一種浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料的制作方法

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本發(fā)明涉及耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料。

背景技術(shù)：

浸入式水口安裝在中間包和結(jié)晶器之間，把鋼水從中間包輸送到結(jié)晶器，在連鑄生產(chǎn)中起到了保護(hù)鋼水不發(fā)生二次氧化，防止氮溶入或渣混入鋼水以及防止飛濺，穩(wěn)定結(jié)晶器的液體流場(chǎng)等作用。澆注過程中浸入式水口既要承受澆鋼初期的強(qiáng)烈熱震，又要經(jīng)受鋼液和保護(hù)渣的侵蝕，因此，要求浸入式水口具有良好的抗熱震穩(wěn)定性、抗沖刷性和抗渣侵蝕性。

用于生產(chǎn)鋼簾線的簾線鋼對(duì)于鋼水的純凈度和鋼水中的非金屬夾雜物要求非常嚴(yán)格，尤其是變形性較差的脆性?shī)A雜物(如Al₂O₃及TiN)，在拉拔或合股過程中，鋼基體變形而夾雜物不變形，會(huì)形成鋼絲斷裂。因此，對(duì)于簾線鋼來(lái)說(shuō)，必須嚴(yán)格控制夾雜物的數(shù)量及形態(tài)。國(guó)內(nèi)用于簾線鋼生產(chǎn)的連鑄功能耐火材料還是主要以鋁碳-鋁鋯碳材質(zhì)為主，該種材質(zhì)的功能耐火材料具有抗熱震性能穩(wěn)定、抗沖刷、抗侵蝕、能夠滿足長(zhǎng)壽命連續(xù)澆鑄的使用要求等特點(diǎn)。但是，該種材質(zhì)也容易造成在鋼水中引入鋁質(zhì)脆性?shī)A雜的致命缺點(diǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)的簾線鋼鋼坯拉絲過程中易斷裂的現(xiàn)象，難以完全滿足鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)更高潔凈度簾線鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，簾線鋼用鎂碳浸入式水口應(yīng)運(yùn)而生。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中，鎂砂是生產(chǎn)MgO-C質(zhì)浸入式水口耐火材料的主要原料，鎂砂的純度對(duì)MgO-C耐火材料的性能有著很大的影響，由于純度再高的鎂砂，方鎂石的晶間相基本都是CaO、SiO₂、Fe₂O₃、B₂O₃等，這些雜質(zhì)相的存在使得MgO-C質(zhì)耐火材料一方面降低了方鎂石的直接結(jié)合程度，另一方面在高溫下與Mg0形成低熔物，降低了抗沖刷能力；同時(shí)，由于鎂砂熱膨脹系數(shù)較大，使得MgO-C質(zhì)耐火材料的熱震穩(wěn)定性較差；為改善鎂碳材質(zhì)抗熱震性能以及抗沖刷性能，用鎂鋯共晶材料代替鎂砂制備一種新型側(cè)孔材料，并且此側(cè)孔材料同時(shí)作為具有突出的、優(yōu)良性能的耐火材料是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料，與此同時(shí)，本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種使用上述浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料制備浸入式水口的方法，大大提高了浸入式水口鎂鋯碳材質(zhì)的抗熱震性能以及抗沖刷性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：鎂鋯砂60～70％、石墨粉20～25％、熔融石英粉2～3％、單質(zhì)硅粉0.5～3％、碳化硅粉0.5～4％、碳化硼粉0～1％、粉末狀樹脂1～3％，液態(tài)樹脂5～15％；鎂鋯砂粒度不大于1mm，其化學(xué)組分包括MgO：94～98％，ZrO₂：2～6％；石墨粉的粒度不大于100目。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，鎂鋯砂的粒度包括1～0.5mm、0.5～0.2mm和200目。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，三種粒度的鎂鋯砂重量比為1∶3.5∶2.5。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，石墨粉的粒度包括80目和100目，該兩種粒度的石墨粉重量比為1∶1.5；單質(zhì)硅粉、碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均小于350目。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，液態(tài)樹脂溫度在20℃以下，粘度不低于1200MPa·s。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，粉末狀樹脂為粉末狀酚醛樹脂，液態(tài)樹脂為液態(tài)酚醛樹脂。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，石墨粉中含碳量＞99.9％。

本發(fā)明還提供了使用上述浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料制備浸入式水口的方法，包括如下制備步驟：

1)將上述配比的鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉、單質(zhì)硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均勻后加入粉末狀樹脂再混合，混合后共磨，制成混合粉體；

2)將制成的混合粉體投入造粒機(jī)，并緩慢加入上述含量的液態(tài)樹脂，混合的同時(shí)進(jìn)行造粒；

3)將造粒料經(jīng)干燥后，投入橡膠模具內(nèi)，封口后用等靜壓機(jī)壓制成型；

4)成型好的產(chǎn)品經(jīng)干燥、在還原氣氛下或無(wú)氧環(huán)境燒制，燒制產(chǎn)品再經(jīng)機(jī)加工，噴涂防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，步驟3)中，等靜壓機(jī)壓制的壓力為100～120Mpa；步驟4)中，燒制溫度控制為1000～1300℃。

本發(fā)明采用鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉作為主要原料，粉末狀樹脂，液態(tài)樹脂同時(shí)作為結(jié)合劑，含量分別為1～3％和5～15％；使得鎂鋯共晶側(cè)孔材料具有較高的抗氧化性，抗熱震穩(wěn)定性、抗沖刷性和抗渣侵蝕性；采用其制備的浸入式水口，機(jī)械強(qiáng)度高，能夠大幅度延長(zhǎng)使用壽命，提高連續(xù)鑄鋼作業(yè)效率；同時(shí)，在生產(chǎn)的簾線鋼鋼坯拉絲過程中，簾線鋼鋼坯不易斷裂，且能夠有效防止浸入式水口內(nèi)壁雜質(zhì)粘附、堵塞的現(xiàn)象發(fā)生。

本發(fā)明的鎂鋯共晶材料是在一定溫度下，一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩種固相，這種共晶結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)均勻程度在相應(yīng)體系里最高，熔融溫度最低，在保證共晶點(diǎn)溫度遠(yuǎn)高于使用溫度的前提下，這種共晶結(jié)構(gòu)提高了體系的均勻性，獲得更優(yōu)良、更穩(wěn)定的耐火制品。鎂鋯共晶材料抗熱震性的改善是由MgO和ZrO₂兩相在彈性模量和線膨脹系數(shù)等物理性能不相匹配以及他們的顯微結(jié)構(gòu)所決定的，二者在物理性能上的差異有可能在溫度急變過程中造成一些微裂紋，MgO基體中的ZrO₂能吸收主裂紋擴(kuò)展時(shí)的應(yīng)變能，減緩裂紋的擴(kuò)展速率，有利于減少微裂紋的數(shù)量和大小、阻止裂紋的擴(kuò)展，使得本發(fā)明具有優(yōu)良的抗熱震性以及抗沖刷性。

本發(fā)明采用兩種不同存在狀態(tài)的樹脂作為結(jié)合劑，既能夠縮短達(dá)到最佳結(jié)合狀態(tài)的時(shí)間，又能夠保證本發(fā)明在高溫下使用仍有足量的殘?zhí)剂浚^大的高溫強(qiáng)度和安全性能。

此外，由于本發(fā)明將石墨粉作為鎂鋯共晶材料的主要碳質(zhì)原料，若其含有AL₂O₃、SiO₂等灰分則在高溫下會(huì)與氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯作用，導(dǎo)致氧化鋯失穩(wěn)形成單斜相，使材料產(chǎn)生較大的體積膨脹，因此，本發(fā)明的石墨粉選用含碳量＞99.9％的高純度石墨，可減少上述灰分對(duì)部分穩(wěn)定氧化鋯穩(wěn)定性的負(fù)面影響，從而使得本發(fā)明具有優(yōu)良的抗侵蝕性。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例1

一種浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料，包括以下質(zhì)量百分比的原料：鎂鋯砂13.6kg、含碳量＞99.9％的石墨粉5.4kg、熔融石英粉0.6kg、單質(zhì)硅粉0.2kg、碳化硅粉0.8kg、碳化硼粉0.1kg、粉末狀酚醛樹脂0.3kg，液態(tài)酚醛樹脂1.6kg。

上述原料均按所需粒度進(jìn)行配比，鎂鋯砂粒度為1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三種重量比為1∶3.5∶2.5；所用鎂鋯砂化學(xué)組成為：MgO 98％，ZrO₂2％；石墨粉粒度為80目、100目，以上兩種重量比為1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均為325目；液態(tài)酚醛樹脂溫度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。

使用上述原料制備浸入式水口，將上述配比的鎂鋯砂、石墨粉、熔融石英粉、單質(zhì)硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均勻后加入粉末狀酚醛樹脂再混合，混合后共磨，制成混合粉體；將制成的混合粉體投入造粒機(jī)，并緩慢加入上述含量的液態(tài)酚醛樹脂，混合的同時(shí)進(jìn)行造粒；將造粒料經(jīng)干燥后，投入橡膠模具內(nèi)，封口后用等靜壓機(jī)壓制成型，壓力為120Mpa；成型好的產(chǎn)品經(jīng)干燥、在還原氣氛下于1000～1300℃燒制，燒制產(chǎn)品再經(jīng)機(jī)加工，噴涂防氧化涂層，烘干后即制成浸入式水口。

按照本實(shí)施例制備的浸入式水口經(jīng)檢測(cè)：常溫耐壓強(qiáng)度為33.4Mpa，常溫抗折強(qiáng)度為13.5Mpa，高溫抗折強(qiáng)度為12.7Mpa，使用過程中熱震穩(wěn)定性良好，抗鋼水沖刷性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的浸入式水口鎂鋯共晶側(cè)孔材料，選用的原料以及原料質(zhì)量百分比同實(shí)施例1。

上述原料均按所需粒度進(jìn)行配比，鎂鋯砂粒度為1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三種重量比為1∶3.5∶2.5；所用鎂鋯砂化學(xué)組成為：MgO 96％，ZrO₂4％；石墨粉粒度為80目、100目，以上兩種重量比為1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均為325目；液態(tài)酚醛樹脂溫度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。