本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具體涉及一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板及制備方法。

背景技術(shù)：

1、薄帶連鑄是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)減碳的重要手段，沙鋼集團在引進紐柯鋼鐵雙輥薄帶技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了進一步的創(chuàng)新，已擁有4條世界上生產(chǎn)指標最好的生產(chǎn)線，已實現(xiàn)商業(yè)化運營；與此同時，功能耐火材料支撐著現(xiàn)代冶金的高效運行，特別是薄帶連鑄流程，布流器和側(cè)封板極大地支撐薄帶連鑄工藝的運行；薄帶連鑄側(cè)封板是側(cè)封技術(shù)的核心，其主要作用是與鑄輥配合形成熔池，防止鋼水側(cè)漏，并要求具有優(yōu)異的自潤滑性與抗熱震性，還須具備抗鋼液侵蝕與耐帶材摩擦磨損。

2、側(cè)封板材質(zhì)經(jīng)歷了系列演變，當前側(cè)封板采用bn-zro2-sic熱壓陶瓷已成為主流，因為其兼具抗熱震性、抗鋼液侵蝕性、耐摩擦磨損性，仍然存在以下幾種問題：

3、（1）材料燒成溫度高，雖然氧化鋯能夠降低bn的燒成溫度，但是效果并不明顯，但是燒成溫度普遍在1600℃，制備成本高。

4、（2）引入液相燒結(jié)助劑雖以夠顯著降低材料的燒結(jié)果溫度，但是仍然能夠在bn陶瓷材料中有殘留，進而影響了高溫服役性能，尤其是抗鋼液侵蝕性。

5、（3）側(cè)封板導熱系數(shù)高，側(cè)封板厚度為（25~35mm），其冷面與熱面溫度梯度大，導致熱面容易出現(xiàn)冷鋼及結(jié)渣。

6、（4）研究顯示bn的氧化是鋼液侵蝕、帶材磨損的關(guān)鍵步驟，當前bn陶瓷側(cè)封板抗氧化性有待提高。

7、當前薄帶連鑄連澆爐次顯著低于傳統(tǒng)板坯連鑄，主要受到側(cè)封板的服役壽命所制約，因此提高側(cè)封板服役性能對于薄帶連鑄工業(yè)的發(fā)展有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板及制備方法，使其具有燒成溫度低、高溫力學性能優(yōu)、抗氧化性能好的特點，特別是能夠解決困擾側(cè)封板抗初生坯殼氧化磨損性能不足的問題，同時滿足薄帶連鑄對側(cè)封板抗鋼液侵蝕、抗鋼液熱沖擊、自潤滑等服役要求。

2、本發(fā)明為完成上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

3、一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板，復相陶瓷側(cè)板封板的制備原料及重量百分比為：氮化硼?50～60%，氧化鋁30～35%，碳酸鈣3～5%，碳化硼5～10%；其中氮化硼的尺寸為兩種，其中大粒徑d50＞10μm，加入量40%～50%，小粒徑bn鱗片d50＞1μm，加入量10%～15%；所述的氧化鋁為納米氧化鋁，d50＜1μm；納米碳酸鈣，d50＜1μm，碳化硼為1000目。

4、氮化硼與氧化鋁采用的分散劑分別為glydol?n1055，fs20，兩者的加入量分別占所分散的原料重量的0.5%、0.1%。

5、一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板的制備方法為：按照配比將小粒徑的氮化硼、納米氧化鋁、納米碳酸鈣、glydol?n1055、fs20、以及占上述固體與大粒徑氮化硼總質(zhì)量45-55%的去離水一起到入攪拌球磨機中中進行攪拌球磨：球料重量比＞2，球磨時間5～10h，保證原料能夠分散，特別是納米氧化鋁與碳酸鈣的分散，再加入大粒徑氮化硼到攪拌球磨機中球磨，球磨時間30～60min；然后將上述分散好的漿料經(jīng)噴霧干燥機進行干燥獲得≤0.5mm的粉料；然后將上述原料放置在鋼制模具在進行壓塊，初次冷壓的預壓壓力60～70mpa，調(diào)轉(zhuǎn)壓力面再次進行冷壓壓制，壓力120～150mpa，最后再調(diào)轉(zhuǎn)壓力面將生坯再置入相應(yīng)的石墨模具中進行熱壓燒結(jié)，熱壓爐內(nèi)真空度＜100pa。

6、復相陶瓷側(cè)封板熱壓燒結(jié)的制度為：第一階段：升溫時間30-60min，溫度升至200℃后保溫2-4h；第二階段：升溫時間50-150min，溫度升至1000℃后保溫2-4h，壓力10mpa；第三階段：升溫時間50-150min，溫度升至1400-1500℃后保溫1-4h，壓力20-30mpa。

7、本發(fā)明提出的一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板及制備方法，采用了先冷壓再熱壓的方式，避免了氮化硼出現(xiàn)定向排布；因鱗片狀氮化硼在燒壓燒結(jié)過程中會產(chǎn)生層狀排布，特別是鱗片越大，層狀效應(yīng)愈加明顯，因此側(cè)封板在受到熱沖擊時通常在層狀方向上出現(xiàn)裂紋；冷壓時出現(xiàn)了定向排布，而在熱壓時調(diào)控了受力面，原先的這種定向排布被有效打破，避免出現(xiàn)層效應(yīng)；

8、復相陶瓷側(cè)封板在熱壓燒結(jié)800～900℃時含有的碳酸鈣在階段分解，分解后形成的cao與bn中的少量的b2o3形成低熔物，液相量相較于原b2o3的量顯著提高，液相能夠進一步促進小粒徑氮化硼鱗片溶解-沉淀，并在大粒徑氮化硼鱗片周邊析出，不斷促進氮化硼燒結(jié)長大；大量的大粒徑鱗片狀氮化硼交錯、穿插分布，有效提升了bn基陶瓷側(cè)封板的韌性，進而提高抗熱震性。

9、復相陶瓷側(cè)封板在熱壓燒結(jié)1300℃以上階段時，在還原氣氛下，鈣硼玻璃相顯著分解、揮發(fā)，而體系內(nèi)大量的cao則與剛玉發(fā)生固溶反應(yīng)：cao+al2o3=?cao*6al2o3（簡寫ca6），其是?cao-al2o3二元系統(tǒng)中抗水化性最好、熔點最高的二元化合物；ca6?晶粒生長的各向異性及與al2o3相近的平均熱膨脹系數(shù)，其片狀晶形與氮化硼類似，相互穿插，能改善材料的力學性能與韌性；同時，由于?ca6?熔點較高（熔融溫度約1830?℃），在高溫還原氣氛下有很好的穩(wěn)定性，在含氧化鐵渣中的溶解性低等一系列優(yōu)良性能；其次是ca6導熱系數(shù)低，所述的復相陶瓷側(cè)封板內(nèi)部形成的大量六鋁酸鈣可以有效降低側(cè)封板的導熱系數(shù)，進而抑制側(cè)封板熱面（與鋼液接觸面）冷鋼或是渣團的形成。

10、本發(fā)明引入了大量大粒徑氮化硼鱗片提高側(cè)封板陶瓷韌性與抗鋼液熱沖擊性，同時采用多個方向壓制使得氮化硼鱗片相互穿插，并能消除層狀效應(yīng)；同時引入的b4c提升側(cè)封板的抗氧化性，在服役過程中同時側(cè)封板熱面（鋼液、帶材接觸區(qū)）的bn或b4c發(fā)生氧化后形成b2o3，而當體系內(nèi)含有較多的al2o3時，能夠形成鋁硼酸鹽，能夠有效減緩b2o3的揮發(fā)，進而對能夠減緩或抑制氧化的持續(xù)進行，特別是能夠形成高熔點的9al2o3?*2b2o3能夠提升變質(zhì)層抵抗鋼液導致的侵蝕或沖蝕；初生帶材凝固殼區(qū)域溫度較低，bn、b4c氧化后以熔融態(tài)的b2o3形式存在，本發(fā)明所述的復相陶瓷側(cè)封板含量大量的9al2o3，形成高熔點的硼鋁酸鹽后，可以進一步改善抗機械磨損能力，側(cè)封板帶材區(qū)一旦形成9al2o3?*2b2o3后，也能夠顯著提升耐機械磨損性，因此能夠降低磨損速率，進而提高側(cè)封板服役壽命，使得側(cè)封板服役壽命從現(xiàn)有的6爐提升至9爐以上；由上可以看出所述的復相陶瓷側(cè)封板燒成溫度低，高溫服役性能優(yōu)，具有推廣應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板，其特征在于：復相陶瓷側(cè)板封板的制備原料及重量百分比為：氮化硼?50～60%，氧化鋁30～35%，碳酸鈣3～5%，碳化硼5～10%；其中氮化硼的尺寸為兩種，其中大粒徑d50＞10μm，加入量40%～50%，小粒徑bn鱗片d50＞1μm，加入量10%～15%；所述的氧化鋁為納米氧化鋁，d50＜1μm；納米碳酸鈣，d50＜1μm，碳化硼為1000目。

2.如權(quán)利要求1所述的一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板，其特征在于：氮化硼與氧化鋁采用的分散劑分別為glydol?n1055，fs20，兩者的加入量分別占所分散的原料重量的0.5%、0.1%。

3.制備權(quán)利要求1-2任一權(quán)利要求所述一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板的制備方法，其特征在于：按照配比將小粒徑的氮化硼、納米氧化鋁、納米碳酸鈣、glydol?n1055、fs20、以及占上述固體與大粒徑氮化硼總質(zhì)量45-55%的去離水一起到入攪拌球磨機中中進行攪拌球磨：球料重量比＞2，球磨時間5～10h，保證原料能夠分散，特別是納米氧化鋁與碳酸鈣的分散，再加入大粒徑氮化硼到攪拌球磨機中球磨，球磨時間30～60min；然后將上述分散好的漿料經(jīng)噴霧干燥機進行干燥獲得≤0.5mm的粉料；然后將上述原料放置在鋼制模具在進行壓塊，初次冷壓的預壓壓力60～70mpa，調(diào)轉(zhuǎn)壓力面再次進行冷壓壓制，壓力120～150mpa，最后再調(diào)轉(zhuǎn)壓力面將生坯再置入相應(yīng)的石墨模具中進行熱壓燒結(jié)，熱壓爐內(nèi)真空度＜100pa。

4.如權(quán)利要求3所述一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板的制備方法，其特征在于：復相陶瓷側(cè)封板熱壓燒結(jié)的制度為：第一階段：升溫時間30-60min，溫度升至200℃后保溫2-4h；第二階段：升溫時間50-150min，溫度升至1000℃后保溫2-4h，壓力10mpa；第三階段：升溫時間50-150min，溫度升至1400-1500℃后保溫1-4h，壓力20-30mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板及制備方法。一種雙輥薄帶連鑄用復相陶瓷側(cè)封板，其特征在于：復相陶瓷側(cè)板封板的制備原料及重量百分比為：氮化硼50～60%，氧化鋁30～35%，碳酸鈣3～5%，碳化硼5～10%；其中氮化硼的尺寸為兩種，其中大粒徑d<subgt;50</subgt;＞10μm，加入量40%～50%，小粒徑BN鱗片d<subgt;50</subgt;＞1μm，加入量10%～15%；所述的氧化鋁為納米氧化鋁，d<subgt;50</subgt;＜1μm；納米碳酸鈣，d<subgt;50</subgt;＜1μm，碳化硼為1000目。本發(fā)明使其具有燒成溫度低、高溫力學性能優(yōu)、抗氧化性能好的特點，特別是能夠解決困擾側(cè)封板抗初生坯殼氧化磨損性能不足的問題，同時滿足薄帶連鑄對側(cè)封板抗鋼液侵蝕、抗鋼液熱沖擊、自潤滑等服役要求。

技術(shù)研發(fā)人員：錢凡,李紅霞,李招然,馬渭奎,于建賓,顧強,楊文剛,唐雨菲,陳勇強
受保護的技術(shù)使用者：中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6