[发明专利]一种含氮化物的复合材料及应用该材料的浸入式水口

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种含氧化物、氮化物的复合材料。

背景技术

浸入式水口是钢液从中间包到结晶器的通道，用来保护钢水不与外界空气接触，防止钢水氧化，促进非金属杂质上浮，防止钢水夹带保护渣以及防止结晶器中钢水分流等功能。浸入式水口在使用过程中，由于长时间承受高温钢液的机械冲刷作用，水口壁径的温度梯度产生的热应力作用以及保护渣的化学侵蚀作用，使用条件极为恶劣。浸入式水口在高速连铸生产中起到分流、防止二次氧化、稳定结晶器内钢水流场、提高铸坯质量、防止卷渣及漏钢等多重作用。但是，浸入式水口的使用寿命是影响连铸机作业率的关键环节之一。虽然在渣线部位添加了ZrO₂复合材料，但是其耐侵蚀性能还未达到连铸生产的要求标准。

浸入式水口在使用过程中由于长时间的受到钢水的侵蚀和冲刷，很容易产生扩径，特别是渣线部分，外面是保护渣的化学侵蚀，里面是钢水的侵蚀和冲刷，常常会侵蚀断，而影响连铸作业，给钢厂造成很大的影响。浸入式水口的渣线部位采用的材质一般为锆碳材料，即以稳定氧化锆、石墨为主要原料，再加入少量抗氧化剂，为了提高抗侵蚀性，一般采用增加氧化锆含量、降低石墨含量，这虽然能提高抗侵蚀性，但由于降低了石墨含量，抗热震性又存在问题，往往容易炸裂。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种用于浸入式水口渣线的含氮化物的复合材料，能够耐化学腐蚀、钢水的侵蚀，具有抗热震性。

本发明的另一目的是提出所述复合材料的应用。

本发明的第三个目的是提出应用所述复合材料的浸入式水口，以及该浸入式水口的制备方法。

实现本发明上述目的的具体技术方案为：

一种含氮化物的复合材料，包括以下重量份的组分：

其中，所述电熔稳定氧化锆中氧化锆质量含量为92-97%；所述电熔稳定氧化锆中立方氧化锆相占70-85%。

所述石墨为鳞片石墨。其主要应用于复合材料、陶瓷色料、陶瓷制品、磨料及金属锆等领域。鳞片石墨：天然晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。本发明所述的石墨的含碳量为98-99%。

所述硅为金属硅粉。金属硅粉就是粉末状的单质硅，是将硅块研磨成粉末。按严格的化学元素分类，硅其实不是金属，是非金属。但硅有很多性质接近金属，硅块在外观上也有金属的光泽，很象金属。所以工业上常常称为金属硅。

其中，所述氮化物为塞隆（Si-Al-O-N）、阿隆（Al-O-N，氧氮化铝）、镁阿隆(MgAlON,化学式为Al₂₃O₂₇N₅)、氮化硅、氮化硅铁、氮化硼中的一种或多种。塞隆是Si、Al、O、N四种元素的合成词，是Si₃N₄中Si、N原子被Al和O原子置换所形成的固溶体。

所述复合材料通过以下方法制备：将电熔稳定氧化锆、含氮化合物、石墨、硅或碳化硅按比例混合，加入重量份8-14份的结合剂，造粒混炼而得。所述造粒混炼是在造粒设备中，加热控制被处理物料的温度，造粒时按照低速（80-100r/min）5-10分钟，中速（400-600r/min）3-7分钟，高速（800-1000r/min）5-15分钟造粒，造粒设备中的物料温度控制在40-65℃之间。

其中，所述结合剂为酚醛树脂或环氧树脂。

应用本发明所述的复合材料制备的浸入式水口。

本发明所述的浸入式水口，包括本体和渣线，所述渣线为所述含氮化物的复合材料制备。

其中，所述本体为铝碳材料制备。铝碳材料为本领域常规耐高温材料，其是以刚玉、石墨、锆莫来石、熔融石英以及硅粉、碳化硅粉为原料，以酚醛树脂为结合剂经过造粒混炼而成的复合材料。

制备所述的浸入式水口的方法，其是将电熔稳定氧化锆、氮化物、石墨、硅或碳化硅、结合剂按比例混合，造粒混炼、干燥后，与本体复合，成型，在900-1100℃下焙烧。焙烧的时间为20-30h。