[發明專利]一種免預熱復合結構長水口內襯材料

有效

• 申請號: 201310416346.5
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103480833A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉輝敏;郭獻軍;李建偉;錢躍進;趙營剛
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: B22D41/54
• 分類號: B22D41/54;C04B35/66
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 苗強

技術領域

本發明涉及連續鑄鋼用功能耐火材料領域，具體涉及一種將鋼液由盛鋼桶導入中間包的免預熱復合結構長水口內襯材料。

背景技術

長水口安裝于盛鋼桶下方，是鋼水由盛鋼桶注入中間包的A1₂O₃-C質圓筒形通道，起著導流、防止鋼水二次氧化和飛濺的作用。它是實現鋼水保護澆鑄以提高鋼坯質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，當熾熱的鋼水流經長水口時，會在其內部產生很大的熱應力，從而導致其開裂。因此，長水口在使用前必須預熱至1000℃以上，而這不僅消耗能源、惡化操作環境，而且導致其更換操作繁瑣、費時。免預熱長水口的開發是解決該問題的關鍵，它的制造可通過以下兩種途徑實現：一是增加高導熱率的石墨及低熱膨脹率的熔融石英等，但這會降低其抗侵蝕和抗沖刷性能；二是在其內孔復合一層低導熱系數的隔熱內襯。

目前廣泛應用的復合結構長水口的本體采用鋁碳材料，內襯采用無碳材料。其主要機理是：隔熱內襯具有較小的導熱系數，它降低了長水口內側的溫度上升速度；而本體又具有較高的導熱系數，它的快速傳熱作用使長水口內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，以防止其發生開裂。研究表明，當長水口本體材料、鋼水澆注條件及隔熱內襯的厚度一定時，為降低長水口所受熱應力，其隔熱內襯應具有較低的熱膨脹系數、導熱系數和彈性模量。隔熱內襯的熱膨脹系數主要與其材質有關；導熱系數和彈性模量則與其材質及微觀結構有關。當隔熱內襯的材質一定時，增加其中氣孔量是降低其導熱系數和彈性模量的有效方法。

在隔熱內襯中引入更多的氣孔，一種方法是在內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。另一種方法是在內襯材料中摻加適量石墨，待長水口燒成后，再向其內孔中通入空氣，對內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。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種免預熱復合結構長水口內襯材料，能夠使其具有較高的氣孔率，較低的熱膨脹系數和導熱系數。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種免預熱復合結構長水口內襯材料，其特征在于：其配料組成為：剛玉20-50wt%、電熔鋯莫來石10-50wt%、熔融石英15-40wt%、輕燒氧化鋁5-20wt%和氧化鋅5-15wt%；外加內襯材料總重量的5-10%的酚醛樹脂作為結合劑。

所述氧化鋅中的雜質含量不大于5?wt?%。

所述氧化鋅的平均粒度不大于5μm。

本發明帶來的有益效果為：

本發明的一種免預熱復合結構長水口內襯材料中所摻加氧化鋅的作用如下：

①?ZnO與內襯中酚醛樹脂殘留的碳在1000℃以上發生氧化還原反應，生成金屬Zn并釋放出CO₂，從而形成氣孔；

2ZnO?+?C?=?2Zn?+?CO₂↑

②?金屬Zn的沸點為906℃，且蒸氣壓較高，因而Zn蒸氣的揮發也會形成氣孔。此過程所產生的氣體經收集、冷凝后可回收金屬鋅；

③?在內襯材料的燒制過程中，ZnO還起到一定的助燒作用。

通過上述作用，內襯材料中高導熱率的殘碳量降低，但氣孔量增加，可有效降低內襯材料的導熱系數和彈性模量。

該內襯材料不含碳，但含有大量均勻分布的微氣孔，因而具有比普通的A1₂O₃-C材料低得多的熱導率。該無碳內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；不含碳的內襯材料又經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。

該內襯材料的主體原料為剛玉、中等熱膨脹率的電熔鋯莫來石和低熱膨脹率的熔融石英。通過調整配比，可得到與本體鋁碳材料相匹配的熱膨脹率，從而使內外復合材料在熱處理和使用過程中能夠很好的結合。

該內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生的熱應力對長水口本體影響較小。此外，因該內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

附圖1?為本發明免預熱復合結構長水口的示意圖。

附圖標記：1、本體，2、內襯。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。