[发明专利]一种锆莫来石氮化硼碳侧封板及制造方法

说明书

一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其成分（质量比）为：锆莫来石5~30%，六方氮化硼10~80%，添加剂1~20%，石墨0.5~5%，（外加）0.1~5%，碳素结合剂(外加)5~20%。其制造方法是先按照上述配比将六方氮化硼、石墨、碳纤维和部分锆莫来石细粉进行预混合，得到粉体A，把单质硼放在碳素结合剂里进行搅拌均匀，得到复合结合剂B。将不同颗粒的锆莫来石放在混料机里，并加入复合结合剂B，搅拌混合均匀后，添加粉体A进行充分混合，得到混合均匀料，困料后，进行常温模压成型。然后经过高温碳化、浸渍处理和回火，再进行磨床磨平，即得双辊薄带铸轧用侧封板。本发明的复合材料侧封板具有摩擦系数低、强度高耐磨、抗热震性好、耐侵蚀性强、投资设备少，成本低等特点。

技术领域

本发明属于无机非金属材料学科、高温工程耐火材料陶瓷领域，涉及一种锆莫来石氮化硼碳侧封板及制造方法。

背景技术

对辊薄带连铸是一种近终型连铸。薄带连铸由两个相向旋转的水冷轧辊与一对侧封板组成熔池或结晶器。用浸入式水口，经过布流器，向熔池注入钢水，钢水在水冷辊表面凝固，凝固钢壳由轧辊的相向转动，压合直接形成厚度为0.5~5mm的带坯，从两个轧辊之间的缝隙被挤出。侧封工艺和侧封板是薄带连铸的核心技术之一。薄带连铸工艺要求侧封板陶瓷耐火材料具有优良的综合性能，必须满足下列要求：(1)具有良好的抗热震性。出钢的瞬间，因为与钢水接触，使侧封工作面的温度立刻上升到1500℃以上，而侧封背面的温度很低，在只有约20mm厚的侧封上，就会产生巨大的温度梯度，导致很大的热应力，这对于抗热震性较差的陶瓷耐火材料显得尤为重要。如果抗热震性不能满足要求，就会导致侧封裂纹甚至炸裂成块。这导致的后果就是漏钢等事故的发生和连铸的停止；(2)低导热性或热绝缘性。由轧辊和侧封组成的结晶器，钢在这个结晶器里，只是要求在结晶辊表面凝固，不能在侧封表面凝固。因此，要求侧封隔热效果越高越好。如果隔热不够，就会导致，钢在侧封表面凝固。随着连铸的进行，侧封表面的冷钢块就会被拉下去。这导致轧制力增大和拉出的薄带变厚和边棱变宽，即边缘不齐，甚至可能漏钢。因为侧封的抗热震性与导热系数成正比（），要降低侧封的导热系数，就降低了侧封的抗热震性。要提高抗热震性和降低导热系数是相互矛盾的，因此，同时满足这两个要求是非常困难的，这就是侧封的难点之一；(3)良好的耐侵蚀性。既要耐不同钢水的侵蚀，又要耐结晶器上部渣等氧化物熔体的侵蚀。只有这样，才能保证更高的使用寿命，满足薄带连铸的产业化要求；(4)侧封具有低摩擦系数和合适的耐磨性。在连铸进行过程中，侧封和轧辊边缘摩擦，拉出薄带与侧封下部摩擦。如果摩擦力大和耐磨性差，就会导致侧封使用寿命低下。但是过硬、耐磨和摩擦系数大，也会导致把轧辊磨坏；(5)不被钢水润湿。防止钢水黏附在侧封上，这样减少了连铸的摩擦力，这对连铸的顺行和提高侧封的使用寿命具有重要的意义；(6)良好的高温强度和韧性。侧封工作面上部承受钢水冲刷，下部也要受到被拉出凝固钢带的高温摩擦力和轧辊轧制钢带对侧封所造成的推力。同时还受到钢水的静压和侧封背面的液压力。因此侧封在各温度段都要具有良好的强度和韧性；(7)成本低廉，对薄带连铸产业化有促进作用。

在高温材料领域里，要同时满足上述条件的单一材料几乎是不可能的。因此，必须发展复合材料，把具有不同优势的材料复合起来。在中国专利91107479.1的说明书中，发明人提供了一种由两层复合材料构成的侧封板，其基层是导热系数低、并具有一定强度的黏土质、熔融石英质及轻质高铝层耐火材料，面层是厚度为0.5~3mm的高致密度的玻璃或搪瓷。这种做法着实解决了材料在钢水、双辊和侧封板三结合区域的熔钢冷块问题，但面层高致密的玻璃陶瓷或搪瓷硬度太高，极易磨损双辊面，严重影响了双辊的使用寿命。另一方面，一般高致密的玻璃陶瓷或搪瓷的液化温度都很低，还达不到钢水温度时就液化，根本就起不到侧封工作面高耐磨、耐侵蚀和耐高温的作用。

中国专利98229485.9的实用新型专利中，提到所使用侧封板材料为氮化硼。氮化硼材料具有良好的抗热震性、润滑性和较好的抗侵蚀性。但是单一氮化硼材料的硬度低，耐磨性差；尤其是在高温下氮化硼易于氧化；特别是它的低导热性，导致侧封表面冷钢，严重影响薄带连铸正常进行和薄带的质量。因此，单一使用氮化硼质侧封板不能满足使用要求，达不到理想的使用效果。