技术领域
[0001] 本
发明涉及一种水口材料及制造方法，尤其是涉及在连续铸
钢生产中使用的
中间包的无硅浸入式水口及其制造方法。
背景技术
[0002] 浸入式水口是钢
铁连铸生产中最关键的功能耐火材料之一，其使用效果直接影响连铸生产的
稳定性和钢坯
质量。浸入式水口位于中间包与结晶器之间，是
钢水进入结晶器的必由之路，起着导流和保护钢水的作用，防止钢水与空气中的
氧接触再次发生氧化的可能性，同时通过设计合理的水口结构，可以防止钢水进入结晶器时产生不合理流场，影响钢材的质量。
[0003] 目前，浸入式水口所用的材质主要是Al2O3-C质。其配料主要是电熔白刚玉、鳞片状
石墨、结合剂以及添加剂等。
[0004]
铝碳浸入式水口除了机械损毁和蚀损外，连铸过程中经常会产生结瘤堵塞现象。特别是在浇铸铝
镇静钢时，常因钢液中AlzO3等夹杂物附着在水口内壁而发生堵塞，从而影响连铸的连续作业。同时由于粘附在浸入式水口内表面的夹杂物，在浇铸过程中可能脱落，掉入钢水中，造成连
铸坯中的非金属夹杂，而影响连铸钢坯的质量，严重是这些夹渣物会被咬入坯壳发生漏钢事故。另外，浸入式水口内壁的结瘤还可引起结晶器内钢水的偏流，这同样影响铸坯的质量，而在偏流后的异常处理对铸坯夹渣、夹杂的形成和事故的发生率更是
雪上加霜。
[0005] 对浸入式水口堵塞机理的研究工作已进行了20多年，归纳起来主要有以下几种观点：(1)反应生成机理；(2)
蒸发一凝聚引起物理沉积。根据对水口堵塞机理的研究，采取了很多有针对性的办法，主要从炼钢工艺
角度和浸入式水口两方面来采取
预防措施。
[0006] 从炼钢工艺角度出发：A.降低脱氧生成物熔点；B.钢液清洁化。从浸入式水口角度出发：一种为结构防堵，原理是改变钢液在水口内部的流态，减少
涡流，从而消除结瘤；另一种为材质防堵，即在水口中加入添加物或在水口内复合一层防堵材料
内衬，减少或消除沉积，因材质不同，防堵机理也有所不同。水口材质的改进，是解决水口堵塞问题的主要方向。主要分两类，加入添加物改进水口材质和开发新的水口材质。
[0007] 浸入式水口Al2O3堵塞的主要原因之一是因水口材质中碳的存在，与其中的SiO2发生还原反应，还原物SiO及CO进一步与钢液中的Al反应而生成Al2O3，粘附在裸露于水口内壁面的Al2O3
骨料上，造成水口内壁Al2O3沉积。因此实现浸入式水口无硅化是解决水口堵塞的主要方法之一。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种无硅浸入式水口及其制造方法，在不影响产品抗热震性能、耐侵蚀、抗冲刷和较长使用寿命的条件下，通过加入用结合剂改性的
钛酸铝材料替代传统浸入式水口材料中的碳化硅和熔融
石英组份，加入的钛酸铝材料通过改性后，消除了钛酸铝材料
烧结体强度低的
缺陷，而材料中熔融石英和碳化硅的被替代，有效防止了生产浇注过程中SiO和CO的生成，进而减少了其与钢水中AL的进一步氧化而生成中的Al2O3从而减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞，以促进连铸生产和质量的稳定提高；渣线段材料的改进在考虑该部位在浇注中易受保护渣侵蚀和氧化的特性和氧化锆使用成本的
基础上，根据现场的实际需求进行配比，其材质引入钛酸铝的意义也是为防止渣线部位的氧化和Al2O3的生成而采用钛酸铝替代碳化硅和熔融石英，以提高浇注质量。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案：
[0010] 为了防止SiO的生成，不引入含硅材料，如为提高浸入式水口的抗热震性性能，常引入5～15％熔融石英粉，为减缓石墨氧化，常引入碳化硅取代部分石墨。本发明则引入低膨胀系数、高抗热震的钛酸铝取代熔融石英和碳化硅，在不影响产品抗热震性能和使用寿命的条件下，通过防止SiO生成的方式来减缓或阻止结瘤的产生，防止水口堵塞。
[0011] 具体地，本发明的无硅浸入式水口，其包括本体及渣线段；其中，本体材质组分重量百分比为：
鳞片石墨15～35％，白刚玉35～55％，钛酸铝20～50％；渣线段材质组分重量百分比为：鳞片石墨15～25％，氧化锆40～75％，钛酸铝0～40％。
[0012] 进一步，所述的钛酸铝组分百分含量为：Al2O3 40～50％，TiO2 50～60％，外加稳定剂；其中，外加的稳定剂为MgO 1～4％、或MgO 1～4％和CeO2 1～3％、或F2O3 3～8％或氧化锆0.5～2％或MgO和CeO2和F2O3和氧化锆四者的混合物2～6％，以重量百分比计。
[0013] 上述所述的钛酸铝组分和稳定剂先通过高温预合，预合成
温度为1450～1700℃。
[0014] 上述外加剂添加含量均为原料总量100％之外的相对含量而言。
[0015] 钛酸铝，其为假板钛矿结构族化合物，属
正交晶系，其晶体在不同方向上的
热膨胀系数显著不同，因此在烧成冷却后，由于内部应
力过大，在内部产生大量的微裂纹。在钛酸铝
晶体结构中，每个铝离子和钛离子被形成八面体的六个氧
原子所包围而位于八面体的中心，这些(TiO6)或(AlO6)在a轴、b轴方向上，以共用边相连。在c轴方向上，三个八面体的
顶点连接起来形成连续的链，各链条在空间无限延伸，相互交叉联结，形成空间网状结构，这在宏观上表现出较低的
热膨胀系数，但同时也使烧结体的强度大大降低。通常需要在基质材料中引入添加剂来改善性能钛酸铝陶瓷性能，目前钛酸铝改性用到的添加剂有Li2O，B2O，Cr2O3，La2O3，CeO2，SiC，Si3N4，SiO2，MgO，F2O3，ZrO2以及FeTiO3+Fe2O3等。
[0016] 改性制备的钛酸铝陶瓷材料具有较高的熔点、较低的热膨胀系数(在RT-1000℃-6条件下，α＜2.0×10 /℃)，并具有优良的抗热震性：ΔTc＞1000℃，导热系数小，在较高温度和冷热频繁交换条件下具有很大的应用潜力。另外具有与许多金属(特别是有色金属)熔液及玻璃熔液不浸润的特性，能够经受起高温金属溶液的长期冲刷和侵蚀而不产生剥落现象。
[0017] 本发明的无硅浸入式水口的制备方法，其包括如下步骤：
[0018] 1)浸入式水口包括本体及渣线段，其中，本体材质组分重量百分比为：鳞片石墨15～35％，白刚玉35～55％，钛酸铝20～50％；渣线材质组分重量百分比为：鳞片石墨
15～25％，氧化锆40～75％，钛酸铝0～40％；
[0019] 2)将本体材质和渣线材质分别均匀混合，往其中加入上述组份中外加10％的酚
醛树脂结合剂，使用
造粒机将原料造粒，造粒料经烘干床烘干，使之满足成型要求，将本体材质造粒料和渣线材质造粒料分别加入模具，使用静压机在80～150MPa压力下
压制成型；
[0020] 3)成型产品在梭式窑中用1200～1300℃在还原气氛或无氧环境下烧制，烧成产品经过
车床加工，产品表面再涂敷防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。
[0021] 进一步，所述的还原气氛或无氧环境为埋碳烧结、或
真空烧结、或惰性气体下方式。
[0022] 所述的防氧化涂层为釉质。
[0023] 本发明的有益效果
[0024] 和
现有技术的产品比较，本发明由于采用钛酸铝取代熔融石英和碳化硅，使产品实现无硅化，既保证了浸入式水口应有的机械强度，高抗热震性能及耐侵蚀、抗冲刷性能，在实际使用过程中还可防止SiO和CO的生成来减缓或阻止SiO与钢水中的AL进一步氧化生成Al2O3，并粘附在水口内壁，形成结瘤，达到防止水口堵塞，确保水口内部光洁的目的，从而有效防止了因水口结瘤造成的偏流和因此而发生的各种异常处理，保障连铸生产的稳定性，从而提高铸坯的质量。
具体实施方式
[0025] 下面结合
实施例对本发明做进一步说明。
[0026] 本发明无硅浸入式水口实施例成分参见表1。
[0027] 本发明的无硅浸入式水口的制备方法，其包括如下步骤：将本体材质和渣线材质分别均匀混合，往其中加入上述组份中外加10％的
酚醛树脂结合剂，使用造粒机将原料造粒，造粒料经烘干床烘干，使之满足成型要求，将本体材质造粒料和渣线材质造粒料分别加入模具，使用静压机在80～150MPa压力下压制成型；成型产品在梭式窑中用1200～1300℃在还原气氛或无氧环境下烧制，烧成产品经过车床加工，产品表面再涂敷防氧化涂层，烘干后即制成浸入式水口。
[0028] 表1单位：重量百分比
[0029]
