CN1163243A - 一种连铸水口材料 - Google Patents

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CN1163243A CN 96104708 CN96104708A CN1163243A CN 1163243 A CN1163243 A CN 1163243A CN 96104708 CN96104708 CN 96104708 CN 96104708 A CN96104708 A CN 96104708A CN 1163243 A CN1163243 A CN 1163243A
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CN 96104708
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Inventor
李文超
仲维斌
钟香崇
王俭
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University of Science and Technology Beijing USTB
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University of Science and Technology Beijing USTB
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Abstract

本发明属于耐火材料及其制作方法。它提出了以O′-Sialon为基、加入3-7wt％C及不同的ZrO2含量即5-15wt％和25-40wt％，分别制成连铸水口的内壁和外壁，从而提高水口材料的强度，避免了水口内壁的粘附堵塞，减缓了融渣对水口壁渣线附近的侵蚀。此外，发明人还给出了不含β及β′-Sialon、ZrN、ZrON等不利杂相的获得O′-Sialon-ZrO2-C材料的制备方法。

Description

一种连铸水口材料
本发明属于耐火材料及其制作方法。
连铸用浸入式水口材料经历了从熔融石英到Al2O3-C及ZrO2-C的发展。在我国，目前大多采用Al2O3-C。现在国外正研制或试用ZrO2-C-ZrB2、ZrO2-SiC-C、CaO-ZrO2-C、BN-AlN-C及Sialon(赛隆)-C等材料制作连铸水口。但这些材料都程度不同的存在着外壁渣线附近抗熔渣侵蚀较差、内壁因Al脱氧形成的未熔Al2O3的粘附堵塞以及自身强度较低的不足。目前采用在水口中吹氩尽管可以减少Al2O3粘附，但吹氩波动又带来新的问题，它导致结晶器中钢坯结晶状态受到破坏。
本发明的目的是提高水口强度对薄板连铸尤其重要、改善外壁受渣液的侵蚀和不用吹氩方法避免水口内壁Al2O3的粘附堵塞。
发明人采用以O′-Sialon为基，加入3-7wt％C和不同含量的ZrO2分别制成水口内壁和外壁，可弥补现有材料之不足，实现本发明的目的。
本发明的核心内容在于：
1、以O′-Sialon为基，加入5-15wt％ZrO2和3-7wt％C作为水口内壁。由于O′-Sialon与钢液中Al2O3反应可生成液相，从而避免了Al2O3在水口内壁的粘附堵塞。但因ZrO2及被钢液润湿，故其含量不宜超过15wt％。图1和图2分别为本发明所制成试样(10wt％ZrO2、5wt％C)和以Al2O3-C所制成的试样在1600℃下，经一小时后表面粘附情况的宏观结果(图2中a为粘附层)。两者相比，前者(图1)无粘附，后者(图2)粘附显著。
2、以O′-Sialon为基，加入25-40wt％ZrO2和3-7wt％C作为水口外壁，由于表层O′-Sialon被氧化(见图3a)使ZrO2富集，在熔渣外压下形成致密的抗氧层(见图3b)，从而减缓了熔渣对外壁渣线的进一步侵蚀。图3为以O′-Sialon为基，加入30wt％ZrO2和5wt％C，在1600℃下经2小时试验后的扫描电镜照片。图中a为侵蚀的O′-Sialon层，b为富集的抗侵蚀的ZrO2致密层。此外，还因为ZrO2中固溶了保护渣中的氧化物，使四方ZrO2转变为单斜ZrO2，其抗热振性能提高，使用寿命延长。
3、本发明的制作方法是：依据相图取2-7wt％Y2O3、30-50wt％SiN4、15-20wt％ZrO2(制作水口外壁材料)或25-40wt％ZrO2(制作水口内壁材料)，经球磨混匀、压制成型，再埋入SiC粉中通N2，在1660-1700℃下经2-3小时常压(即0.101MPa)烧结即可得理想的没有抗氧化较差的β-Sialon、β′-Sialon、ZrON及ZrON等杂相的应用于水口内壁或外壁材料的O′-Sialon-ZrO2-C。
4、亦可先在常压下合成O′-Sialon粉，再加入3-7wt％C、5-15wt％或25-40wt％ZrO2，随后再经球磨、混匀、压制成型、埋入SiC粉中，在保护气氛下(如通N2或Ar等等)，经1660-1700℃，2-3小时常压烧结，同样可得到理想的用于水口内壁或外壁材料的O′-Sialon-ZrO2-C。需要指出的是，本发明的前法通N2，不单为起保护作用，因为N2与其中的SiO2产生化学作用为获得O′-Sialon所必需，面后者通N2或Ar只起保护作用。
O′-Sialon的分子式为Si2-xAlxO1+xN2-x，其中x＝0-2。
实施例见表1、2。
              表1  O′-Sialon-ZrO2-C合成(方法1.wt％)
序号 ZrO2 Y2O3 SiO2 Si3N4 Al2O3 C   气氛(SiC+N2)   温度℃   时间(小时) σr(20℃)MPa σf(1400℃)空气中    K1eMPa.m1/2 注
    1234     5.015.025.040.0     5.67.02.05.8     17.420.015.019.2  50.038.741.530.0     15.014.812.72.0     7.04.33.83.0 弱还原弱还原弱还原弱还原   1690166016701700    2.52.03.02.5   250180228317     135173148142     3.22.42.72.9 内壁内壁外壁外壁
表2  O′-Sialon-ZrO2-C合成(方法2.Wt％)
序号 O′-Sialon ZrO2 C   气氛(SiC+N2)    温度(℃)    时间(小时)  σf(20℃)MPa σf(400℃)空气中MPa KICMPa.m1/2 注
    1234     91.087.078.083.0     5.010.015.012.0     4.03.07.05.0   弱还原弱还原弱还原弱还原     1670167516601700     2.52.63.02.0     190208240210     175168160156     2.82.63.02.7 内壁用材
    567     71.263.057.0     25.030.040.0     3.87.03.0   弱还原弱还原弱还原     166016801700     3.02.02.5     188208254     155166157     2.93.13.0 外壁用材

Claims (2)

1、一种以Sialon(塞隆)为基加入C制成的水口材料，其特征在于所说的Sialon为O′-Sialon，分别加5-15wt％或25-40wt％ZrO2及3-7wt％C。
2、一种以O′-Sialon为基分别加入5-15wt％或25-40wt％ZrO2及3-7wt％C所形成的连铸水口材料的制作方法，它包括球磨、混匀、压制成型、在保护气氛下高温烧结，其特征在于：
a.将球磨、混匀、压制成型的2-7wt％Y2O3+30-50wt％Si3N4+15-20wt％SiO2+2-15wt％Al2O3+3-7wt％C+5-15wt％或25-40wt％ZrO2或者是将常压合成的O′-Sialon中加入5-15wt％或25-40wt％ZrO2及3-7wt％C，经球磨、混匀、压制成型后的材料埋入SiC粉中；
b.所述的保护气氛对前一种材料必须是通N2；
C.所述的高温烧结是在1660-1700℃下经2-3小时的常压烧结。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1108212C (zh) * 2000-07-25 2003-05-14 宝山钢铁股份有限公司 含塞隆的滑动水口砖
CN105108131A (zh) * 2015-09-30 2015-12-02 东北大学 一种金属钨基氧化钇陶瓷水口的制备方法

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