高、熔点高、耐磨性好、抗化学侵蚀能力强。

莫来石一般为柱状或棱柱状两种晶体形态，刚玉一般为粒状晶体形态，当刚玉粒状晶体填充于莫来石柱状或棱柱状晶体网络结构的空隙中，能形成连续的交错网络骨架结构，刚玉可以起到增强、增韧作用，或者当莫来石柱状或棱柱状晶体填充于刚玉粒状晶体的空隙中，莫来石可以起到类似于纤维和颗粒的增强、增韧作用，这两种填充状态对提高复相高温密封胶泥的高温力学性能均非常有利。

由此，所述涂料以密封胶泥的形式应用于塞棒，其形成莫来石带来的膨胀效应可以抵消耐材在干燥过程中产生的收缩，具有高温体积变化小、热稳定性好、耐抗渣和耐磨作用。

所述涂料的线变化率为+0.22~+0.31%，检测环境为：1450℃保温3小时。

所述蓝晶石的粒度≤0.5mm，蓝晶石中Al₂O₃的含量为54~62%。

所述刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=1~10µm，D₅₀为颗粒累积分布为50%的粒径，优选地，刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=5~7µm。刚玉微粉中Al₂O₃的含量≥98%。

所述氧化铝溶胶为纳米氧化铝，粒度为40~80nm，固含量为20~25%。在烘烤温度下，纳米氧化铝材料的比表面积大且反应活性高，使得莫来石化反应开始温度低，在1100℃就能发生莫来石化反应。氧化铝溶胶中Al₂O₃的含量≥20%，优选为30~35%。

本发明连铸用塞棒高温密封涂料的制备方法：准备蓝晶石和刚玉微粉，按照上述原料的重量百分比放入强力搅拌机内并干混8分钟，然后按一定比例加入氧化铝溶胶后搅拌5分钟，出料，用300克双层塑料膜包装待用。

表1列出了实施例1~5的原料的具体重量百分比（wt%）以及在高温条件下的线变化率和查漏气情况。

表1

由表1可以看出，在高温条件下，涂料产生膨胀反应后能有效密实气孔和干燥产生的裂纹缝隙，从而防止漏气，尤其是实施例2~5在1500℃下没有发现漏气情况产生。

另外，对采用本发明涂料的塞棒在1450℃检测温度下、且品种钢炉次铝损≥40ppm、增氮≥8.5ppm的条件下，发生异常终浇的比例为4.24%，而没有采用本发明涂料的塞棒发生异常终浇的比例为7.27%。本发明还应用于小氩气连续浇铸塞棒钢试验2000支，试验效果良好，中间包塞棒棒头未发生碗口由于结瘤较多而导致开度变大的异常终浇，渣线未发生异常熔损，铸坯质量在试验阶段的铝损降低了60%以上，冷轧阶段铸坯无气泡性缺陷发生。

本发明连铸用塞棒高温密封涂料可广泛使用于连续铸钢中各种高等级品种钢的生产连铸工序，防止中包钢液二次氧化，保证小氩气进入钢液稳定连续浇注多炉，可以推广至所有连续浇铸的塞棒控流设备上使用。

Claims (9)

1.一种连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述涂料的原料按重量百分比计，组成为：蓝晶石60~76%，刚玉微粉24~40%；外加氧化铝溶胶6.0~7.5%；所述涂料的线变化率为+0.22~+0.31%，检测环境为1450℃保温3小时。

2.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于： 所述蓝晶石的粒度≤0.5mm。

3.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述蓝晶石中Al₂O₃的含量为54~62%。

4.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=1~10µm。

5.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述刚玉微粉的粒度要求为D₅₀=5~7µm。

6.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述刚玉微粉中Al₂O₃的含量≥98%。

7.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述氧化铝溶胶为纳米氧化铝。

8.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述氧化铝溶胶中Al₂O₃的含量≥20%。

9.根据权利要求1所述的连铸用塞棒高温密封涂料，其特征在于：所述氧化铝溶胶中Al₂O₃的含量为30~35%。