一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料及其应用的制作方法

1.本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料及其应用。


背景技术：

2.连铸作业时，一般通过钢水罐底部的长水口使钢水注入中间包，当中间包内的钢水达到一定的高度后，向中间包内加入袋装散状覆盖剂。一段时间后覆盖剂在中间包内钢水的表面上熔化并使钢水得到完全覆盖，这时中间包内的钢水与大气完全隔绝，不再会发生二次氧化。其间钢水通过中间包下方的定径水口进入结晶器，钢水经过结晶器冷却结壳后形成铸坯。
3.连铸用定径水口有防止钢水二次氧化、钢水飞溅、调整钢水注速、促进钢中夹杂物上浮、防止保护渣卷入钢坯中等作用，但是传统的定径水口质地较脆，尤其是其定径部位，应力较为集中，容易在开浇和停浇堵流时炸裂，同时在使用中传统定径水口容易与上水口烧结而导致更换困难，并且，由于传统的定径水口用料单一，抗冲刷性能不佳，连铸过程中易造成钢水夹杂物增加，从而影响了连铸坯质量。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料及其应用，解决了现有技术中定径水口耐火度低、韧性差、容易与上水口烧结以及抗冲刷性能不佳的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料，所述氧化锆复合定径水口包括水口本体以及位于水口本体内孔的抗冲刷复合层，所述抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙40
‑
50份、稳定性氧化锆20
‑
30份、纳米石墨烯4
‑
6份、氮化硅10
‑
20份、氧化镁6
‑
8份、氧化铬5
‑
9份、高铝矾土12
‑
16份、硅线石3
‑
5份、酚醛树脂2
‑
4份。
8.优选的，所述抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙40份、稳定性氧化锆20份、纳米石墨烯4份、氮化硅10份、氧化镁6份、氧化铬5份、高铝矾土12份、硅线石3份、酚醛树脂2份。
9.优选的，所述抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙45份、稳定性氧化锆25份、纳米石墨烯5份、氮化硅15份、氧化镁7份、氧化铬7份、高铝矾土14份、硅线石4份、酚醛树脂3份。
10.优选的，所述抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙50份、稳定性氧化锆30份、纳米石墨烯6份、氮化硅20份、氧化镁8份、氧化铬9份、高铝矾土16份、硅线石5份、酚醛树脂4份。
11.优选的，所述氧化锆复合定径水口的制备方式包括以下步骤：
12.s1、按照重量份称取二铝酸钙、高铝矾土与硅线石，破碎后加入稳定性氧化锆、纳米石墨烯、氮化硅、氧化镁、氧化铬以及酚醛树脂；
13.s2、将上述物料混匀后等静压成型，然后对混合物料进行烧结处理；
14.s3、将上述烧结物料破碎至所需粒度，然后将破碎后的烧结物料混匀后碾压成泥；
15.s4、将上述成泥物料与水口本体内壁复合，然后进行烧结处理，即得氧化锆复合定径水口。
16.优选的，所述步骤2中烧结处理温度为800
‑
1000℃，烧结处理时间为20
‑
40min，所述步骤4中烧结处理温度为1000
‑
1200℃，烧结处理时间为30
‑
60min。
17.优选的，所述步骤3中物料粒度为100
‑
200目。
18.(三)有益效果
19.本发明提供了一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料及其应用。具备以下有益效果：
20.1、本发明，耐火材料可防止中间罐注流的二次氧化和钢水飞溅；避免结晶器保护渣卷入钢液；改善注流在结晶器内的流动状态和热流分布，从而促使结晶器内坯壳的均匀生长，有利于钢中气体和夹杂物的上浮；氧化锆复合定径水口对提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作、防止铸坯表面缺陷等方面，都有显著成效。
21.2、本发明，通过在水口本体内部复合抗冲刷复合层，由于合理的使用抗冲刷复合层制备材料，从而提高了氧化锆复合定径水口的耐压强度、抗折强度、抗热震性能以及抗冲刷性能，连铸过程中钢水中夹杂物减少，从而提高了连铸坯质量；同时，氧化锆复合定径水口耐火度高，不易与上水口烧结在一起。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例一：
24.本发明实施例提供一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料，该氧化锆复合定径水口包括水口本体以及位于水口本体内部的抗冲刷复合层，抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙40份、稳定性氧化锆20份、纳米石墨烯4份、氮化硅10份、氧化镁6份、氧化铬5份、高铝矾土12份、硅线石3份、酚醛树脂2份。
25.二铝酸钙主要用于lf炉、平炉、转炉钢包精炼时,脱去钢水中的硫、氧等不纯物，降低钢中的有害元素及杂质的含量；
26.氧化锆是一种多晶相复合耐火材料,相对密度5.6～6.2，化学稳定性及抗氧化性能好，热导率小，具有抗冲击性、可烧结性等，由于zro2物质本身的高熔点、不氧化和其他高温优良特性，使得zro2具有比氧化铝、莫来石、硅酸铝等其他耐火原料更高的使用温度，氧化锆可以在1600℃以上超高温氧化气氛下长期使用，最高使用温度高达2200℃，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染，是目前最适合钢铁连铸环境使用
的耐火材料；
27.石墨烯具有非常好的热传导性能，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300w/mk，是为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500w/mk)和多壁碳纳米管(3000w/mk)。当它作为载体时，导热系数也可达600w/mk，此外，石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限下移，因此，纳米石墨烯添加入耐火材料大大提高了耐火材料的性能；
28.硅线石的晶体为柱状或针状，这些晶体聚合在一起常呈纤维状或放射状，具有丝的光泽或玻璃光泽，夕线石加热后可变成莫来石，被用作高级耐火材料；
29.本发明中，氧化锆复合定径水口的制备方式包括以下步骤：
30.s1、按照重量份称取二铝酸钙、高铝矾土与硅线石，破碎后加入稳定性氧化锆、纳米石墨烯、氮化硅、氧化镁、氧化铬以及酚醛树脂；
31.s2、将上述物料混匀后等静压成型，然后对混合物料进行烧结处理，烧结处理温度为800
‑
1000℃，烧结处理时间为20
‑
40min；
32.s3、将上述烧结物料破碎至所需粒度，物料粒度为100
‑
200目，然后将破碎后的烧结物料混匀后碾压成泥；
33.s4、将上述成泥物料与水口本体内壁复合，然后进行烧结处理，烧结处理温度为1000
‑
1200℃，烧结处理时间为30
‑
60min，即得氧化锆复合定径水口。
34.实施例二：
35.本发明实施例提供一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料，该氧化锆复合定径水口包括水口本体以及位于水口本体内部的抗冲刷复合层，抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙45份、稳定性氧化锆25份、纳米石墨烯5份、氮化硅15份、氧化镁7份、氧化铬7份、高铝矾土14份、硅线石4份、酚醛树脂3份。
36.本发明中，氧化锆复合定径水口的制备方式包括以下步骤：
37.s1、按照重量份称取二铝酸钙、高铝矾土与硅线石，破碎后加入稳定性氧化锆、纳米石墨烯、氮化硅、氧化镁、氧化铬以及酚醛树脂；
38.s2、将上述物料混匀后等静压成型，然后对混合物料进行烧结处理，烧结处理温度为800
‑
1000℃，烧结处理时间为20
‑
40min；
39.s3、将上述烧结物料破碎至所需粒度，物料粒度为100
‑
200目，然后将破碎后的烧结物料混匀后碾压成泥；
40.s4、将上述成泥物料与水口本体内壁复合，然后进行烧结处理，烧结处理温度为1000
‑
1200℃，烧结处理时间为30
‑
60min，即得氧化锆复合定径水口。
41.实施例三：
42.本发明实施例提供一种用于氧化锆复合定径水口的耐火材料，该纯氧化锆定径水口包括水口本体以及位于水口本体内部的抗冲刷复合层，抗冲刷复合层包括以下重量份原料：二铝酸钙50份、稳定性氧化锆30份、纳米石墨烯6份、氮化硅20份、氧化镁8份、氧化铬9份、高铝矾土16份、硅线石5份、酚醛树脂4份。
43.本发明中，氧化锆复合定径水口的制备方式包括以下步骤：
44.s1、按照重量份称取二铝酸钙、高铝矾土与硅线石，破碎后加入稳定性氧化锆、纳米石墨烯、氮化硅、氧化镁、氧化铬以及酚醛树脂；
45.s2、将上述物料混匀后等静压成型，然后对混合物料进行烧结处理，烧结处理温度为800
‑
1000℃，烧结处理时间为20
‑
40min；
46.s3、将上述烧结物料破碎至所需粒度，物料粒度为100
‑
200目，然后将破碎后的烧结物料混匀后碾压成泥；
47.s4、将上述成泥物料与水口本体内壁复合，然后进行烧结处理，烧结处理温度为1000
‑
1200℃，烧结处理时间为30
‑
60min，即得氧化锆复合定径水口。
48.本发明，耐火材料可防止中间罐注流的二次氧化和钢水飞溅；避免结晶器保护渣卷入钢液；改善注流在结晶器内的流动状态和热流分布，从而促使结晶器内坯壳的均匀生长，有利于钢中气体和夹杂物的排除；氧化锆复合定径水口对提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作、防止铸坯表面缺陷等方面，都有显著成效。
49.本发明中，对制备的耐火材料进行测试，测试耐火材料的耐压强度、抗折强度、抗热震性能以及抗冲刷性能，与现有技术中的耐火材料进行对比(对比例)，其结果如下表1所示：
[0050][0051]
表1
[0052]
由上述可知，本发明，通过在水口本体内部复合抗冲刷复合层，由于合理的使用抗冲刷复合层制备材料，从而提高了定径水口的耐压强度、抗折强度、抗热震性能以及抗冲刷性能，连铸过程中降低了钢水中夹杂物含量，从而提高了连铸坯质量。
[0053]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0054]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。