專利名稱：具有能形成不透氣層的外層的注塞桿的制作方法
在連續(xù)鑄鋼中，耐熱材料塊被用于引導(dǎo)及調(diào)控鋼水的流動(dòng)。注塞桿特別用于調(diào)控和/或阻擋鋼水自鋼水包流向分配器以及從分配器流向連續(xù)鑄模。耐熱材料的使用條件甚為惡劣。它須經(jīng)受熱應(yīng)變、鋼水腐蝕、氧化以及因耐熱材料成分與鋼接觸相互作用所導(dǎo)致的所有反應(yīng)。
所使用的耐熱材料一般含碳。它們經(jīng)常使用碳連結(jié)并含有一些耐熱氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋯、陶土、氧化鎂、二氧化硅、碳化硅及其它致密顆粒(grain dense)。這些耐熱材料一般還含有相當(dāng)量的 石墨、無定形石墨、炭黑形式的碳以及從所用的粘合劑獲得的附加量碳。
本發(fā)明涉及一種注塞桿，它包括由含碳耐熱材料制成的、末端為一個(gè)桿頭的桿身。
此類注塞桿是已知的(GB-A-2,095,612)。它具有一個(gè)桿身，以及一個(gè)位于桿身末端的、由不同于桿身材料制成的加強(qiáng)桿頭。桿身與桿頭材料在一次操作中被共同壓縮成形。換言之，兩種不同成分的粉末，例如用于桿身的石墨氧化鋁與用于桿頭的氧化鋯或氧化鎂，同時(shí)引入同一個(gè)模具中，然后同時(shí)壓縮和煅燒。
但是，在此類注塞桿中，氧化鋁、氧化鋯和/或氧化鎂顆粒之間的結(jié)合是通過碳連結(jié)，即其中包含在混合物中的碳通過熱聚合形成包裹住不同顆粒的空間點(diǎn)陣。
高氧含量的腐蝕性鋼現(xiàn)被澆鑄，它們通常未用鋁或硅脫氧或者未完全脫氧，腐蝕此類注塞桿的桿頭。這導(dǎo)致注塞桿壽命縮短并需要經(jīng)常更換。
另一方面，化合物尤其是氣體化合物之間會發(fā)生反應(yīng)，所述化合物能在高溫下在構(gòu)成桿頭的耐熱材料內(nèi)和鋼水內(nèi)產(chǎn)生。舉例來說，一氧化碳還原存在于桿頭表面的鋼水中的某些元素，并在這個(gè)表面上生成特別是氧化鋁的氧化物沉淀物。氧化物沉積逐漸妨礙對澆注通道的嚴(yán)密堵塞。
本發(fā)明的目的物正是一種克服了上述缺點(diǎn)的注塞桿。它提供了一種注塞桿，能防止其中化合物尤其是氣體化合物之間的反應(yīng)，所述化合物能在高溫下在構(gòu)成桿頭的耐熱材料以及鋼水中產(chǎn)生。
按照本發(fā)明，通過使桿頭包括一個(gè)部分或者完全包覆的外層而實(shí)現(xiàn)了上述結(jié)果。當(dāng)其被加熱至1000℃以上時(shí)，該層能形成一個(gè)燒結(jié)、致密、不透氣的氧化層。
由于該層的存在，桿頭對于未脫氧或未完全脫氧的鋼水的耐腐蝕性增強(qiáng)相當(dāng)多。注塞桿的使用壽命延長，因此為使用者帶來了很大的節(jié)省開支的經(jīng)濟(jì)效益。
同樣避免了桿頭表面的氧化物沉積，所以對鋼水的調(diào)控不受影響。即使在長的澆注序列之后，對澆注口的嚴(yán)密堵塞的仍是可能的。
桿頭外層優(yōu)選由含有燒結(jié)前體的一種耐熱材料組成。這些前體被設(shè)計(jì)為有利于燒結(jié)現(xiàn)象，即顆粒與顆粒之間的連結(jié)。它使得在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，并在較短的時(shí)間內(nèi)完成。
燒結(jié)前體特別地選自氧化鋁、活性氧化鋁、煅制二氧化硅、陶土、氧化物的細(xì)小顆粒(＜50微米)。桿尖外層優(yōu)選由含至少4％(重量)至多9％(重量)碳的材料制成，包括含于所使用的粘結(jié)劑中的碳；其中1.5-6％(重量)為石墨形態(tài)。理想地、碳的總量按重量計(jì)不超過5％。
該外層可以由獨(dú)立于注塞桿之外制造的套組成，然后組合到注塞桿上；它還可以與桿身同時(shí)壓合制成。
優(yōu)選采用同一種粘接劑以便粘合注塞桿的桿身材料以及外層材料。采用同一粘接劑在壓合制造注塞桿中帶來更大的方便。事實(shí)上，在后一種情形之下采用兩種不同的粘接劑壓合注塞桿是很困難的，甚至不可能。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，桿頭外層材料會有降低透氣性的試劑。這些試劑優(yōu)選選自金屬加合物特別是硅加合物、硼砂、碳化硅、碳化硼。這些降低透氣性的試劑的目的在于加入到燒結(jié)桿尖外層時(shí)，形成的不透氣致密氧化物層，形成一個(gè)降低了透氣性的層。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，外層含有至少80％的氧化鋁。其厚度不超過10毫米，且該不透氣的致密燒結(jié)層的厚度不超過5毫米。
本發(fā)明還涉及一種制造本發(fā)明注塞桿的方法。按照此方法，在一個(gè)熱處理步驟中，在桿尖表面形成一個(gè)致密不透氣的燒結(jié)層。該熱處理步驟優(yōu)選通過將桿尖置于1000℃下少于20分鐘。該熱處理步驟可以在注塞桿預(yù)熱期間或者預(yù)熱之前進(jìn)行。
參照附圖，通過閱讀下述非限制性實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特點(diǎn)及好處將會了然。附圖中-

圖1是按照本發(fā)明的注塞桿的縱向剖面圖；-圖2及圖3是圖1代表的注塞桿桿尖的部分放大視圖；-圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的注塞桿形成致密不透氣燒結(jié)層的優(yōu)選使用的預(yù)熱方式的示意圖。
圖1中，注塞桿包括一個(gè)長形的桿身2。由于壓合芯的存在致使桿身留有一軸心通道3。軸心通道3從注塞桿上端延伸至距其下端很小一段距離處。桿身的上端可與未示出的裝置相連，接合到一個(gè)升降機(jī)構(gòu)上，以便于垂直移動(dòng)注塞桿，調(diào)控鋼水的流動(dòng)。
在注塞桿的下端有一圓形桿尖5。注塞桿桿身由常規(guī)耐熱材料制成。所述耐熱材料舉例如含20-30％碳或者一種或多種耐熱氧化物的材料，所述氧化物如氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鎂等。
桿尖5的外層4由低石墨含量的耐熱材料組成，該材料的總灼燒損失小于9％。這表明當(dāng)該材料在注塞桿預(yù)熱階段中被氧化時(shí)，它所含有的石墨以及粘結(jié)劑中的碳含量為耐熱材料重量的9％或更少。另一方面，外層4含有大量氧化物耐熱材料例如氧化鋁。最后，構(gòu)成桿頭的外層4的材料含有燒結(jié)前體，特別是煅燒氧化鋁、活性煅燒氧化鋁、煅制二氧化硅或者陶土。氧化物耐熱材料的總量為至少等于80％。燒結(jié)前體一般是小粒徑顆粒，即高比表面顆粒。這種就增大了顆粒之間的接觸面積。煅燒氧化鋁的比表面大。而活性煅燒氧化鋁的比表面更大。煅制二氧化硅導(dǎo)致了氧化鋁和二氧化硅之間的用于形成模來石的反應(yīng)。隨著模來石化，層4實(shí)現(xiàn)了致密化。陶土類體系在一較低溫度，1000-1100℃，同樣形成陶土粘結(jié)。
由于一種或多種燒結(jié)前體的存在，可以在較低溫度例如1000℃，形成二氧化鋁顆粒之間的粘結(jié)(陶土粘結(jié))。該層致密、堅(jiān)硬且具有極小直徑的孔。故此它不透氣。該層優(yōu)選在注塞桿預(yù)熱過程中形成，但亦可在此前形成。預(yù)熱操作可以氧化含于外層4中的碳，因此而將它除去。這樣就得到位于桿尖5外表面的脫碳層。應(yīng)該指出的是該脫碳層厚度很小。舉例言之，如果外層4厚10毫米，則脫碳層厚度典型地為3毫米，最大5毫米。這樣顯然外層4的相當(dāng)大的厚度部分在預(yù)熱時(shí)并未脫碳。事實(shí)上在這一操作中可以同時(shí)觀察到兩個(gè)現(xiàn)象。一方面，碳的含量愈高，增加材料層透氣性的碳被氧化的比例就愈大；這正是材料層碳含量一般不應(yīng)高，任何情況下均不應(yīng)高于9％的原因。另一方面，碳被氧化的同時(shí)發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象，它相反地傾向于形成不透氣層，防止對耐熱材料內(nèi)部進(jìn)一步脫碳。為了使注塞桿滿意地運(yùn)行，應(yīng)使表層的燒結(jié)迅速超過其中的氧化反應(yīng)。這就是提供上述燒結(jié)前體以便于和加速燒結(jié)的原因。
圖1所示的注塞桿通過所謂的各向同性共擠壓的方法制得。兩種混合物，其一對應(yīng)于注塞桿的桿身2的成分，另一種對應(yīng)于外層4的成分，同時(shí)被置于一具有軸芯的彈性模具中，所述軸芯用于最后形成對應(yīng)的通道3。在一臺各向同性擠壓機(jī)中實(shí)現(xiàn)組合。對桿身2及外層4使用同一粘結(jié)劑。使用同一粘結(jié)劑具有很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗箟K間粘結(jié)更牢，并保證桿身2與外層4之間粘結(jié)更好。
圖2及圖3表示了圖1所示的注塞桿的一部分在預(yù)熱操作前(圖2)及預(yù)熱操作后(圖3)的情況。圖2中，對應(yīng)于注塞桿桿身的層2與對應(yīng)于外層厚度的層4在預(yù)熱前可以區(qū)別出來。圖3中形成桿身的層2保持不變。相反地，其后層4轉(zhuǎn)變成層4a及層4b，層4b構(gòu)成了上述不透氣的致密燒結(jié)氧化層，層4b因?yàn)楸粚?a保護(hù)而未被氧化。其成分從而保持與預(yù)熱前的相同。結(jié)果顯然的是，開始時(shí)僅由兩個(gè)不同層組成的桿尖(busette)，現(xiàn)在含有三個(gè)不同的層。還優(yōu)選在層4中加入降低透氣性的試劑。這些不透氣試劑例如金屬硅化物、硼砂、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)。這些試劑的目的在于降低層4b的透氣性，以形成防止氣體在鋼水包或分配器中的鋼水與耐熱材料桿身2之間流通的輔助屏障。
圖4所示是預(yù)熱本發(fā)明注塞桿的正確方式。按照曲線A，迅速將注塞桿加熱至至少1000℃。該溫度在耐熱材料內(nèi)部的通道3內(nèi)測定。這一操作在短于20分鐘內(nèi)完成。事實(shí)上，如前所述，在預(yù)熱過程中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)現(xiàn)象一方面是層內(nèi)碳的氧化，另一方面是形成致密燒結(jié)層。如果圖3中所示的致密不透氣燒結(jié)層不是迅速形成，氧化將繼續(xù)到外層4的整個(gè)厚度，并同樣能達(dá)到桿身2。為使這種情況不會發(fā)生，應(yīng)迅速升溫至燒結(jié)溫度，即至少1000℃的溫度，如圖4所示。因此必需使所用燃料足以充分預(yù)熱之，以迅速達(dá)到這一溫度。曲線B表示一種過于慢的升溫方式。燒結(jié)所需的1000℃的溫度在這種條件下需要很長時(shí)間才能達(dá)到，明顯超過20分鐘。這種條件下外層4脫碳過量，不可能得到氣密性足夠好的層。曲線C中，升溫迅速但是最高溫度低于1000℃。結(jié)果，在這種情況下同樣不能使層4a燒結(jié)。
實(shí)施例下面給出構(gòu)成按照本發(fā)明的燒結(jié)層的一種混合物的成分實(shí)例，以及該層在燒結(jié)和氧化之前的物理性質(zhì)。成分％重量片狀氧化鋁(Al2O3)66煅制氧化鋁(Al2O3)21石墨(C)2粘結(jié)劑 6金屬硅化物 3陶土 1煅制二氧化硅 1100物理性質(zhì)室溫?cái)嗔涯Ａ? 10.40Mpa密度 2.913孔率(％) 16.190比重(g/cm3) 3.475彈性模量 23.02Gpa加熱斷裂模量 4.34Mpa
權(quán)利要求
1.注塞桿，它包括一個(gè)用含碳耐熱材料制成的末端為桿尖(5)的桿身(2)，其特征在于它包括一個(gè)部分地或全部地包覆桿尖(5)的外層(4)，所述外層(4)在加熱至1000℃以上時(shí)能形成一個(gè)不透氣的致密燒結(jié)氧化層(4a)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的注塞桿，其特征在于該外層(4)由含燒結(jié)前體的耐熱材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的注塞桿，其特征在于該燒結(jié)前體選自煅燒氧化鋁、活性煅燒氧化鋁、煅制二氧化硅、陶土、氧化物細(xì)顆粒(＜50微米)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于該外層(4)由含至少4％、至多9％重量碳的耐熱材料制成，其中1.5-6％為石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于外層(4)由與桿身(2)分開制造的鑲嵌件構(gòu)成，然后再與桿身組合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于該外層(4)為與注塞桿的桿身(2)共擠壓制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于在構(gòu)成注塞桿的桿身(2)的材料和構(gòu)成外層(4)的材料中使用同一種粘結(jié)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于外層(4)的材料中含有降低透氣性的試劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中的注塞桿，其特征在于所述降低透氣性的試劑選自金屬加合物(additions metalliques)尤其是硅加合物、硼砂、碳化硅、碳化硼、氮化硼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于該外層(4)含有至少80％的氧化鋁。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于該外層(4)厚度小于10毫米。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的注塞桿，其特征在于該不透氣的致密燒結(jié)外層(4a)厚度小于5毫米。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述注塞桿的制造方法，其特征在于一個(gè)加熱處理步驟中形成該不透氣的致密燒結(jié)層(4a)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于該熱處理步驟由將注塞桿加熱至1000℃至多20分鐘而實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其特征在于該熱處理步驟由預(yù)熱注塞桿的步驟完成。
全文摘要
鑄鋼用的注塞桿，它具有一個(gè)用含有碳的一種耐熱材料制成的桿頭(5)結(jié)尾的桿身(2)。一個(gè)外層(4)部分地或全部地覆蓋著桿頭(5)。這個(gè)外層(4)能形成一被氧化致密不透氣的燒結(jié)層，當(dāng)它達(dá)到一個(gè)大于1000℃的溫度時(shí)。外層(4)優(yōu)選是由含有一些燒結(jié)前體的一種耐熱材料構(gòu)成，例如煅燒氧化鋁，活性煅燒氧化鋁煅制二氧化硅陶土。
文檔編號B22D41/18GK1167453SQ9519650
公開日1997年12月10日 申請日期1995年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月28日
發(fā)明者E·漢斯 申請人:維蘇威烏斯法國公司