一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料及其制备方法 (Ultrahigh-pulling-speed immersion type drain nozzle erosion-resistant material and preparation method thereof ) 是由 谭杜 彭灿锋 钟立明 骆忠文 周志勇 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料,属于连铸耐火材料技术领域。按重量份计算,包括以下成分：氧化锆颗粒40～60份；氧化锆细粉30～45份；氧化锆微粉5～15份；金属粉末添加剂3～8份；结合剂5～10份；氧化锆纤维2～4份。同时本发明还公开了上述超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料的制备方法。本发明通过在配料中添加氧化锆纤维材料,氧化锆纤维能在ZrO-2-C材料中,能有效形成网状结构,对材料的裂纹起到阻止作用,其稳定性优于传统的ZrO-2-C材料,同时除保证材料成品热震性能外,其自身在ZrO-2-C中,是无污染高耐侵蚀氧化锆材料,具有非常优异的耐侵蚀性能,与传统ZrO-2-C材料比热震性能提高,抗侵蚀效果明显。(The invention discloses an erosion-resistant material for an ultra-high pulling speed submerged nozzle, belonging to the technical field of continuous casting refractory materials. The coating comprises the following components in parts by weight: 40-60 parts of zirconia particles; 30-45 parts of zirconia fine powder; 5-15 parts of zirconia micro powder; 3-8 parts of a metal powder additive; 5-10 parts of a binding agent; 2-4 parts of zirconia fiber. Meanwhile, the invention also discloses a preparation method of the erosion-resistant material for the ultra-high-pulling-speed submerged nozzle. The invention adds zirconia fiber material in the mixture, and the zirconia fiber can be in ZrO 2 In the-C material, a net structure can be effectively formed, the crack of the material is prevented, and the stability of the material is superior to that of the traditional ZrO 2 -C material, which is self-ZrO in addition to guaranteeing the thermal shock property of the finished material 2 in-C, is pollution-free and highly resistantEroding zirconia material with excellent erosion resistance compared with conventional ZrO 2 The specific thermal shock performance of the-C material is improved, and the anti-corrosion effect is obvious.)
技术领域
本发明属于连铸耐火材料技术领域，主要涉及一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料及其制备方法。
背景技术
钢铁工业的不断发展过程中，连铸中间包用耐火材料快速发展,为连铸工艺技术的进步提供强有力的支撑。而目前连铸工艺使用的浸入式水口设计方案,一般都以树脂结合的Al2O3-C材料为主，为了加强抗侵蚀通常其渣线部位选用氧化锆、石墨等材料,由树脂结合成锆碳质材料，部分添加SiC，Si，Al,B4C等添加剂,来提高材料的抗氧化性能，确保满足连铸工艺要求。但随着转炉冶炼节奏加快，小方坯铸机拉速最高达到5.73m/min，而后续超高拉速连铸生产会成为一种先进连铸工艺或各钢厂追求的常态。在超高拉速生产条件下，为确保坯壳冷却效果及保护渣迅速溶解，保持一定的润滑性，防止卷渣等因素,要求保护渣碱度必须提高，熔点随之降低；为防止高拉速条件下，结晶器内液面波动过大，下水口浸入深度调整只能在10～20mm范围内，同时实际生产过程中，存在中间包底部变形等影响，导致下水口二次渣线不明显，造成几乎接近一道渣线使用。这使得配套浸入式水口的渣线部位(钢水与保护渣交接处)使用条件越来越苛刻。同时传统的ZrO2-C材料已经不能满足连铸过程的使用要求，一般的下水口生产厂家,通常采取提高氧化锆的含量,来提高渣线材料的抗侵蚀性,但氧化锆的提高,热震性能大幅下降,下水口开裂隐患大大增加,往往下水口刚上线就发生开裂,浇注无法正常进行,达不到连铸生产的长寿命使用要求。若生产厂家在下水口内壁设防开裂层，这样会导致下水口有效壁厚变薄，寿命降低。
发明内容
本发明提供的一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料及其制备方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。
为了实现上述技术目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料，按重量份计算，包括以下成分：氧化锆颗粒40～60份；氧化锆细粉30～45份；氧化锆微粉5～15份；金属粉末添加剂3～8份；结合剂5～10份；氧化锆纤维2～4份。
其中，所述氧化锆颗粒为电熔氧化锆、电熔稳定氧化锆或钙钇复合稳定氧化锆中的一种或多种。
优选的，按重量份计算，所述氧化锆颗粒的粒度级配为：0.6～0.4mm 10～25份，0.4～0.125mm 35～55份。
进一步的，所述氧化锆颗粒中ZrO2≥94.0wt％。
本发明中，按重量份计算，所述氧化锆细粉的粒度级配为：0.074～0.044mm 10～25份，0.044mm～0.020mm 20～35份。
更进一步的，所述氧化锆微粉中ZrO2≥98.5wt％，氧化锆微粉的粒度为<3μm。
本发明中，所述结合剂为酚醛树脂，结合剂的粒度为<150目，所述金属粉末添加剂为铝、硅混合物，且金属粉末中Al+Si含量大于98％。
本发明中，所述氧化锆纤维为经1400-1800℃高温处理2-4h后形成的纤维，氧化锆纤维耐压强度≥80MPa，抗折强度为达15～20MPa。
进一步的，所述氧化锆纤维中ZrO2>90wt％。
本发明还提供了一种如上所述的超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料制备方法，采用如下步骤：按比例称取氧化锆颗粒、氧化锆细粉、氧化锆微粉、金属粉末添加剂、结合剂和氧化锆纤维，将各原料混合造粒后，再将该材料复合在水口渣线部位外壁，经等静压压制成生坯，经过800～1000℃烧制得成品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、在配料中添加氧化锆纤维材料，氧化锆纤维能在ZrO2-C材料中,能有效形成网状结构,对材料的裂纹起到阻止作用,其稳定性优于传统的ZrO2-C材料，即使提高氧化锆含量，开裂问题得以缓解，除保证材料成品热震性能外，其自身在ZrO2-C中，是无污染高耐侵蚀氧化锆材料,具有非常优异的耐侵蚀性能,与传统ZrO2-C材料比热震性能提高,抗侵蚀效果明显；
2、浸入式下水口寿命提升，有效解决了连铸生产过程中更换浸入式下水口次数，提高了铸坯收得率；
3、浸入式下水口寿命提升，减少了岗位员工更换浸入式下水口劳动强度及更换过程中生产断流事故的发生几率；
4、浸入式下水口寿命提升，耐材侵蚀进一步降低，进入钢水内夹杂物减少，提高了钢水质量。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料1
本实施例中的超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料，按重量份计算，包括以下成分：氧化锆颗粒40份；氧化锆细粉30份；氧化锆微粉5份；金属粉末添加剂3份；结合剂5份；氧化锆纤维2份。
其中，氧化锆颗粒为电熔氧化锆、电熔稳定氧化锆或钙钇复合稳定氧化锆中的一种或多种。氧化锆颗粒的粒度级配为：0.6mm 10份，0.4mm 35份，且氧化锆颗粒中ZrO2≥94.0wt％。
其中，，按重量份计算，氧化锆细粉的粒度级配为：0.074mm 10份，0.044mm 20份，氧化锆微粉5份，且氧化锆微粉中ZrO2≥98.5wt％，氧化锆微粉的粒度为<3μm。
结合剂为酚醛树脂，结合剂的粒度为<150目，金属粉末添加剂为铝、硅混合物，且金属粉末中Al+Si含量大于98％。
氧化锆纤维为经1400℃高温处理2h后形成的纤维，氧化锆纤维耐压强度≥80MPa，抗折强度为达15MPa。
氧化锆纤维中ZrO2>90wt％。
上述超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料1的制备方法采用如下步骤：
按比例称取氧化锆颗粒40份、氧化锆细粉30份、氧化锆微粉5份、金属粉末添加剂3份、结合剂5份和氧化锆纤维2份，将上述各原料混合后造粒，再将造粒后的该材料复合在水口渣线部位外壁，经等静压压制成生坯，经过800～1000℃烧制得成品。
实施例2超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料2
本实施例中的超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料，按重量份计算，包括以下成分：氧化锆颗粒50份；氧化锆细粉37份；氧化锆微粉10份；金属粉末添加剂6份；结合剂7份；氧化锆纤维3份。
其中，氧化锆颗粒为电熔氧化锆、电熔稳定氧化锆或钙钇复合稳定氧化锆中的一种或多种。氧化锆颗粒的粒度级配为：0.5mm 17份，0.25mm 45份，且氧化锆颗粒中ZrO2≥94.0wt％。
其中，，按重量份计算，氧化锆细粉的粒度级配为：0.059mm 17份，0.032mm 27份，氧化锆微粉10份，且氧化锆微粉中ZrO2≥98.5wt％，氧化锆微粉的粒度为<3μm。
结合剂为酚醛树脂，结合剂的粒度为<150目，所述金属粉末添加剂为铝、硅混合物，且金属粉末中Al+Si含量大于98％。
氧化锆纤维为经1600℃高温处理3h后形成的纤维，氧化锆纤维耐压强度≥80MPa，抗折强度为达18MPa。
氧化锆纤维中ZrO2>90wt％。
上述超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料2的制备方法采用如下步骤：
按比例称取氧化锆颗粒50份、氧化锆细粉37份、氧化锆微粉10份、金属粉末添加剂6份、结合剂7份和氧化锆纤维3份，将上述各原料混合后造粒，再将造粒后的该材料复合在水口渣线部位外壁，经等静压压制成生坯，经过800～1000℃烧制得成品。
实施例3超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料3
本实施例中的超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料，按重量份计算，包括以下成分：氧化锆颗粒60份；氧化锆细粉45份；氧化锆微粉15份；金属粉末添加剂8份；结合剂10份；氧化锆纤维4份。
其中，氧化锆颗粒为电熔氧化锆、电熔稳定氧化锆或钙钇复合稳定氧化锆中的一种或多种。氧化锆颗粒的粒度级配为：0.4mm 25份，0.0125mm 55份，且氧化锆颗粒中ZrO2≥94.0wt％。
其中，按重量份计算，氧化锆细粉的粒度级配为：0.044mm 25份，0.020mm 35份，氧化锆微粉15份，且氧化锆微粉中ZrO2≥98.5wt％，氧化锆微粉的粒度为<3μm。
结合剂为酚醛树脂，结合剂的粒度为<150目，所述金属粉末添加剂为铝、硅混合物，且金属粉末中Al+Si含量大于98％。
氧化锆纤维为经1400℃高温处理4h后形成的纤维，氧化锆纤维耐压强度≥80MPa，抗折强度为达20MPa。
氧化锆纤维中ZrO2>90wt％。
上述超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料3的制备方法采用如下步骤：
按比例称取氧化锆颗粒60份、氧化锆细粉45份、氧化锆微粉15份、金属粉末添加剂8份、结合剂10份和氧化锆纤维4份，将上述各原料混合后造粒，再将造粒后的该材料复合在水口渣线部位外壁，经等静压压制成生坯，经过800～1000℃烧制得成品。
对比例1
本发明实施例1-3所制备得到的超高拉速浸入式下水口耐侵蚀材料与传统的ZrO2-C材料相比较，耐侵蚀材料性能测试结果见表1。
名称
规格(mm)
实施例1
实施例2
实施例3
传统的ZrO<sub>2</sub>-C材料
比重
cm3/g
3.95
3.97
4.01
3.75
显气孔率
％
16.1
15.9
15.6
16.4
耐压强度
MPa
29
31
33
31.2
抗折强度
MPa
16
17
18
26
使用时间
h
12
14
15
7.5
侵蚀速度
mm/h
1.2
1.0
0.9
1.8
从以上表1结果可知，在配料中添加氧化锆纤维材料，氧化锆纤维能在ZrO2-C材料中,能有效形成网状结构,对材料的裂纹起到阻止作用,其稳定性优于传统的ZrO2-C材料，同时除保证材料成品热震性能外，其自身在ZrO2-C中，是无污染高耐侵蚀氧化锆材料,具有非常优异的耐侵蚀性能,与传统ZrO2-C材料比热震性能提高,抗侵蚀效果明显；
上述实施例为发明的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。