專利名稱：一種鋁鋯碳－氮化硼復(fù)合側(cè)封板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無機(jī)非金屬材料學(xué)科、高溫工程陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙輥薄帶連鑄是一種近終近連鑄工藝。薄帶連鑄機(jī)由兩個相向旋轉(zhuǎn)的水冷輥與一對側(cè)封板組成熔池，用浸入式水口向熔池內(nèi)注鋼水，鋼水在二輥的表面凝固，凝固坯殼由兩水冷輥壓合直接形成帶坯；側(cè)封工藝和側(cè)封板是薄帶連鑄的核心技術(shù)之一。薄帶連鑄工藝要求側(cè)封板高溫陶瓷耐火材料具有優(yōu)良的綜合性能，必須滿足以下要求(1)具有良好熱震穩(wěn)定性，熱變形量小。
(2)高溫下良好的力學(xué)性能強(qiáng)度、韌性。
(3)耐熔鋼侵蝕性強(qiáng)。
(4)良好的絕熱性能，與鋼水浸潤性差。
(5)材料具有適宜的抗耐磨性能。
在中國專利91107479.1的說明書中，發(fā)明人提供了一種由兩層復(fù)合材料構(gòu)成的側(cè)封板，其基層是導(dǎo)熱系數(shù)低、又有一定強(qiáng)度的粘土質(zhì)、熔融石英質(zhì)及輕質(zhì)高鋁層耐火材料，面層是厚度為0.5-3mm的高致密的玻璃陶瓷或搪瓷。這種做法著眼解決了材料在鋼水、雙輥和側(cè)封板三結(jié)合區(qū)域的熔鋼冷塊問題，但面層高致密的玻璃陶瓷或搪瓷硬度太高，極易使雙輥端面的銅板磨損，從而影響雙輥的使用壽命。
中國專利98229485.9的實用新型專利中，提到所使用側(cè)封板材料為氮化硼。但單一氮化硼材料硬度低，尤其是在高溫條件下氮化硼易于氧化，因此單一使用氮化硼效果并不理想。
中國專利95194684.6發(fā)明了一種薄帶連鑄機(jī)用側(cè)面。該側(cè)面包括一個金屬架和一個非金屬材料板。該非金屬材料板由兩部分組成，一部分為與雙輥接觸的磨擦區(qū)域，另一部分為與熔鋼接觸的中央?yún)^(qū)域。其磨擦區(qū)域由一種至少含有15％的氮化硼材料組成。且磨擦區(qū)域由好幾個相拼接的元件組成。熔鋼區(qū)域最好為碳結(jié)合的陶瓷。這一專利僅保護(hù)側(cè)封板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對側(cè)封板材料未提及。
中國專利CN1091116A公布了一種鋯剛玉莫來石氮化硼復(fù)合材料，其目的是通過鋯剛玉莫來石材料和氮化硼材料的綜合韌化和強(qiáng)化，得到一種分別以鋯剛玉為基料與氮化硼復(fù)合和以氮化硼為基料與鋯剛玉莫來石復(fù)合的兩種復(fù)合材料。其特征為上述原料直接混均后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，這種直接以陶瓷為結(jié)合相的復(fù)合材料合成溫度太高，難以制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板及其制造方法，該復(fù)合側(cè)封板強(qiáng)度適中、與結(jié)晶輥摩擦相適應(yīng)，并簡化氮化硼材料的使用方法，且制造熱震穩(wěn)定性好、材料硬度適中、耐熔鋼侵蝕性佳。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)剛玉40-70％鋯莫來石15-30％α-Al2O3微粉 5-10％碳素材料3-12％六方氮化硼 5-15％金屬硅粉(外加) 2-5％粘結(jié)劑(外加)5-15％抗氧化劑(外加) 1-5％。
一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)剛玉50-60％鋯莫來石10-20％α-Al2O3微粉 5-10％碳素材料5-10％六方氮化硼 6-15％金屬硅粉(外加) 2-5％粘結(jié)劑(外加)5-15％
抗氧化劑(外加) 1-5％。
其中，所述的粘結(jié)劑為酚醛樹脂或瀝青等含碳粘結(jié)劑。
所述的抗氧化劑為金屬鋁粉、碳化硅和碳化硼中的一種或一種以上的組合。
又，剛玉與鋯莫來石的優(yōu)選比例為2∶1～4∶1；由于側(cè)封板材料一面與鋼水接觸，溫度為1500℃左右，另一面為常溫環(huán)境，材料所承受的溫度梯度為50℃/mm。較一般耐火材料承受的溫度梯度高5-8倍；為保證復(fù)合側(cè)封板材料具有足夠的熱震穩(wěn)定性，引入一定比例的鋯莫來石材料，以提高復(fù)合材料的熱震穩(wěn)定性。
所述的氮化硼的優(yōu)選加入量為5-15％。
本發(fā)明的側(cè)封板的臨界粒度范圍為0.5-1.0mm；常規(guī)鋁鋯碳材料的臨界粒度為3mm或5mm。試驗結(jié)果表明當(dāng)本發(fā)明的材料的臨界粒度增至3mm時，側(cè)封板與結(jié)晶輥端面摩損指數(shù)為100％，當(dāng)材料的臨界粒度降至1mm時，側(cè)封板與結(jié)晶輥端面摩擦指數(shù)為53％，當(dāng)材料的臨界粒度降至0.5mm時，側(cè)封板與結(jié)晶輥端面摩擦指數(shù)為47％。由于側(cè)封板與連鑄結(jié)晶輥端面是一種動態(tài)密封，為防止側(cè)封板摩擦結(jié)晶輥端面，復(fù)合材料的臨界粒度不宜太大，最佳臨界粒度范圍為0.5-1.0mm。為解決臨界粒度小，混合料成型時易開裂等工藝問題，本發(fā)明中將混合料進(jìn)行混合造粒，以滿足側(cè)封板成型時不層裂的工藝要求。
本發(fā)明的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板的制造方法，包括如下步驟，a.先按上述配比將氮化硼粉體和配方中的脊性粉料如剛玉或α-Al2O3粉體在乙醇或乙二醇溶液中進(jìn)行分散浸漬混合處理；b.混合物再經(jīng)過干燥，得到分散性良好的氮化硼混合粉體；c.不同粒級的氧化鋁(剛玉)、鋯莫來石、氧化鋯、碳素原料和氮化硼混合粉體原料和抗氧化劑按配比在螺旋攪拌機(jī)中預(yù)混合，做為混合料備用；d.以酚醛樹脂或瀝青或其它含碳粘結(jié)劑為結(jié)合劑，將混合料置入造粒機(jī)中進(jìn)行混合造粒；e.不同粒級的混合料經(jīng)干燥后，模壓成型；其中，成型好的側(cè)封板于燥后，在還原氣氛中燒成，燒成后的側(cè)封板經(jīng)油浸熱處理后，進(jìn)行表面研磨和尺寸加工，干燥后成品裝箱。
且，按側(cè)封板不同的使用區(qū)域，配比分為摩擦區(qū)和非摩擦區(qū)。在摩擦區(qū)中鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板材料中的氮化硼優(yōu)選加入量為15％，非摩擦區(qū)氮化硼優(yōu)選加入量為5％。
氮化硼為共價鍵化合物，無明顯的熔點。它不僅是熱的良導(dǎo)體，還是電的絕緣體。氮化硼材料有一個非常可貴的性能，它能被機(jī)械加工，精度達(dá)百分之一毫米，這在非金屬材料中是不多見的。在鋁鋯碳材料中加入氮化硼，改善了材料的高溫力學(xué)性能和機(jī)械加工性能。由于氮化硼粉未在常溫條件下極易團(tuán)聚，難分散，常壓燒結(jié)也難以致密。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以預(yù)混合的方式直接使用氮化硼，將其視著碳素原料如石墨一樣，從碳復(fù)合耐火材料的角度來使用氮化硼，用來制造器件如側(cè)封板等。復(fù)合側(cè)封板強(qiáng)度適中、與結(jié)晶輥摩擦相適應(yīng)，并簡化氮化硼材料的使用方法，克服了氮化硼粉未在常溫條件下極易團(tuán)聚，難分散，常壓燒結(jié)也難以致密的難題。且通過將混合料進(jìn)行混合造粒，解決了復(fù)合材料臨界粒度小，混合料成型時易開裂等工藝問題，滿足了側(cè)封板成型時不層裂的工藝要求；另外，制造熱震穩(wěn)定性好、材料硬度適中、耐熔鋼侵蝕性佳。


圖1側(cè)封板材料臨界粒度與摩損指數(shù)的示意圖。
具體實施例方式
具體實施例的配比見表1。
按配比要求先將氮化硼粉體和粉狀剛玉或α-Al2O3粉體在乙醇或乙二醇溶液中進(jìn)行分散浸漬處理；再經(jīng)過干燥床在50-70℃干燥后得到分散性良好的氮化硼粉體，備用；按配比將不同粒級的氧化鋁(剛玉)、鋯莫來石、氧化鋯原料、碳素原料和氮化硼原料和抗氧化劑在螺旋攪拌機(jī)中預(yù)混合5-15分鐘，做為混合料備用；以酚醛樹脂或瀝青或其它含碳粘結(jié)劑為結(jié)合劑，加入量10％；將混合料和結(jié)合劑置入碾泥造粒機(jī)中進(jìn)行混合造粒10-20分鐘；不同粒級的混合料睏料后，再經(jīng)低于110℃溫度下干燥，裝入模具或模套內(nèi)用機(jī)壓或等靜壓方式成型，成型壓力為150-200Mpa；成型好的側(cè)封板在還原氣氛中于1200-1400℃燒成、燒成后的側(cè)封板經(jīng)油浸熱處理后，進(jìn)行表面研磨，干燥后成品裝箱。
表1

按上述配比制做的側(cè)封板材料指標(biāo)見表2表2

直接使用氮化硼粉體原料的技術(shù)難點是解決氮化硼粉體的分散性困難、燒結(jié)致密困難等技術(shù)問題。本發(fā)明將氮化硼粉體和粉狀剛玉或α-Al2O3粉體按材料配比要求，在乙醇或乙二醇溶液中一同進(jìn)行分散浸漬處理，再經(jīng)過干燥床在50-70℃干燥后得到分散性良好的氮化硼粉體。本發(fā)明中改變氮化硼材料的使用理念，將其作為鋁碳材料中的石墨來對待，作為石墨的補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)剛玉 40-70％鋯莫來石 15-30％α-Al2O3微粉5-10％碳素材料 3-12％六方氮化硼 5-15％金屬硅粉(外加) 2-5％粘結(jié)劑(外加) 5-15％抗氧化劑(外加) 1-5％。
2.一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)剛玉 50-60％鋯莫來石 10-20％α-Al2O3微粉5-10％碳素材料 5-10％六方氮化硼 6-15％金屬硅粉(外加) 2-5％粘結(jié)劑(外加) 5-15％抗氧化劑(外加) 1-5％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其特征是，所述的粘結(jié)劑為酚醛樹脂或瀝青等含碳粘結(jié)劑。
4.如權(quán)利要求1所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其特征是，所述的抗氧化劑為金屬鋁粉、碳化硅和碳化硼中的一種或一種以上的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其特征是，其中剛玉與鋯莫來石的優(yōu)選比例為2∶1～4∶1。
6.如權(quán)利要求1所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其特征是，所述的氮化硼的優(yōu)選加入量為5-15％。
7.如權(quán)利要求1所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其特征是，側(cè)封板的臨界粒度范圍為0.5-1.0mm。
8.一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板的制造方法，包括如下步驟，a.先按上述配比將氮化硼粉體和配方中的脊性粉料如剛玉、鋯莫來石或α-Al2O3粉體在乙醇或乙二醇溶液中進(jìn)行分散浸漬混合處理；b.混合物再經(jīng)過干燥，得到分散性良好的氮化硼混合粉體；c.不同粒級的剛玉、鋯莫來石、氧化鋯、碳素原料和氮化硼混合粉體原料和燒結(jié)助劑按配比攪拌預(yù)混合，做為混合料備用；d.以酚醛樹脂或瀝青或其它含碳粘結(jié)劑為結(jié)合劑，將混合料置入造粒機(jī)中進(jìn)行混合造粒；e.不同粒級的混合料經(jīng)干燥后，模壓成型。
9.如權(quán)利要求8所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板的制造方法，其特征是，成型好的側(cè)封板干燥后，在還原氣氛中燒成，燒成后的側(cè)封板經(jīng)油浸熱處理后，進(jìn)行表面研磨和尺寸加工，干燥后成品裝箱。
10.如權(quán)利要求8所述的鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板的制造方法，其特征是，按側(cè)封板不同的使用區(qū)域，配比分為摩擦區(qū)和非摩擦區(qū)；在摩擦區(qū)中鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板材料中的氮化硼優(yōu)選加入量為15％，非摩擦區(qū)氮化硼優(yōu)選加入量為5％。
全文摘要
一種鋁鋯碳－氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其組分為(重量百分比)剛玉40－70％、鋯莫來石15－30％、α－Al
文檔編號C04B35/10GK1589991SQ0315058
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者李永全, 方園, 李澤亞 申請人:上海寶鋼集團(tuán)公司, 寶山鋼鐵股份有限公司