一种锆莫来石氮化硼碳侧封板及制造方法技术

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种锆莫来石氮化硼碳侧封板及制造方法
本专利技术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。
技术介绍
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，专利技术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的技术专利中，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。中国专利95194684.6专利技术了一种薄带连铸机用侧面。该侧面包括一个金属架和一个非金属材料板。该非金属材料板由两部分组成，一部分为与双辊接触的磨擦区域，另一部分为与熔钢接触的中央区域。其磨擦区域由一种至少含有15%的氮化硼材料组成，且磨擦区域由好几个相拼接的元件组成。熔钢区域为碳结合的陶瓷。这一专利仅保护侧封板的结构设计，对侧封材料未提及。中国专利CN091116A公布了一种锆刚玉莫来石氮化硼复合材料，其目的是通过锆刚玉莫来石材料和氮化硼材料的综合韧化和强化，得到一种分别以锆刚玉为基料与氮化硼复合和以氮化硼为基料与锆刚玉莫来石复合的两种复合材料。其特征为上述原料直接混匀后进行高温烧成，这种直接以陶瓷为结合相的复合材料合成温度太高，难以制备。另外，超高温烧成的陶瓷材料的脆性很大，不能满足侧封板抗热震性的要求。专利US4469802中提到的氮化硼材料的烧成需要极高的压力（400-2000MPa）、温度（1300-2000℃）和气体保护等条件，这些方法对制造设备要求很高,设备投资昂贵，导致它的制造成本很高。专利US4885264中提到一种可用于制作侧封板的材料制备方法，六方氮化硼含量30-85%，氧化物（ZrO2、MgO）含量5-20%，碳化物（SiC、TiC、ZrC）含量5-20%，然后在1500℃-1800℃，固定压力7-20MPa下进行烧压成型，或在1400℃-1700℃，100-300MPa下真空热压成型。该方法对设备的要求也比较高，制造成本比较高。专利US4412008中提到一种生产氮化硅和氮化硼烧成物的方法，该案中的氮化硅含量60-97%；氮化硼含量3-40%；生产时，按照配比加入硅粉和氮化硼粉末，然后用溶剂、粘结剂和分散剂将其混合后压成模型，在没有氧气的高温炉中以1100℃-1300℃烧成，以保证其具有一定的加工强度。加工后得烧成物重新放入炉中，在氮气保护下以1250℃-1450℃的温度烧成，得到的氮化硅和氮化硼烧成物具有良好的强度和热抗性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锆莫来石氮化硼碳侧封板及制造方法，该复合侧封板强度适中，与结晶辊磨擦相适应，并简化了氮化硼材料的制备方法，且具有热震稳定性好、材料硬度适中、耐熔钢、抗侵蚀性好的特点。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，由下列成分组成的（质量比）：锆莫来石5~30%，六方氮化硼10~80%，添加剂1~20%，石墨0.5~5%，碳纤维0.1~5%，碳素结合剂(外加)5~20%。进一步的，所述锆莫来石的成分（质量比）为ZrO2：20~50%，Al2O3：35~60%，SiO2:10~25%；所述锆莫来石物相组成为（质量比）单斜和四方氧化锆15~45%，莫来石40~65%，玻璃相不大于20%，所述锆莫来石的颗粒尺寸为≤1mm。该锆莫来石原料可以是电熔原料，也可以是高温烧成的合成原料。该原料内含有单斜和四方氧化锆，在1180℃发生相变m-ZrO2→T-ZrO2，伴随着收缩，在颗粒周围形成微裂纹，起到相变增韧和消除热应力的作用，该原料除含有氧化锆外，还含有膨胀系数较低的莫来石和玻璃相，因此该原料具有热膨胀很小的特性，抗热震性很好，满足侧封板的抗热震要求。进一步的，所述添加剂为单质硼粉、金属钛粉、硅粉、铬粉的一种或复合，其颗粒小于10μm。进一步的，所述六方氮化硼的BN含量不小于95%，颗粒小于10μm。进一步的，所述石墨的颗粒小于44μm，碳不少于95%。进一步的，所述碳纤维直径小于40μm，长度小于10mm（优选的，直径10~20μm，长度3~50mm）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，由下列成分组成的（质量比）：锆莫来石5~30%，六方氮化硼10~80%，添加剂1~20%，石墨0.5~5%，碳纤维（外加）0.1~5%，碳素结合剂(外加)5~20%。

【技术特征摘要】
1.一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，由下列成分组成的（质量比）：锆莫来石5~30%，六方氮化硼10~80%，添加剂1~20%，石墨0.5~5%，碳纤维（外加）0.1~5%，碳素结合剂(外加)5~20%。2.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述锆莫来石的成分（质量比）为ZrO2：20~50%，Al2O3：35~60%，SiO2:10~25%；所述锆莫来石物相组成为（质量比）单斜和四方氧化锆15~45%，莫来石40~65%，玻璃相不大于20%，所述锆莫来石的颗粒尺寸为≤1mm。3.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述添加剂为单质硼粉、金属钛粉、硅粉、铬粉的一种或复合，其颗粒小于10μm。4.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述六方氮化硼的BN含量不小于95%，颗粒小于10μm。5.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述石墨的颗粒小于44μm，碳不少于95%。6.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述碳纤维直径小于40μm，长度小于10mm（优选的，直径10~20μm，长度3~50mm）。7.如权利要求1所述的一种锆莫来石氮化硼碳侧封板，其特征在于，所述碳素结...

【专利技术属性】
技术研发人员：田守信，申娟娟，张兆路，田守民，王新建，蒲锡鹏，田伟杰，
申请(专利权)人：阳谷信民耐火材料有限公司，山东柯信新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37