技术领域
[0001] 本
发明涉及耐火材料技术领域，特别涉及一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料。
背景技术
[0002] 浸入式水口安装在
中间包和结晶器之间，把
钢水从中间包输送到结晶器，在
连铸生产中起到了保护
钢水不发生二次
氧化，防止氮溶入或渣混入钢水以及防止飞溅，稳定结晶器的液体流场等作用。浇注过程中浸入式水口既要承受浇钢初期的强烈热震，又要经受钢液和保护渣的侵蚀，因此，要求浸入式水口具有良好的抗热震
稳定性、抗冲刷性和抗渣侵蚀性。
[0003] 用于生产钢帘线的帘线钢对于钢水的纯净度和钢水中的非金属夹杂物要求非常严格，尤其是
变形性较差的脆性夹杂物(如Al2O3及TiN)，在
拉拔或合股过程中，钢基体变形而夹杂物不变形，会形成钢丝断裂。因此，对于帘线钢来说，必须严格控制夹杂物的数量及形态。国内用于帘线钢生产的连铸功能耐火材料还是主要以
铝碳-铝锆碳材质为主，该种材质的功能耐火材料具有抗热震性能稳定、抗冲刷、抗侵蚀、能够满足长寿命连续浇铸的使用要求等特点。但是，该种材质也容易造成在钢水中引入铝质脆性夹杂的致命缺点，导致生产的帘线钢钢坯
拉丝过程中易断裂的现象，难以完全满足钢
铁企业生产更高洁净度帘线钢的标准要求。因此，帘线钢用镁碳浸入式水口应运而生。
[0004] 但是，
现有技术中，镁砂是生产MgO-C质浸入式水口耐火材料的主要原料，镁砂的纯度对MgO-C耐火材料的性能有着很大的影响，由于纯度再高的镁砂，方镁石的晶间相基本都是CaO、SiO2、Fe2O3、B2O3等，这些杂质相的存在使得MgO-C质耐火材料一方面降低了方镁石的直接结合程度，另一方面在高温下与Mg0形成低熔物，降低了抗冲刷能
力；同时，由于镁砂
热膨胀系数较大，使得MgO-C质耐火材料的热震稳定性较差；为改善镁碳材质抗热震性能以及抗冲刷性能，用镁锆共晶材料代替镁砂制备一种新型侧孔材料，并且此侧孔材料同时作为具有突出的、优良性能的耐火材料是亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，与此同时，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种使用上述浸入式水口镁锆共晶侧孔材料制备浸入式水口的方法，大大提高了浸入式水口镁锆碳材质的抗热震性能以及抗冲刷性能。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] 一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，包括以下
质量百分比的原料：镁锆砂60～70％、
石墨粉20～25％、熔融
石英粉2～3％、单质
硅粉0.5～3％、碳化硅粉0.5～4％、碳化
硼粉0～1％、粉末状
树脂1～3％，液态树脂5～15％；镁锆砂粒度不大于1mm，其化学组分包括MgO：94～98％，ZrO2：2～6％；石墨粉的粒度不大于100目。
[0008] 作为进一步的技术方案，镁锆砂的粒度包括1～0.5mm、0.5～0.2mm和200目。
[0009] 作为进一步的技术方案，三种粒度的镁锆砂重量比为1∶3.5∶2.5。
[0010] 作为进一步的技术方案，石墨粉的粒度包括80目和100目，该两种粒度的石墨粉重量比为1∶1.5；单质硅粉、碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均小于350目。
[0011] 作为进一步的技术方案，液态树脂
温度在20℃以下，
粘度不低于1200MPa·s。
[0012] 作为进一步的技术方案，粉末状树脂为粉末状
酚醛树脂，液态树脂为液态酚醛树脂。
[0013] 作为进一步的技术方案，石墨粉中含碳量＞99.9％。
[0014] 本发明还提供了使用上述浸入式水口镁锆共晶侧孔材料制备浸入式水口的方法，包括如下制备步骤：
[0015] 1)将上述配比的镁锆砂、石墨粉、熔融石英粉、单质硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均匀后加入粉末状树脂再混合，混合后共磨，制成混合粉体；
[0016] 2)将制成的混合粉体投入
造粒机，并缓慢加入上述含量的液态树脂，混合的同时进行造粒；
[0017] 3)将造粒料经干燥后，投入
橡胶模具内，封口后用
等静压机
压制成型；
[0018] 4)成型好的产品经干燥、在还原气氛下或无氧环境烧制，烧制产品再经机加工，
喷涂防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。
[0019] 作为进一步的技术方案，步骤3)中，等静压机压制的压力为100～120Mpa；步骤4)中，烧制
温度控制为1000～1300℃。
[0020] 本发明采用镁锆砂、石墨粉、熔融石英粉作为主要原料，粉末状树脂，液态树脂同时作为结合剂，含量分别为1～3％和5～15％；使得镁锆共晶侧孔材料具有较高的抗氧化性，抗热震稳定性、抗冲刷性和抗渣侵蚀性；采用其制备的浸入式水口，机械强度高，能够大幅度延长使用寿命，提高连续铸钢作业效率；同时，在生产的帘线钢钢坯拉丝过程中，帘线钢钢坯不易断裂，且能够有效防止浸入式水口内壁杂质粘附、堵塞的现象发生。
[0021] 本发明的镁锆共晶材料是在一定温度下，一定成分的液相同时结晶出两种固相，这种共晶结构显微结构均匀程度在相应体系里最高，熔融温度最低，在保证共晶点温度远高于使用温度的前提下，这种共晶结构提高了体系的均匀性，获得更优良、更稳定的耐火制品。镁锆共晶材料抗热震性的改善是由MgO和ZrO2两相在
弹性模量和线膨胀系数等物理性能不相匹配以及他们的显微结构所决定的，二者在物理性能上的差异有可能在温度急变过程中造成一些微裂纹，MgO基体中的ZrO2能吸收主裂纹扩展时的应变能，减缓裂纹的扩展速率，有利于减少微裂纹的数量和大小、阻止裂纹的扩展，使得本发明具有优良的抗热震性以及抗冲刷性。
[0022] 本发明采用两种不同存在状态的树脂作为结合剂，既能够缩短达到最佳结合状态的时间，又能够保证本发明在高温下使用仍有足量的残碳量，较大的高温强度和安全性能。
[0023] 此外，由于本发明将石墨粉作为镁锆共晶材料的主要碳质原料，若其含有AL2O3、SiO2等灰分则在高温下会与氧化镁部分稳定氧化锆作用，导致氧化锆失稳形成单斜相，使材料产生较大的体积膨胀，因此，本发明的石墨粉选用含碳量＞99.9％的高纯度石墨，可减少上述灰分对部分稳定氧化锆稳定性的负面影响，从而使得本发明具有优良的抗侵蚀性。
具体实施方式
[0024] 下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026] 一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，包括以下质量百分比的原料：镁锆砂13.6kg、含碳量＞99.9％的石墨粉5.4kg、熔融石英粉0.6kg、单质硅粉0.2kg、碳化硅粉0.8kg、碳化硼粉0.1kg、粉末状酚醛树脂0.3kg，液态酚醛树脂1.6kg。
[0027] 上述原料均按所需粒度进行配比，镁锆砂粒度为1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三种重量比为1∶3.5∶2.5；所用镁锆砂化学组成为：MgO 98％，ZrO22％；石墨粉粒度为80目、100目，以上两种重量比为1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均为325目；液态酚醛树脂温度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
[0028] 使用上述原料制备浸入式水口，将上述配比的镁锆砂、石墨粉、熔融石英粉、单质硅粉、碳化硅粉和碳化硼粉混合均匀后加入粉末状酚醛树脂再混合，混合后共磨，制成混合粉体；将制成的混合粉体投入造粒机，并缓慢加入上述含量的液态酚醛树脂，混合的同时进行造粒；将造粒料经干燥后，投入橡胶模具内，封口后用等静压机压制成型，压力为120Mpa；成型好的产品经干燥、在还原气氛下于1000～1300℃烧制，烧制产品再经机加工，喷涂防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。
[0029] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为33.4Mpa，常温抗折强度为13.5Mpa，高温抗折强度为12.7Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0030] 实施例2
[0031] 本实施例的浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，选用的原料以及原料质量百分比同实施例1。
[0032] 上述原料均按所需粒度进行配比，镁锆砂粒度为1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三种重量比为1∶3.5∶2.5；所用镁锆砂化学组成为：MgO 96％，ZrO24％；石墨粉粒度为80目、100目，以上两种重量比为1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均为325目；液态酚醛树脂温度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
[0033] 使用上述原料制备浸入式水口的制备过程及条件与实施例1相同。
[0034] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为35.1Mpa，常温抗折强度为13.9Mpa，高温抗折强度为13.1Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0035] 实施例3
[0036] 本实施例的浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，选用的原料以及原料质量百分比同实施例1。
[0037] 上述原料均按所需粒度进行配比，镁锆砂粒度为1-0.5mm、0.5-0.2mm、200目，以上三种重量比为1∶3.5∶2.5；所用镁锆砂化学组成为：MgO 94％，ZrO26％；石墨粉粒度为80目、100目，以上两种重量比为1∶1.5；碳化硼粉、碳化硅粉的粒度均为325目；液态酚醛树脂温度控制在15℃，粘度不低于1200MPa·s。
[0038] 使用上述原料制备浸入式水口的制备过程及条件与实施例1相同。
[0039] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为32.1Mpa，常温抗折强度为11.7Mpa，高温抗折强度为10.4Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0040] 实施例4
[0041] 一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，包括以下质量百分比的原料：镁锆砂21kg、含碳量＞99.9％的石墨粉6kg、熔融石英粉1.5kg、单质硅粉0.5kg、碳化硅粉0.5kg、碳化硼粉0.5kg、粉末状酚醛树脂0.75kg，液态酚醛树脂4.5kg。
[0042] 上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用镁锆砂化学组成及液态酚醛树脂的条件参数与实施例2相同。
[0043] 使用上述原料制备浸入式水口的制备过程及条件与实施例1相同。
[0044] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为33.2Mpa，常温抗折强度为12.3Mpa，高温抗折强度为11.1Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0045] 实施例5
[0046] 一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，包括以下质量百分比的原料：镁锆砂14.2kg、含碳量＞99.9％的石墨粉4.6kg、熔融石英粉0.5kg、单质硅粉0.5kg、碳化硅粉0.3kg、碳化硼粉0.1kg、粉末状酚醛树脂0.6kg，液态酚醛树脂2.1kg。
[0047] 上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用镁锆砂化学组成及液态酚醛树脂的条件参数与实施例2相同。
[0048] 使用上述原料制备浸入式水口的制备过程及条件与实施例1相同。
[0049] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为32.6Mpa，常温抗折强度为11.8Mpa，高温抗折强度为10.8Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0050] 实施例6
[0051] 一种浸入式水口镁锆共晶侧孔材料，包括以下质量百分比的原料：镁锆砂14.6kg、含碳量＞99.9％的石墨粉4.6kg、熔融石英粉0.5kg、单质硅粉0.2kg、碳化硅粉0.2kg、碳化硼粉0.2kg、粉末状酚醛树脂0.2kg，液态酚醛树脂2.3kg。
[0052] 上述原料所需粒度及不同粒度的原料配比，所用镁锆砂化学组成及液态酚醛树脂的条件参数与实施例2相同。
[0053] 使用上述原料制备浸入式水口的制备过程及条件与实施例1相同。
[0054] 按照本实施例制备的浸入式水口经检测：常温耐压强度为33.0Mpa，常温抗折强度为12.1Mpa，高温抗折强度为11.0Mpa，使用过程中热震稳定性良好，抗钢水冲刷性强，使用寿命长。
[0055] 以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、
修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
