CN103408309B - 一种不粘结中间包干式料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以碎烧结镁砂和低成本含碳材料为主原料的不粘结中间包干式料及其生产方法，采用的技术方案是：按重量百分比，由1～3mm的碎烧结镁砂35～40％、0.088～1mm的碎烧结镁砂18～25％、≤0.088mm碎烧结镁砂30~35％及≤0.15mm的含碳材料2~4%构成；复合结合剂占主料总重量的2～5％，所述的复合结合剂由重量百分比20～40%的糊精和重量百分比60～80%的固体树脂粉组成；其制备方法包括筛分、研磨、配料、混合、检验和包装等工序。本发明采用的骨料为碎烧结镁砂，价格低廉，引入含碳材料显著提高镁质干式料的抗烧结性能，避免中间包下线后工作衬由于烧结粘附在永久衬上难以拆包。<!--1-->

Description

一种不粘结中间包干式料及其生产方法

技术领域

本发明涉及耐火材料工业领域，特别是一种不粘结中间包干式料及其生产方法。

背景技术

干式料具有施工方便，可快速烘烤甚至不经烘烤即可使用，以及衬体易于解体等优点，因此连铸中间包工作衬越来越多的采用碱性干式料。目前大多数干式料由优质镁砂，低温结合剂和中温结合剂组成。低温结合剂一般采用熔点较低且在300℃以下即能固化的树脂或者其他有机结合剂，主要是为工作衬提供成型和脱模强度；中温结合剂一般为促烧结剂，在1000℃左右产生少量的低熔相或与主原料反应生成低溶物使中间包工作衬在中温烘烤后具有一定的强度，保证中间包能顺利被吊放到连铸系统上，而其工作衬不致于坍塌。使用过程中理想的中间包干式料工作衬结构应该是由与钢液接触的外层向里由10-20mm左右的烧结层，10-30mm厚的过渡层和10mm左右的松散层构成，这样既能保证使用寿命又容易翻包。

近年来，由于菱镁矿品位的不断下降，重烧镁砂质量大幅度下降，产生的碎镁砂(窑漏子)大量增加。将碎镁砂按正常镁砂配置中间包镁质干式料，在应用的过程中会出现烧结严重和抗渣侵蚀性能差的问题。如果干式料烧结严重、抗渣性能差，在使用中会出现难拆包、使用次数少，导致不能正常应用。另外，由于钢厂为节约成本不断压低耐火材料的价格。因此，如何在保证干式料性能的情况下，大量使用碎镁砂，降低干式料生产成本成了亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种以碎烧结镁砂和低成本含碳材料为主原料的不粘结中间包干式料及其生产方法，利用该方法可以生产出具有较好的抗渣侵蚀性能的中间包镁质干式料。

本发明提供的一种不粘结中间包干式料的组分及重量百分比含量如下：

所述的碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％，SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度:2.8～3.0g/cm³。碎烧结镁砂是生产烧结镁砂生产过程中产生的粒度小于3mm的等外的镁砂，根据国家标准规定这部分烧结镁砂属于不合格品，长期以来没有得到很好的利用。和正常烧结镁砂相比，碎烧结镁砂杂质高，体积密度低，但价格是正常烧结镁砂的三分之一左右。

所述的含碳材料为冶金焦粉、废电极和碎石油焦中的一种或任意两种复合，含碳材料不限于以上三种；其中冶金焦粉是冶金焦生产过程中产生的粒度小于5mm的部分，重量百分比固定碳含量≥85％，这部分焦碳不能用于高炉冶炼，价格低廉；废电极重量百分比碳含量≥95％，废电极由电炉炼钢、电熔镁砂生产以及电熔刚玉生产过程中产生；碎石油焦重量百分比固定碳含量≥85％，灰分小于1％；碎石油焦是由炼油厂工艺波动引起的石油焦粉化、部分石油焦在运输和存储过程中被破碎以及石油焦进入煅烧炉前的预破碎产生的，数量多、价格低于优质煤和冶金焦炭。

所述的复合结合剂由重量百分比20～40％的糊精和重量百分比60～80％的固体树脂粉组成。

一种不粘结中间包干式料的制备方法，该方法包括以下步骤：

a.将碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒，其中≤0.088mm的颗粒≤10％，用磨粉设备研磨成≤0.088mm的细粉；将含碳材料加工成0～0.15mm的细粉；

b.按照一种不粘结中间包干式料的组分及重量百分比含量进行称量配料，加入到混炼机中混合8～10min；

c.物料混合均匀后，得到不粘结中间包干式料成品，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

本发明与现有同类技术相比，其显著的有益效果体现在：

采用的骨料为碎烧结镁砂，价格低廉，能显著降低镁质干式料生产成本；向干式料里引入含碳材料，显著提高其抗烧结性能，避免中间包下线后工作衬由于烧结粘附在永久衬上难以拆包；采用的含碳材料为冶金焦粉、废电极、碎石油焦等，提高了这些含碳材料的综合利用率，减少资源浪费。

向干式料里引入适量的含碳材料如冶金焦粉、废电极和碎石油焦等不会显著降低干式料的固化后强度，也不会使钢液增碳，因为中间包干式料工作衬在使用之前会在1000-1200℃的温度下进行预烘烤，在此过程中工作衬外层的碳已经氧化，浇注时外层在高温作用下形成致密的烧结层，保护内部的碳不会被氧化同时阻止内层的碳进入钢液中。另外，碳的引入还会显著提高其抗烧结性能，原因是高温下镁质干式料内部会发生式①、式②反应，干式料试样的内部产生CO气体，形成还原气氛，气压增大。

2C(s)+O₂(g)＝2CO(g)          ①

MgO(s)+C(s)＝Mg(g)+CO(g)      ②

△_rG＝△_rG^θ+RTln(P_CO/P^θ)       ③

耐火制品的烧结过程其实就是制品致密化的过程，在烧结的过程中发生固相反应和晶体长大，这些过程主要是在基质中进行。由③式可知在指定温度下，反应的△_rG^θ值为常数，△_rG与RTln(P_CO/P^θ)呈直线关系。CO分压越大，在同一温度下式①、式②反应的吉布斯自由能越大，同时△_rG＝0对应的温度越高，在干式料实际使用过程中，含碳材料的氧化被有效抑制。因此会有残留的碳存在于干式料的基质微粒之间，抑制了质点的扩散，从而减缓了固相反应；另外，在高温作用下，镁质干式料基质内的部分活性较大的氧化镁微晶粒继续长大，晶体长大的实质就是晶界不断向外扩展的过程，这晶界扩展遇到CO气体或杂质时就会停止，产生钉扎现象，进而抑制干式料的致密化，使其不易烧结，用后干式料不会与中间包永久衬发生粘结，容易翻包。

具体实施方式

下面通过实施例具体描述本发明。

实施例1

一种不粘结中间包干式料，主料和添加剂的组成见表1中实施例1，其中碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％，SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度:2.8～3.0g/cm³。复合结合剂由40％的糊精和60％的固体树脂粉组成。

一种不粘结中间包干式料的制备方法的步骤如下：

1.碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm(其中≤0.088mm的颗粒≤10％)的颗粒；由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；将废电极加工成0～0.15mm的细粉；

2.按表1主料和添加剂的组成进行称量配料，加入混炼机中混合8～10min；

3.混合均匀后，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

成品理化性能分析结果见表2实施例1。

实施例2

一种不粘结中间包干式料，主料和添加剂的组成见表1中实施例2，其中碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％，SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度:2.8～3.0g/cm³。复合结合剂为由30％的糊精和70％的固体树脂粉组成。

一种不粘结中间包干式料的制备方法的步骤如下：

1.碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm(其中≤0.088mm的颗粒≤10％)的颗粒；由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；将碎石油焦加工成0～0.15mm的细粉；

2.按表1主料和添加剂的组成进行称量配料，加入混炼机中混合8～10min；

3.混合均匀后，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

成品理化性能分析结果见表2实施例2。

实施例3

一种不粘结中间包干式料，主料和添加剂的组成见表1中实施例3，其中碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％，SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度:2.8～3.0g/cm³。复合结合剂为由25％的糊精和75％的固体树脂粉配制而成。

一种不粘结中间包干式料的制备方法的步骤如下：

1.碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm(其中≤0.088mm的颗粒≤10％)的颗粒；由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；将冶金焦粉加工成0～0.15mm的细粉；

2.按表1主料和添加剂的组成进行称量配料，加入混炼机中混合8～10min；

3.混合均匀后，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

成品理化性能分析结果见表2实施例3。

实施例4

一种不粘结中间包干式料，主料和添加剂的组成见表1中实施例4，其中碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％，SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度:2.8～3.0g/cm³。复合结合剂为由20％的糊精和80％的固体树脂粉组成。

一种不粘结中间包干式料的制备方法的步骤如下：

1.碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm(其中≤0.088mm的颗粒≤10％)的颗粒；由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；将废电极和冶金焦粉加工成0～0.15mm的细粉；

2.按表1主料和添加剂的组成进行称量配料，加入混炼机中混合8～10min；

3.混合均匀后，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

成品理化性能分析结果见表2实施例4。

对比例

主料和复合结合剂的用量见表1对比例，所用90烧结镁砂的理化指标为：SiO₂≤4.0％；Fe₂O₃≤2.0％；MgO≥90.0％，体积密度≥3.15g/cm³。所用结合剂为固体酚醛树脂。

制备方法如下：

1.90烧结镁砂经检验合格后经破碎机进行机械破碎，经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm(其中≤0.088mm的颗粒≤10％)的颗粒；取0.088～1mm部分磨成≤0.088mm的细粉；

2.按表1主料和添加剂的组成进行称量配料，加入混炼机中混合8～10min；

3.混合均匀后，将经检验合格的成品进行装袋、包装。

成品理化性能分析结果见表2对比例。

表1  主料和复合结合剂的用量

表2  成品理化性能指标对比

加入含碳材料的试样250℃保温2小时固化后强度和不加含碳材料的对比样相差不大，说明引入含碳材料后以复合结合剂为低温结合剂不降低干式料的固化后强度。烧结是指一种或多种固体加热到一定温度开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程，常用高温处理后体积密度、烧后线变化率和常温耐压强度物理指标来衡量。加入含碳材料的试样1550℃保温3小时处理后的体积密度、烧后线变化率和常温耐压强度明显低于未加含碳材料的对比试样，这说明加入含碳材料后能明显减弱干式料使用过程中的烧结程度，防止浇钢过程中干式料粘结在永久衬上。

Claims (1)

1.一种不粘结中间包干式料，其特征是该干式料的组分及重量百分比含量如下：

其中碎烧结镁砂含重量百分比MgO:85～90％；SiO₂:4～8％，Fe₂O₃:1.5～4％，体积密度：2.8～3.0g/cm³；含碳材料为冶金焦粉、废电极和碎石油焦中的一种或任意两种复合，其中冶金焦粉为冶金焦生产过程中产生的粒度小于5mm的部分，固定碳重量百分比含量≥85％；废电极重量百分比碳含量≥95％；碎石油焦重量百分比固定碳含量≥85％，灰分小于1％；

其中的复合结合剂由重量百分比20～40％的糊精和重量百分比60～80％的固体树脂粉组成；

所述不粘结中间包干式料的制备方法，该方法包括以下步骤：

a.将碎烧结镁砂经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒，其中≤0.088mm的颗粒≤10％，用磨粉设备研磨成≤0.088mm的细粉；将含碳材料加工成0～0.15mm的细粉；

b.按照一种不粘结中间包干式料的组分及重量百分比含量进行称量配料，加入到混炼机中混合8～10min；

c.物料混合均匀后，制得不粘结中间包干式料成品，将经检验合格的成品进行装袋、包装。