一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鑄鋼用長水口，具體涉及一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體及其制備工 -H- 〇
【背景技術】
[0002] 長水口安裝于盛鋼桶下方，是鋼水由盛鋼桶注入中間包的AhO3-C質(zhì)圓筒形通道， 起著導流、防止鋼水二次氧化和飛濺的作用。它是實現(xiàn)鋼水保護澆鑄以提高鋼坯質(zhì)量的重 要功能耐火材料，其使用情況將直接影響到整個連鑄過程能否正常進行。然而在鋼水澆注 初期，當熾熱的鋼水流經(jīng)長水口時，會在其內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應力，從而導致其開裂。因此， 長水口在使用前必須預熱至HKKTC以上，而這不僅消耗能源、惡化操作環(huán)境，而且導致其更 換操作繁瑣、費時。免預熱長水口的開發(fā)是解決該問題的關鍵。
[0003] 目前，廣泛應用的免預熱復合結構長水口的本體采用鋁碳材料，內(nèi)襯采用無碳材 料。其機理是：隔熱內(nèi)襯具有較小的導熱系數(shù)，它降低了長水口內(nèi)側的溫度上升速度;而本 體又具有較高的導熱系數(shù)，它的快速傳熱作用使長水口內(nèi)壁與外壁之間的溫差較快地得到 緩解，從而有效降低了熱應力的短期集聚，以防止其發(fā)生開裂。此外，當復合結構長水口的 內(nèi)襯較厚時，還要求其自身具有較高的抗熱震性能。材質(zhì)和制造工藝的改善，是提高長水口 隔熱內(nèi)襯抗熱震性能的有效手段。
[0004]研究表明，當隔熱內(nèi)襯的材質(zhì)一定時，增加其中氣孔量是降低其導熱系數(shù)的有效 方法。此外，在隔熱內(nèi)襯中引入更多的氣孔，可降低其彈性模量，從而提高其抗熱震性能。在 隔熱內(nèi)襯中引入更多的氣孔，一種方法是在內(nèi)襯材料中摻加氧化鋁或氧化鋯空心球，但由 于空心球的強度很低，在長水口成型時易被壓碎而起不到應有的效果。另一種方法是在內(nèi) 襯材料中摻加適量石墨，待長水口燒成后，再向其內(nèi)孔中通入空氣，對內(nèi)襯進行氧化脫碳處 理。雖然該方法的效果較好，但其工藝過程較為繁瑣且不易控制。
[0005] 為滿足鋼廠對免預熱長水口的需求，本申請從材質(zhì)與制造工藝的改善，以及微氣 孔的引入兩種方法著手，開發(fā)研制了一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體及其制備工藝。該內(nèi)襯復合 體具有較低的導熱系數(shù)，使長水口不需預熱，且能夠長時間保持良好的抗熱震性、耐鋼液沖 刷。
[0007] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案為:一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體， 由骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料、碳酸鎂和酚醛樹脂組成，各物料的重量百分比為:骨料 30~50%、輕燒氧化鋁10~15%、高溫預合成料30~50%、碳酸鎂10~15%，酚醛樹脂的加入量為骨 料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料和碳酸鎂總重量的6~10%，其中，高溫預合成料為Al 2O3-MgO-TiO2合成料;所述內(nèi)襯復合體內(nèi)部含有Al1.SMgtL 1TiL1O5相。
[0008] 進一步地，高溫預合成料由以下工藝制備而成：采用重量百分比依次為40~60%的 Al2O3粉、5~10%的MgO粉、30~50%的TiO2粉混合16h以上，置于高溫爐中，在1500~1800°C下保 溫3~6h，其中，Al2O3粉、MgO粉和TiO2粉的平均粒度均不大于10微米。
[0009] 本發(fā)明中，骨料由以下工藝制備而成：（1)、按照1:3:3的重量比，稱取微膠囊粉、二 氧化鈦和無水乙醇，混合后在45KHz的頻率下超聲分散25min，然后在真空度為0.098MPa的 真空條件下進行抽濾，當不再有乙醇液滴滴落時停止抽濾，取出濾出物，置于烘箱中，依次 進行30°CX6h的烘干和50°C X20min的預熱，取出預熱后的物料并將其置于壓力機中在 2MPa壓力下預壓5min，然后再在5MPa、150~160°C條件下熱壓30min，自然冷卻至室溫后，制 得二氧化鈦微膠囊粉，備用； (2 )、采用重量百分比依次為60~70%的電熔剛玉、28~34%的鎂砂、2~6%的二氧化鈦微膠 囊粉進行混合，并加入重量占電熔剛玉、鎂砂和二氧化鈦微膠囊粉總重量1~2.5%的外加劑， 混合1.5h后，在110~115°C下預熱3~5h，然后在1400~1600°C下保溫2~3h。
[0010] 本發(fā)明中，所述碳酸鎂中的雜質(zhì)含量不大于其自重的5%，平均粒度不大于5微米。
[0011] -種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體的制備工藝，按照上述的重量百分比稱取骨料、 輕燒氧化鋁、高溫預合成料、碳酸鎂和酚醛樹脂，混合并攪拌均勻后，置于造粒機中制成混 合顆粒，將混合顆粒通過冷等靜壓機壓制成內(nèi)襯復合體。
[0012] 本發(fā)明中，二氧化鈦微膠囊粉粒子具有應力集中的平衡效應，能夠吸收長水口在 使用過程中的沖擊力，使其收縮變形量減小;二氧化鈦微膠囊粉的高流動性和小尺寸效應， 使內(nèi)襯表面更加致密細潔，且使內(nèi)襯的抗渣性大大增強。微膠囊化使得二氧化鈦微粒相互 隔離，促進其在骨料中的分散，可大量吸收摩擦熱，起到延緩長水口溫度上升的作用;而且， 二氧化鈦使內(nèi)襯復合體應用在長水口上時，降低玻璃相和結晶相的晶粒尺寸。
[0013] 本發(fā)明的內(nèi)襯復合體應用在長水口上時，碳酸鎂在540°C以上開始發(fā)生分解反應， 生成MgO并釋放出C02,形成大量微氣孔，從而可有效降低內(nèi)襯材料的導熱系數(shù)和彈性模量。 上述形成的MgO進一步與輕燒氧化鋁反應，生成原位鎂鋁尖晶石。
[0014]有益效果:該內(nèi)襯復合體含有大量均勻分布的微氣孔，因而具有比普通的Al2O3-C 材料低得多的熱導率。其中，含有的Al1.sMgo. Ji1. W5相，提高了材料的抗熱震性。該內(nèi)襯材 料起到了一個熱阻斷的作用，可有效降低長水口本體在鋼水開始澆注時所受到的熱應力； 本發(fā)明不含熔融石英，在使用過程中又經(jīng)熱處理和使用過程中的原位反應燒結，能夠較好 地抵抗鋼液的沖刷和蝕損;該內(nèi)襯材料具有較低的熱膨脹率和彈性模量，因而其自身熱膨 脹所產(chǎn)生的熱應力對長水口本體影響較小。此外，因該內(nèi)襯材料與本體材料在力學性能上 存在差異，所以它們之間的界面還能起到抑制裂紋擴展的作用。
【附圖說明】
[0015] 圖1為結合本發(fā)明內(nèi)襯復合體制備的長水口結構示意圖。
[0016] 附圖標記:1、長水口本體;2、內(nèi)襯復合體。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合具體實施例對本發(fā)明的長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體及其制備工藝作進 一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不 作為對本發(fā)明的限定。
[0018] -種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體，由骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料、碳酸鎂和 酚醛樹脂組成，各物料的重量百分比為:骨料30~50%、輕燒氧化鋁10~15%、高溫預合成料30~ 50%、碳酸鎂10~15%，酚醛樹脂的加入量為骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料和碳酸鎂總重量 的6~10%，其中，高溫預合成料為Al 2O3-MgO-TiO2合成料；所述內(nèi)襯復合體內(nèi)部含有 Ali.8Mgo.iTii.i〇5 相。
[0019] 其中，所述碳酸鎂中的雜質(zhì)含量不大于其自重的5%，平均粒度不大于5微米。
[0020] 實施例1 一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體的制備工藝，該內(nèi)襯復合體由骨料、輕燒氧化鋁、高溫 預合成料、碳酸鎂和酚醛樹脂組成，各物料的重量百分比為:骨料40%、輕燒氧化鋁10%、高溫 預合成料40%、碳酸鎂10%，酚醛樹脂的加入量為骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料和碳酸鎂 總重量的8%，其中，高溫預合成料為Al 2O3-MgO-TiO2合成料；所述內(nèi)襯復合體內(nèi)部含有 Al1.SMgtx1TiuO5相，包括以下步驟： 步驟一、按照1:3:3的重量比，稱取微膠囊粉、二氧化鈦和無水乙醇，混合后在45KHz的 頻率下超聲分散25min，然后在真空度為0.098MPa的真空條件下進行抽濾，當不再有乙醇液 滴滴落時停止抽濾，取出濾出物，置于烘箱中，依次進行30°C X 6h的烘干和50°C X 20min的 預熱，取出預熱后的物料并將其置于壓力機中在2MPa壓力下預壓5min，然后再在5MPa、150 °C條件下熱壓30min，自然冷卻至室溫后，制得二氧化鈦微膠囊粉，備用； 步驟二、采用重量百分比依次為65%的電熔剛玉、31%的鎂砂、4%的二氧化鈦微膠囊粉進 行混合，并加入重量占電熔剛玉、鎂砂和二氧化鈦微膠囊粉總重量1.5%的外加劑，混合1.5h 后，在115 °C下預熱3h，然后在1600 °C下保溫2h，制得骨料，備用； 步驟三、采用重量百分比依次為60%的Al2O3粉、10%的MgO粉、30%的TiO 2粉混合20h，置于 高溫爐中，在1800°C下保溫3h，制得高溫預合成料;其中，Al2O3粉、MgO粉和TiO 2粉的平均粒 度均不大于10微米； 步驟四、按照所述的重量百分比稱取步驟二制備的骨料、輕燒氧化鋁、步驟三制備的高 溫預合成料、碳酸鎂和酚醛樹脂，混合并攪拌均勻后，置于造粒機中制成混合顆粒，將混合 顆粒通過冷等靜壓機壓制成內(nèi)襯復合體。
[0021] 實施例2 一種長水口用抗熱震內(nèi)襯復合體的制備工藝，該內(nèi)襯復合體由骨料、輕燒氧化鋁、高溫 預合成料、碳酸鎂和酚醛樹脂組成，各物料的重量百分比為:骨料40%、輕燒氧化鋁15%、高溫 預合成料30%、碳酸鎂15%，酚醛樹脂的加入量為骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料和碳酸鎂 總重量的10%，其中，高溫預合成料為Al 2O3-MgO-TiO2合成料；所述內(nèi)襯復合體內(nèi)部含有 Al1.SMguTiL1O5相。按照所述的重量百分比稱取骨料、輕燒氧化鋁、高溫預合成料、碳酸鎂 和酚醛樹脂，混合并攪拌均勻后，置于造粒機中制成混合顆粒，將混合顆粒