專利名稱：鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，尤其涉及一種含有氮化硼和碳化硅組分的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料。
背景技術(shù)：
鋁碳質(zhì)耐火材料是以Al2O3+C為主要成分的耐火材料，由于其抗氧化性明顯優(yōu)于鎂碳磚，抗Na2O系渣的侵蝕性能優(yōu)良，在鋼鐵連續(xù)鑄造用功能耐火材料中得到廣泛應(yīng)用。如用于將熔融金屬從可重復(fù)使用或間歇使用的鑄桶中注入中間包的導(dǎo)流管，用于將熔融金屬從中間包裝入到結(jié)晶器的浸入式水口，和用于控制熔融金屬流量的塞棒等。連鑄用浸入式水口在澆鋼時，不僅要有良好的抗熱震性，能抵抗溫度驟變和溫差大的作用，而且要求抗鋼水沖刷能力強(qiáng)，能耐鋼水和熔渣侵蝕。
元素周期表中IV、V、VI族金屬元素的氮化物熔點高，硬度大，B、Be、Si及La、Ac系統(tǒng)的元素可制成穩(wěn)定的高熔點氮化物。六方晶系的氮化硼(BN)呈微細(xì)的薄片狀結(jié)晶，其構(gòu)造與天然石墨相似，由于層間沒有自由電子，所以是高溫下非常良好的絕緣體，已廣泛應(yīng)用于高溫容器裝置和高性能陶瓷領(lǐng)域。
連鑄用耐火材料在使用時，容易出現(xiàn)縱裂紋，不耐侵蝕沖刷，為了解決這一問題，很多廠家采用加入石英材料來改善其熱震穩(wěn)定性，但這樣增加了產(chǎn)品的硅含量，使產(chǎn)品內(nèi)孔不耐沖刷和侵蝕，而熔融金屬中的硅含量也大量增加，降低產(chǎn)品質(zhì)量。為了改善連鑄用耐火材料的性能，現(xiàn)已開發(fā)了多種氮化硼系耐火材料，如Si3N4-BN陶瓷，AlN-BN陶瓷。1990年3月14日公開的中國專利申請89105530.4提供了一種金屬溶液浸入式注口，它使用最大粒度為150微米，最好是90微米的氧化鋁，添加附著物生成傾向相對小的富鋁紅柱石、碳化硅、石英玻璃、瓷碎片或/和熔融石灰作其它添加劑，并同時添加一種含硼助熔劑，加入的氮化硼的重量比約為5～30％，由于氮化硼價格昂貴，制造成本大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料及其制備方法，他解決了鋁碳質(zhì)穩(wěn)定性差和不耐侵蝕的缺點。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，以氧化鋁和炭素為主要組分，其特征在于它還含有重量比為0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅，形成Al2O3-C-BN-SiC-SiO2系耐火材料，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)氮化硼可降低液體鋼中固體氧化物懸浮體的熔點，使其呈液體狀而不會附著在水口壁上堵塞水口，而且具有良好的熱震穩(wěn)定性，可用于鋼鐵連鑄用浸入式水口、整體塞棒和長水口等耐火材料。該耐火材料是以電熔白剛玉、石墨、鋯莫來石、工業(yè)硅、碳化硅和氮化硼為主要原料，各主要原料的重量百分比為電熔白剛玉 55～75％ 石 墨15～27％鋯莫來石5～15％ 工業(yè)硅1.0～5.0％碳化硅 1.0～5.0％氮化硼0.5～5.0％所用的電熔白剛玉中，細(xì)度在24目、36目和≥180目組分的重量配比為1∶1∶2，雖然電熔白剛玉的細(xì)度偏小為好，粗顆粒的電熔白剛玉可以作為骨料，防止燒成時變形，顆粒細(xì)小，熔融金屬中的氧化物的附著傾向小，但如果顆粒過細(xì)會使耐火材料抗溫度驟變性能下降；所用石墨應(yīng)為固定碳含量在98％以上的石墨；鋯莫來石可以選擇顆粒度為0.59～0.21μm和0.21～0μm兩種粒度，這兩種粒度的重量配比為1∶1；所用的氮化硼可以是六角晶系氮化硼。
本發(fā)明還提供了一種鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料的制備方法，其特征在于按配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與占總重量比2.0％～6.0％的固體酚醛樹脂、5％～15％的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為120～150Mpa，保持壓力10～20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1300℃左右的溫度下燒制60～70小時，燒成氣氛為還原焰。燒制后的成品經(jīng)過機(jī)械切削整形后，在其外表面噴涂0.2mm厚的防氧化涂層，該涂層可以在預(yù)熱期間抵御氧化，并且盡可能的延緩耐火材料本身在接觸鑄件時的損耗。
本發(fā)明的特點是在鋁碳質(zhì)耐火材料中添加入少量的氮化硼和碳化硅，改變了復(fù)合耐火材料的組成和性能，雖然成本略有增加，但是對鋁碳質(zhì)耐火材料的熱震穩(wěn)定性和耐沖刷侵蝕性能有了較大的改善，提高了產(chǎn)品的性能價格比，可作為鋼鐵連鑄用塞棒、長水口、浸入式水口等其它耐火材料應(yīng)用。
具體實施例方式
實施例1一種鋁碳質(zhì)連鑄用浸入式水口，原料中含有重量比為4％的氮化硼和3％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉120Kg，石墨40Kg，鋯莫來石20Kg，工業(yè)硅6Kg，碳化硅6Kg，氮化硼8Kg；其中石墨為固定碳含量為98％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與4Kg的固體酚醛樹脂、30Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為120Mpa，保持壓力10分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1280℃的溫度下燒制70小時。
實施例2一種鋁碳質(zhì)連鑄用長水口，原料中含有重量比為5％的氮化硼和1％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉110Kg，石墨54Kg，鋯莫來石14Kg，工業(yè)硅10Kg， 碳化硅2Kg，氮化硼10Kg；其中石墨為固定碳含量為99％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與12Kg的固體酚醛樹脂、10Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為150Mpa，保持壓力20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1350℃的溫度下燒制60小時。
實施例3一種鋁碳質(zhì)連鑄用塞棒，原料中含有重量比為0.5％的氮化硼和1％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉150Kg，石墨30Kg，鋯莫來石15Kg，工業(yè)硅2Kg，碳化硅2Kg，氮化硼1Kg；其中石墨為固定碳含量為99.5％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與8Kg的固體酚醛樹脂、20Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為150Mpa，保持壓力20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1300℃的溫度下燒制60小時。
實施例4一種鋁碳質(zhì)連鑄用浸入式水口，原料中含有重量比為0.5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉139Kg，石墨30Kg，鋯莫來石10Kg，工業(yè)硅10Kg，碳化硅10Kg，氮化硼1Kg；其中石墨為固定碳含量為98.9％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與4Kg的固體酚醛樹脂、10Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為120Mpa，保持壓力20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1300℃的溫度下燒制70小時。
實施例5一種鋁碳質(zhì)連鑄用整體塞棒，原料中含有重量比為5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉110Kg，石墨38Kg，鋯莫來石30Kg，工業(yè)硅2Kg，碳化硅10Kg，氮化硼10Kg；其中石墨為固定碳含量為98％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與12Kg的固體酚醛樹脂、30Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為130Mpa，保持壓力10分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1280℃的溫度下燒制60小時。
實施例6一種鋁碳質(zhì)連鑄用浸入式水口，原料中含有重量比為5％的氮化硼和5％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉110Kg，石墨30Kg，鋯莫來石30Kg，工業(yè)硅10Kg，碳化硅10Kg，氮化硼10Kg；其中石墨為固定碳含量為99.9％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與4Kg的固體酚醛樹脂、10Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為150Mpa，保持壓力20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1350℃的溫度下燒制60小時。
實施例7一種鋁碳質(zhì)連鑄用浸入式水口，原料中含有重量比為0.5％的氮化硼和4％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉129Kg，石墨30Kg，鋯莫來石24Kg，工業(yè)硅10Kg，碳化硅8Kg，氮化硼1Kg；其中石墨為固定碳含量為99％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與12Kg的固體酚醛樹脂、10Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為150Mpa，保持壓力20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1350℃的溫度下燒制60小時。
實施例8一種鋁碳質(zhì)連鑄用長水口，原料中含有重量比為2％的氮化硼和3％的碳化硅，它采用如下重量配制原料電熔白剛玉140Kg，石墨30Kg，鋯莫來石10Kg，工業(yè)硅10Kg，碳化硅6Kg，氮化硼4Kg；其中石墨為固定碳含量為98％的石墨，氮化硼為六角晶系氮化硼，采用如下方法制備按上述重量配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與4Kg的固體酚醛樹脂、20Kg的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為150Mpa，保持壓力10分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1300℃的溫度下燒制60小時。
權(quán)利要求
1.一種鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，以氧化鋁和炭素為主要組分，其特征在于它還含有重量比為0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，其特征在于它是以電熔白剛玉、石墨、鋯莫來石、工業(yè)硅、碳化硅和氮化硼為主要原料，各主要原料的重量百分比為電熔白剛55～75％ 石 墨 15～27％鋯莫來石5～15％ 工業(yè)硅 1.0～5.0％碳化硅 1.0～5.0％氮化硼 0.5～5.0％
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，其特征在于石墨為固定碳含量在98％以上的石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，其特征在于所用的鋯莫來石中，顆粒度為0.59～0.21μm和0.21～0μm組分的重量配比為1∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，其特征在于所用的氮化硼可以是六角晶系氮化硼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述的鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料的制備方法，其特征在于按配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與2.0％～6.0％重量百分比的固體酚醛樹脂、5％～15％重量百分比的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為120～150Mpa，保持壓力10～20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1280～1350℃的溫度下燒制60～70小時。
全文摘要
一種鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料，屬于耐火材料領(lǐng)域。以氧化鋁和碳素為主要組分，其特征在于它還含有重量比為0.5～5.0％的氮化硼和1.0～5.0％的碳化硅。該鋁碳質(zhì)連鑄用耐火材料的制備方法是按配比將白剛玉、石墨、鋯莫來石、碳化硅、工業(yè)硅和氮化硼與2.0％～6.0％重量百分比的固體酚醛樹脂、5％～15％重量百分比的液體酚醛樹脂混合均勻，采用等靜壓成型，成型壓力為120～150MPa，保持壓力10～20分鐘，成型坯體經(jīng)干燥后于1280～1350℃的溫度下燒制60～70小時。它可適用于作連鑄用浸入式水口、長水口、塞棒等，具有良好的熱震穩(wěn)定性和耐沖刷侵蝕性。
文檔編號B22D11/00GK1485295SQ0213549
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者宋愛謀 申請人:山東淄川特種耐火材料廠