专利名称：复合浸入式水口及其制造方法
技术领域：
本发明涉及水口材料及制造方法，尤其是涉及在连续铸钢生产中使用的复合浸入式水口及其制造方法。
背景技术：
浸入式水口是钢铁连铸生产中最关键的功能耐火材料之一，其使用效果直接影响连铸效率和钢坯质量。浸入式水口位于中间包与结晶器之间，是钢水进入结晶器的必由之路，因此浸入式水口起着保护钢水，防止钢水与空气中的氧接触再次发生二次氧化的可能性，同时通过设计合理的水口结构，可以防止钢水进入结晶器时产生不合理的气泡和偏流， 影响钢材的质量。目前，浸入式水口所用的材质主要是Al2O3-C质。其配料主要是电熔白刚玉、鳞片状石墨、结合剂以及添加剂等。铝碳浸入式水口除了机械损毁和蚀损外，连铸过程中也会产生结瘤堵塞现象。特别是在浇铸铝镇静钢时，常因钢液中Al2O3等夹杂物附着在水口内壁而发生堵塞，从而影响到连铸的连续作业。同时由于粘附在浸入式水口内表面的夹杂物，在浇铸过程中可能脱落 (特别是因为发生堵塞而进行的一些如冲棒、捅水口等异常操作时)，掉入钢水中，造成连铸坯中的非金属夹杂，而影响连铸钢坯的质量，甚至异物咬如坯壳发生漏钢事故。另外，浸入式水口内壁的结瘤还可引起结晶器内钢水的偏流，这同样影响着钢水的质量。国内外对浸入式水口堵塞机理的研究工作已进行了 20多年，归纳起来主要有以下几种观点(1)反应生成机理；( 蒸发-凝聚引起物理沉积。根据对水口堵塞机理的研究，采取了很多有针对性的办法，这些方法和措施主要从炼钢工艺角度和浸入式水口两方面来考虑。从炼钢工艺角度出发A.降低脱氧生成物熔点；B.钢液清洁化。从浸入式水口角度出发一种为结构防堵，原理是改变钢液在水口内部的流态，减少涡流，从而消除结瘤； 另一种为材质防堵，即在水口中加入添加物或在水口内复合一层防堵材料内衬，减少或消除沉积，因材质不同，防堵机理也有所不同。水口材质的改进，是解决水口堵塞问题的主要方向。主要分两类，加入添加物改进水口材质和开发新的水口材质。浸入式水口 Al2O3堵塞的主要原因之一是因水口材质中碳的存在，与其中的SiO2, Al2O3发生还原反应，还原物SiO及CO进一步与钢液中的Al反应而生成Al2O3，粘附在裸露于水口内壁面的Al2O3骨料上，造成水口内壁Al2O3沉积。因而可在水口内壁复合无碳层以改善水口的抗氧化铝沉积性能。除防止氧化铝沉积外，无碳材料还具有以下功能防止金属沉积(因具有低的热导率)；生产连铸中碳钢时避免产生裂纹(低的热导率)；连铸高氧钢时具有高的抗侵蚀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合浸入式水口及其制造方法，通过引入低膨胀系数、高抗热震的钛酸铝取代传统浸入式水口制作材料中的熔融石英和碳化硅，经过改性的钛酸铝克服了材料在烧结后强度低的缺点，使浸入式水口在不影响产品抗热震性能和使用寿命的条件下，通过防止SiO生成的方式来减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞，同时， 水口内壁采用复合无碳层以改善水口的抗氧化铝沉积性能；除防止氧化铝沉积外，无碳材料因具有低的热导率特性而具备防止金属沉积的功能，可以在连铸中碳钢时避免产生裂纹，连铸高氧钢时具有高的抗侵蚀性。为达到上述目的，本发明的技术方案是，为了防止SiO的生成，在原材料上进行控制，在实际生产过程中不引入含硅材料， 如为提高浸入式水口的抗热震性性能，常引入5 15%熔融石英粉，为减缓石墨氧化，常引入碳化硅取代部分石墨，本项目则引入低膨胀系数、高抗热震的钛酸铝取代熔融石英和碳化硅，在不影响产品抗热震性能和使用寿命的条件下，通过防止SiO生成的方式来减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞，同时在水口内壁复合无碳层以改善水口的抗氧化铝沉积性能。除防止氧化铝沉积外，无碳材料还具有以下功能防止金属沉积(因具有低的热导率)；连铸中碳钢时避免产生裂纹(低的热导率)；连铸高氧钢时具有高的抗侵蚀性。具体地，本发明的复合浸入式水口，其包括外层本体、外层渣线段以及内层；其中， 外层本体材质组分百分含量为15 35%，白刚玉35 55%，钛酸铝20 50%，外加酚醛树脂结合剂8 10%;外层渣线段材质组分百分含量为鳞片石墨15 25%，氧化锆45 85%，钛酸铝0 30%，外加酚醛树脂结合剂8 10% ；内层材质组分百分含量为钛酸铝 60 90%，刚玉10 40%，外加铝胶结合剂3 5%。进一步，所述的钛酸铝组分百分含量为A120340 50%，Ti&50 60%，外加稳定齐[J 1 8%。又，所述的稳定剂是MgO 1 4%、或MgO 1 4%和1 3%、或F2O3 3 8%、或氧化锆0. 5 2%，以重量百分比计。上述外加剂添加含量均为对应原料总量100%之外的相对含量而言。另外，本发明的复合浸入式水口的制造方法，其包括如下步骤1)复合浸入式水口，包括外层本体、外层渣线段以及内层；其中，外层本体材质组分百分含量为15 35%，白刚玉35 55%，钛酸铝20 50%，外加酚醛树脂结合剂8 10 % ；外层渣线段材质组分百分含量为鳞片石墨15 25 %，氧化锆45 85 %，钛酸铝0 30%，外加酚醛树脂结合剂8 10% ；内层材质组分百分含量为钛酸铝60 90%，刚玉 10 40%，外加铝胶结合剂3 5% ；2)按上述配比，将外层本体材质和外层渣线材质和内层材质分别均勻混合，往其中的外层材质加入上述组份时外加8 10%的酚醛树脂结合剂，使用造粒机将原料造粒， 造粒料经烘干床烘干，使之满足成型要求，内层材质中加入3 5的铝胶搅拌均勻待用；3)将内层材质、外层本体材质造粒料和外层渣线材质造粒料分别按次序加入模具，使用静压机在80 150MPa的压力下压制成型；4)成型产品在梭式窑中于1200 1300°C还原气氛下或无氧环境烧制，烧成产品经过车床加工，产品表面再涂敷防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。进一步，所述的还原气氛或无氧环境为埋碳烧结、或真空、或惰性气体环境下烧结的方式。所述的防氧化涂层为釉质。
本发明的有益效果和现有技术的产品比较，本发明由于采用钛酸铝取代熔融石英和碳化硅，使产品实现无硅化，在保证产品的机械强度，高抗热震性能和耐侵蚀耐冲刷性能的同时内层无碳， 在实际使用过程中可防止SiO生成并进而与钢水中的AL氧化生成来Al2O3并附着在水口内部，从而达到减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞和结晶器偏流的发生；此外内层无碳可在使用过层中保持水口光洁，防止内壁杂质粘附，延长使用时间，提高作业效率，同时可通过该技术的应用，减少因此造成的异常操作，提高铸坯的质量。
图1为本发明复合式浸入式水口的结构剖视图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。参见图1，其所示为本发明复合浸入式水口，其包括外层本体1、外层渣线段2以及内层3。本发明的复合浸入式水口的制造方法，其包括如下步骤1)复合浸入式水口，包括外层本体、外层渣线段以及内层；具体实施例的成分配比插件；2)按配比，将外层本体材质和外层渣线材质和内层材质分别均勻混合，往其中的外层材质加入上述组份时外加8 10 %的酚醛树脂结合剂，使用造粒机将原料造粒，造粒料经烘干床烘干，使之满足成型要求，内层材质中加入3 5的铝胶搅拌均勻待用；幻将内层材质、外层本体材质造粒料和外层渣线材质造粒料分别按次序加入模具，使用静压机在80 150MI^的压力下压制成型；4) 成型产品在梭式窑中于1200 1300°C还原气氛下或无氧环境烧制，烧成产品经过车床加工，产品表面再涂敷防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。表1为本发明的实施例。表1单位重量百分比
权利要求
1.复合浸入式水口，其特征在于包括外层本体、外层渣线段以及内层；其中，外层本体材质组分百分含量为15 35%，白刚玉35 55%，钛酸铝20 50%，外加酚醛树脂结合剂8 10%;外层渣线段材质组分百分含量为鳞片石墨15 25%，氧化锆45 85%， 钛酸铝0 30%，外加酚醛树脂结合剂8 10% ；内层材质组分百分含量为钛酸铝60 90 %，刚玉10 40 %，外加铝胶结合剂3 5 %。
2.如权利要求1所述的复合浸入式水口，其特征在于所述的钛酸铝组分百分含量为 Al20340 ~ 50%, Ti0250 ~ 60%,外加稳定剂 1 8%。
3.如权利要求1所述的复合浸入式水口，其特征在于所述的稳定剂是MgO1 4%、 或MgO 1 4%和CeO2I 3%、或F2033 8%、或氧化锆0. 5 2%，以重量百分比计。
4.一种复合浸入式水口的制造方法，其包括如下步骤1)复合浸入式水口，包括外层本体、外层渣线段以及内层；其中，外层本体材质组分百分含量为15 35%，白刚玉35 55%，钛酸铝20 50 %，外加酚醛树脂结合剂8 10 % ；外层渣线段材质组分百分含量为鳞片石墨15 25 %，氧化锆45 85 %，钛酸铝0 30%，外加酚醛树脂结合剂8 10% ；内层材质组分百分含量为钛酸铝60 90%，刚玉 10 40%，外加铝胶结合剂3 5% ；2)按上述配比，将外层本体材质和外层渣线材质和内层材质分别均勻混合，往其中的外层材质加入上述组份时外加8 10%的酚醛树脂结合剂，使用造粒机将原料造粒，造粒料经烘干床烘干，使之满足成型要求，内层材质中按材料重量的3 5%加入的铝胶搅拌均勻待用；3)将内层材质、外层本体材质造粒料和外层渣线材质造粒料分别按次序加入模具，使用静压机在80 150MPa的压力下压制成型；4)成型产品在梭式窑中于1200 1300°C还原气氛下或无氧环境烧制，烧成产品经过车床加工，产品表面再涂敷防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。
5.如权利要求4所述的复合浸入式水口的制造方法，其特征是，所述的还原气氛或无氧环境为埋碳烧结、或真空烧结或惰性气体环境下烧结的方式。
6.如权利要求4所述的复合浸入式水口的制造方法，其特征是，所述的防氧化涂层为釉质。
7.如权利要求4所述的复合浸入式水口的制造方法，其特征是，根据实际生产需求，内外复合层的比例可在0 6) 1范围内调整，渣线段的厚度和高度范围也可根据生产需求进行调整。
全文摘要
一种复合浸入式水口，其包括外层本体、外层渣线段以及内层；其中，外层本体材质组分百分含量为鳞片石墨15～35％，白刚玉35～55％，钛酸铝20～50％，外加酚醛树脂结合剂8～10％；外层渣线段材质组分百分含量为鳞片石墨15～25％，氧化锆45～85％，钛酸铝0～30％，外加酚醛树脂结合剂8～10％；内层材质组分百分含量为钛酸铝60～90％，刚玉10～40％，外加铝胶结合剂3～5％。
文档编号B22D41/50GK102335738SQ20101023629
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者杨建华 申请人:宝山钢铁股份有限公司