CN220862725U - 一种制备纳米晶合金带材的水口 - Google Patents

一种制备纳米晶合金带材的水口 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种制备纳米晶合金带材的水口，该水口包括SiC水口本体和装配在其内部表面的ZrO2‑CaO‑C内衬，覆盖在ZrO2‑CaO‑C内衬表面的一层耐冲刷复合涂层。本实用新型解决了现有技术中制备纳米晶合金带材的水口SiC颗粒容易脱落掉入纳米晶母合金钢液中、水口内壁容易有沉积物导致内径变窄、水口内孔容易出现微裂纹等问题，提高了纳米晶母合金钢液洁净度和钢液流动性，并大大延长了水口寿命。

Description

一种制备纳米晶合金带材的水口
技术领域
本实用新型涉及制备带材的技术领域，尤其涉及纳米晶合金带材的制备技术。
背景技术
纳米晶合金软磁材料由于具备优异的电磁性能、高饱和磁感应强度、高矩形比、高磁导率、低损耗、性能稳定等优点，近年来在生产应用得到迅速发展，特别是应用开关电源和ISDN中的各类高品质铁芯材料。目前，纳米晶带材主要采用单辊快淬法生产，其制备流程是：将纳米晶母合金放入真空中频炉重熔，熔化后合金钢液浇至喷嘴包并升温，升温至1400℃后合金钢液从喷嘴包流出，经过水口、喷嘴杯，最后通过喷嘴喷到高速旋转的冷却铜辊上冷凝，最终形成16～30μm厚、10～75mm宽的纳米晶合金带材。纳米晶喷嘴包水口是纳米晶合金带材喷带生产线的核心部件之一，它安装在喷嘴包底部，水口顶部的喇叭口与塞杆相磨合，通过塞杆的上下位移来控制母合金钢液的流量；它的主要作用是提供具有稳定液流和压力的高温钢液，使其在铜辊上形成的熔潭保持稳定状态。水口的优劣直接影响纳米晶带材的表面质量和成材率等。
现有的水口是一体成型的，全部材质都是SiC，虽然其具有结构简单、成本低廉的优点，但是也存在一些不足：
①在一次使用后，水口本体经1400℃合金钢液冲刷，其表面光滑的保护层已经基本脱落，露出粗糙的SiC本体，在钢液的连续冲刷下，本体上的SiC颗粒容易脱落而混入钢液中，不仅污染钢液，而且会堵塞喷嘴，影响喷带质量。
②在喷带过程中，母合金钢液中的铝与水口中吸入的氧发生化学反应，其产物Al2O3沉积在上水口内壁上，导致水口内径变窄，母合金钢液流通不畅。
③为提高耐钢液冲刷性，就要提高SiC水口本体致密度，但是致密度提高到3.7g/cm3时，热震稳定性变得很差，受到热冲击后会容易出现细小裂纹，抗侵蚀性能反而下降，寿命降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种制备纳米晶合金带材的水口，以解决现有技术中水口寿命短、污染钢液、影响喷带质量等问题。
为了达到上述目的本实用新型采用如下技术方案：
一种制备纳米晶合金带材的水口，包括SiC水口本体和装配在其内部表面的ZrO2-CaO-C内衬，覆盖在ZrO2-CaO-C内衬表面的一层耐冲刷复合涂层。
进一步地，所述SiC水口本体和ZrO2-CaO-C内衬之间涂刷有高温胶水。
进一步地，所述耐冲刷复合涂层的厚度为0.4mm～0.9mm。
进一步地，所述水口本体的下部设有喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面均是平整度≤0.05mm。
进一步地，按重量份计，
所述SiC水口本体的原料包括：
SiC粗料53-65份，SiC细料26-35份，纤维素1.5-3份，水溶液8-12份，甘油0.4-0.7份；
ZrO2-CaO-C内衬的原料包括：锆酸钙粗料35～43份、锆酸钙细料18～26份、鳞片石墨20～33份、碳化硼2～6份，酚醛树脂4-9份。
耐冲刷复合涂层的原料包括：熔融石英71～80份、硅灰3～5份，铝酸盐水泥4～8份，水溶液10～15份。
进一步地，所述SiC粗料中SiC的质量分数≥98.32％，所述SiC粗料的粒度范围为0.1-1.2mm；所述SiC细料中SiC的质量分数≥96.18％，所述SiC细料的粒度范围为0.02-0.1mm；所述水溶液由沸腾的纯净水加入3.1％-4.8％重量的聚乙烯醇搅拌而成；
所述锆酸钙粗料粒度0.2～1mm，所述锆酸钙细料粒度0～0.2mm，所述鳞片石墨粒度0～1mm。
进一步地，所述SiC水口本体是由SiC水口本体制备方法得到的。SiC水口本体制备方法如下：
①按重量份配比进行配料；
②混料：将SiC粗料、SiC细料、纤维素投入搅拌机中；
③搅拌：启动搅拌机搅拌，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料固体料；
④加水溶液搅拌：向所述SiC板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到31℃，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料浆料；
⑤加甘油搅拌：向所述SiC板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到SiC水口本体材料，密封保存；
⑥成型：将SiC水口本体材料加入高强度水口本体模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力为62-67MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成SiC水口本体生坯；
⑦烧结：SiC水口本体生坯置于1540±20℃的温度下烧结9～10小时，得到SiC水口本体。
进一步地，所述ZrO2-CaO-C内衬是由ZrO2-CaO-C内衬制备方法得到的。ZrO2-CaO-C内衬制备方法如下：
①按重量份配比进行配料；
②混料：将内衬原料(锆酸钙粗料、锆酸钙细料、鳞片石墨、碳化硼)加入到高速混合机中，最后加入酚醛树脂，混合均匀后，干燥备用；
③成型：将混合好的内衬用料加入高强度内衬模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力115-119MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成ZrO2-CaO-C内衬生坯；
④烧结：SiC水口本体生坯置于1540±20℃的温度下烧结10～12小时，得到ZrO2-CaO-C内衬。
进一步地，所述耐冲刷复合涂层是由耐冲刷复合涂层制备方法得到的。耐冲刷复合涂层制备方法如下：
①按照重量份配比将熔融石英、硅灰、铝酸盐水泥、水溶液原料混合均匀，得到耐冲刷复合涂料；耐冲刷复合涂料加入到ZrO2-CaO-C内衬内；
②将ZrO2-CaO-C内衬两头密封后放入高速离心机，离心成型，涂覆均匀；
③成型后加热到410℃烘干。
进一步地，制备纳米晶合金带材的水口制备过程如下；
(1)装配：
ZrO2-CaO-内衬外部涂刷高温胶水后装入SiC水口本体内腔中；
(2)烘烤：
将装配好的制备纳米晶合金带材的水口放入恒温干燥箱220℃烘烤8小时；
(3)精磨水口下部的喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，使其平整度≤0.05mm。
进一步地，所述制作高强度水口本体模具和内衬压制模具均为高强度金属压力模具。
本实用新型的优点包括：
⑴本实用新型在水口本体内孔加装了ZrO2-CaO-C内衬，具有熔点高、热力学稳定性好、真空稳定性强、热震稳定性优异和抗钢液侵蚀能力强等优点。解决了水口本体SiC颗粒容易脱落而混入纳米晶母合金钢液中的问题，保证纳米晶母合金钢液的洁净度，杜绝堵塞喷嘴的现象，进而提高了喷带质量。
⑵ZrO2-CaO-C内衬材料中锆酸钙在1350℃温度的纳米晶母合金钢液冲刷下分解出的CaO与水中的A12O3反应形成低熔点相，低熔点相使上水口内壁表面光滑，不易附着，可有效消除母合金钢液在上水口内壁的沉积，解决了水口内径变窄问题，保证了纳米晶母合金钢液的流动性。
⑶本实用新型在通过在ZrO2-CaO-C内衬附着一层耐冲刷复合材料层，避免纳米晶母合金钢液第一次冲刷对ZrO2-CaO-C内衬的热冲击影响，提高使用寿命；具体为通过在高致密度ZrO2-CaO-C内衬表面增加复合材料涂层，避免钢水与ZrO2-CaO-C内衬表面的直接接触，在钢水冲刷下复合涂层在12～14分钟内会慢慢消失，从而为ZrO2-CaO-C内衬争取12～14分钟的预热时间，避免微裂纹的出现，没有微裂纹的高致密度ZrO2-CaO-C内衬抗侵蚀性能非常好，使用寿命会大幅提高约63％。
⑷本实用新型组成结构简单、容易实现、制造成本低，可喷制更宽(80mm及以上)、更薄(12～14μm)的纳米晶合金带材，适于广泛推广和使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
图1是制备纳米晶合金带材的水口剖面结构示意图；
图2是制备纳米晶合金带材的水口俯视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意性实施例及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
实施例一
如图1、2所示，本实用新型制备的一种制备纳米晶合金带材的水口，包括SiC水口本体1和装配在其内部表面的ZrO2-CaO-C内衬2，覆盖在ZrO2-CaO-C内衬表面的一层耐冲刷复合涂层3，SiC水口本体1下部设有喷嘴包体接触面11、压环接触面12、喷嘴杯接触面13，喷嘴包体接触面11、压环接触面12、喷嘴杯接触面13均是平整度≤0.05mm，所述耐冲刷复合涂层3的厚度为0.4mm～0.9mm。
实施例二
⑴制作高强度水口本体模具和高强度内衬压制模具，均是高强度金属压力模具；
⑵制作SiC水口本体：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 规格 重量份
1 SiC粗料(碳化硅粗料) 粒度0.1-1.2mm 63
2 SiC细料(碳化硅细料) 粒度0.02-0.1mm 26
3 纤维素 —— 2.5
4 水溶液 —— 8
5 甘油 —— 0.5
②混料：将SiC粗料、SiC细料、纤维素投入搅拌机中；
③搅拌：启动搅拌机搅拌，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料固体料；
④加水溶液搅拌：向所述SiC板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到31℃，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料浆料；
⑤加甘油搅拌：向所述SiC板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到SiC水口本体材料，密封保存；
⑥成型：将SiC水口本体材料加入高强度水口本体模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力62-67MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成SiC水口本体生坯；
⑦烧结：SiC水口本体生坯置于1540±20℃的温度下烧结9～10小时，得到SiC水口本体。
⑶制作ZrO2-CaO-C内衬：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 规格 重量份
1 锆酸钙粗料 粒度0.2～1mm 42
2 锆酸钙细料 粒度0～0.2mm 19
3 鳞片石墨 粒度0～1mm 30
4 碳化硼 —— 3
5 酚醛树脂 —— 6
②混料：将内衬原料(锆酸钙粗料、锆酸钙细料、鳞片石墨、碳化硼)加入到高速混合机中，最后加入酚醛树脂，混合均匀后，干燥备用；
③成型：将混合好的内衬用料加入高强度内衬压制模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力115-119MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成ZrO2-CaO-C内衬生坯；
④烧结：ZrO2-CaO-C内衬生坯置于1540±20℃的温度下烧结10～12小时，得到ZrO2-CaO-C内衬。
⑷制作耐冲刷复合涂料：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 重量份
1 熔融石英 79
2 硅灰 4
3 铝酸盐水泥 6
4 水溶液 11
②混料：将上述原料混合均匀，得到耐冲刷复合涂料。
⑸耐冲刷复合涂料涂覆在ZrO2-CaO-C内衬内：
①耐冲刷复合涂料加入到ZrO2-CaO-C内衬内；
②将ZrO2-CaO-C内衬两头密封后放入高速离心机，离心成型，涂覆均匀；
③成型后加热到410℃烘干。
⑹装配：
ZrO2-CaO-C内衬外部涂刷高温胶水后装入SiC水口本体内腔中。
⑺烘烤：
将装配好的制备纳米晶合金带材的水口放入恒温干燥箱220℃烘烤8小时。
⑻精磨SiC水口本体下部的喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，使其平整度≤0.05mm。
经检测，SiC水口本体和ZrO2-CaO-C内衬的物理性能指标如下：
实施例三
⑴制作高强度水口本体模具和高强度内衬压制模具，均是高强度金属压力模具；
⑵制作SiC水口本体：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 规格 重量份
1 SiC粗料(碳化硅粗料) 粒度0.1-1.2mm 58
2 SiC细料(碳化硅细料) 粒度0.02-0.1mm 30
3 纤维素 —— 2.4
4 水溶液 —— 9
5 甘油 —— 0.6
②混料：将SiC粗料、SiC细料、纤维素投入搅拌机中；
③搅拌：启动搅拌机搅拌，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料固体料；
④加水溶液搅拌：向所述SiC板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到31℃，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料浆料；
⑤加甘油搅拌：向所述SiC板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到SiC水口本体材料；
⑥成型：将SiC水口本体材料加入高强度水口本体模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力62-67MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成SiC水口本体生坯；
⑦烧结：SiC水口本体生坯置于1540±20℃的温度下烧结9～10小时，得到SiC水口本体。
⑶制作ZrO2-CaO-C内衬：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 规格 重量份
1 锆酸钙粗料 粒度0.2～1mm 39
2 锆酸钙细料 粒度0～0.2mm 22
3 鳞片石墨 粒度0～1mm 28
4 碳化硼 —— 4
5 酚醛树脂 —— 7
②混料：将内衬原料(锆酸钙粗料、锆酸钙细料、鳞片石墨、碳化硼)加入到高速混合机中，最后加入酚醛树脂，混合均匀后，干燥备用；
③成型：将混合好的内衬用料加入高强度内衬压制模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力115-119MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成ZrO2-CaO-C内衬生坯；
④烧结：ZrO2-CaO-C内衬生坯置于1540±20℃的温度下烧结10～12小时，得到ZrO2-CaO-C内衬。
⑷制作耐冲刷复合涂料：
①按重量份配比进行配料：
②混料：将上述原料混合均匀，得到耐冲刷复合涂料。
⑸耐冲刷复合涂料涂覆在ZrO2-CaO-C内衬内：
①耐冲刷复合涂料加入到ZrO2-CaO-C内衬内；
②将ZrO2-CaO-C内衬两头密封后放入高速离心机，离心成型，涂覆均匀；
③成型后加热到410℃烘干。
⑹装配：
ZrO2-CaO-C内衬外部涂刷高温胶水后装入SiC水口本体内腔中。
⑺烘烤：
将装配好的纳米晶合金带材的水口放入恒温干燥箱220℃烘烤8小时。
⑻精磨SiC水口本体下部的喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，平整度≤0.05 mm。
经检测，SiC水口本体和ZrO2-CaO-C内衬的物理性能指标如下：
实施例四
⑴制作高强度水口本体模具和高强度内衬压制模具，均是高强度金属压力模具；
⑵制作SiC水口本体：
①按重量配比进行配料：
序号 材料名称 规格 重量份
1 SiC粗料(碳化硅粗料) 粒度0.1-1.2mm 55
2 SiC细料(碳化硅细料) 粒度0.02-0.1mm 33
3 纤维素 —— 1.8
4 水溶液 —— 9.5
5 甘油 —— 0.7
②混料：将SiC粗料、SiC细料、纤维素投入搅拌机中；
③搅拌：启动搅拌机搅拌，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料固体料；
④加水溶液搅拌：向所述SiC板材材料固体料加入水溶液，继续搅拌至温度达到31℃，搅拌时间为22-24分钟，得到SiC板材材料浆料；
⑤加甘油搅拌：向所述SiC板材材料浆料加入甘油，继续搅拌5分钟，得到SiC水口本体材料；
⑥成型：将SiC水口本体材料加入高强度水口本体模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力62-67MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成SiC水口本体生坯；
⑦烧结：SiC水口本体生坯置于1540±20℃的温度下烧结9～10小时，得到SiC水口本体。
⑶制作ZrO2-CaO-C内衬：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 规格 数量/份
1 锆酸钙粗料 粒度0.2～1mm 36
2 锆酸钙细料 粒度0～0.2mm 24
3 鳞片石墨 粒度0～1mm 25
4 碳化硼 —— 6
5 酚醛树脂 —— 9
②混料：将内衬原料(锆酸钙粗料、锆酸钙细料、鳞片石墨、碳化硼)加入到高速混合机中，最后加入酚醛树脂，混合均匀后，干燥备用。
③成型：将混合好的内衬用料加入高强度内衬模具中，震实封盖，在多层热压机内成型，成型压力115-119MPa，热压温度230-260℃，热压时间23～25分钟，压制成ZrO2-CaO-C内衬生坯；
④烧结：ZrO2-CaO-C内衬生坯置于1540±20℃的温度下烧结10～12小时，得到ZrO2-CaO-C内衬。
⑷制作耐冲刷复合涂层：
①按重量份配比进行配料：
序号 材料名称 重量份
1 熔融石英 72
2 硅灰 5
3 铝酸盐水泥 8
4 水溶液 15
②混料：将上述原料混合均匀，得到耐冲刷复合涂料。
⑸耐冲刷复合涂料涂覆在ZrO2-CaO-C内衬内：
①耐冲刷复合涂料加入到ZrO2-CaO-C内衬内；
②将ZrO2-CaO-C内衬两头密封后放入高速离心机，离心成型，涂覆均匀；
③成型后加热到410℃烘干。
⑹装配：
ZrO2-CaO-C内衬外部涂刷高温胶水后装入SiC水口本体内腔中。
⑺烘烤：
将装配好的制备纳米晶合金带材的水口放入恒温干燥箱220℃烘烤8小时。
⑻精磨SiC水口本体下部的喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，平整度≤0.05mm。
经检测，SiC水口本体和ZrO2-CaO-C内衬的物理性能指标如下：
本实用新型产品水口具有优异的抗氧化性、抗侵蚀性能和抗热震性，并且具备耐合金钢液冲刷、不易脱落SiC颗粒，能自动清除水口内壁沉积物，保证良好的钢液流动性等优点，尤其适合喷制超薄(12～14μm)宽带(≥80mm)的纳米晶合金带材，适于广泛推广和使用。
以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
包括SiC水口本体和装配在其内部表面的ZrO2-CaO-C内衬，覆盖在ZrO2-CaO-C内衬表面的一层耐冲刷复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述SiC水口本体和ZrO2-CaO-C内衬之间涂刷有高温胶水。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述耐冲刷复合涂层的厚度为0.4mm～0.9mm。
4.根据权利要求1所述的一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述水口本体的下部设有喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面，所述喷嘴包体接触面、压环接触面、喷嘴杯接触面均是平整度≤0.05mm。
5.根据权利要求1所述的制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述SiC水口本体是由SiC水口本体制备方法得到的。
6.根据权利要求1所述的一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述ZrO2-CaO-C内衬是由ZrO2-CaO-C内衬制备方法得到的。
7.根据权利要求1所述的一种制备纳米晶合金带材的水口，其特征在于：
所述耐冲刷复合涂层是由耐冲刷复合涂层制备方法得到的。
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