[发明专利]一种连铸浸入式水口用低碳超低碳的锆碳耐火材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种连铸浸入式水口用低碳超低碳的锆碳耐火材料及其制备方法，先将配制好的硝酸盐无水酒精溶液与酚醛树脂混合，再将0.1～6wt％的鳞片状碳素倒入其中搅拌混合，将混合物倒入三辊研磨机中进行差速循环剥离1‑20次，从出料辊收集得到微纳米石墨薄片的树脂基混合物，将树脂基混合物在40℃～90℃水浴中加热5～30min，将ZrO₂颗粒和加热后的树脂基混合物放入混炼机中混炼3～15min，最后加入ZrO₂细粉和抗氧化剂继续混炼4～15min制成泥料，困料1～24h，然后制成砖坯，在温度140～300℃下于干燥窑烘烤固化，烘烤时间为7～36h，然后在1300～1600℃下埋碳处理2～12h，即得。本发明所述的低碳超低碳的锆碳耐火材料能够在保持/提高ZrO₂‑C耐火材料综合性能的基础上实现碳含量的大幅度降低。

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种连铸浸入式水口用低碳超低碳的锆碳耐火材料及其制备方法。

背景技术

浸入式水口是将水口浸入到结晶器内的钢液面下，作为浇注的管道，是钢水从中间包进入结晶器的通道。它在保护钢流、防止钢水二次氧化、促进夹杂物上浮的同时，还改变着钢液在结晶器内的流动状态，同时，又能提高铸坯质量、防止卷渣等作用，对提高钢的质量和连铸的生产能力起着重要的作用。由于铸模内部钢表面的熔融玻璃层的存在，该熔融玻璃层含有CaO、SiO₂、Na₂O、K₂O等，会严重侵蚀浸入式水口材料中的Al₂O₃、SiO₂、C，长时间的操作会对浸入式水口材料的耐蚀性产生影响。因此，在浸入式水口与熔融玻璃层接触的部位，大多采用对熔融玻璃层耐腐蚀强的ZrO₂材料。

碳素材料具有良好的耐高温性、化学稳定性和抗热震稳定性，特别是与熔融金属铁液的界面张力大而不被润湿等特点，被广泛应用于钢铁冶炼工业用含碳耐火材料中，能够显著提高其抗渣侵蚀和抗热震性能。现有国内外大型钢厂用含碳耐火材料的碳素原料使用最多的是鳞片石墨，传统含碳耐火材料由于含有较高的碳含量(一般10-20wt％的碳含量)导致抗氧化性差、机械强度低等严重问题。其次，高碳含量引起的高热导率会导致巨大热损失的产生、钢水的降温、炼钢炉钢壳体的形变，造成能源的浪费和钢铁铸造过程的扰乱，因而含碳耐火材料的碳含量必须降低到适当的低水平(<5wt％的碳/石墨，理想<3wt％)。一般而言，浸入式水口通过提高氧化锆含量来提高耐腐蚀性。另一方面，提高氧化锆的含量将导致ZrO₂-C材质的热膨胀系数和热导率上升，因此，保持氧化锆含量和石墨含量的平衡是很重要的。然而，如果只是简单地在现有的ZrO₂-C耐火材料中降低碳含量，会使得碳不能形成连续相或者连续程度下降，势必导致ZrO₂-C耐火材料抗热震稳定性能和耐侵蚀性能变差。因此，采用一种合适的方法降低ZrO₂-C耐火材料中碳含量的同时保持其高温稳定性特别是抗侵蚀性是制备高性能的ZrO₂-C耐火材料的关键。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供连铸浸入式水口用低碳超低碳的锆碳耐火材料及其制备方法，能大幅度降低ZrO₂-C耐火材料的碳含量和导热率，并能提高低碳含碳ZrO₂-C耐火材料的抗热震性和抗渣性，有利于低碳钢、超低碳钢等洁净钢生产和二次精炼技术的发展。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种连铸浸入式水口用低碳超低碳的锆碳耐火材料，组分按重量百分数计为：ZrO₂集料85～98.5wt％、1～7wt％的酚醛树脂结合剂、0.1～6wt％的碳素原料、0～1wt％的硝酸盐化合物、0.1～3.5wt％的复合抗氧化剂；所述的碳素原料为鳞片石墨、膨胀石墨中的一种或两种混合物；所述的硝酸盐化合物为无水硝酸镍、无水硝酸铁、无水硝酸钴中的一种或者两种以上。