CN100558676C - 一种电炉钢包镁铝火泥 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电炉钢包镁铝火泥，其特征在于所述的火泥质量百分数组成为：电熔镁砂75-85%、氧化铝粉10-15%、氧化铬粉1～5%、木钙1～5%、羧甲基纤维素1～5%以及三聚磷酸钠0.1～0.5%。本发明在基质中高温下生成MgO·Al2O3和MgO·Cr2O3复合尖晶石相，并伴有一定的体积膨胀，部分抵消使用过程烧结中产生的收缩，提高了初始出现液相温度并形成了具有良好高温性能及抗金属氧化物熔体作用的结构，以提高抗渣侵蚀性和渗透性。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温熔损、渗透和侵蚀的电炉钢包镁铝火泥，以取代传统的两种火泥混合砌筑钢包的形式。属于耐火材料领域。
背景技术
经文献查阅，在国内、外相关钢包的技术产品报道主要有铝镁质、铝质、镁质等钢包用耐火泥，例如，李贵华在“攀钢技术”1997，20(3)：61-63“钢包用铝镁火泥的研制与应用”一文中报道采用煅烧的特级矾土熟料和优质烧结镁砂，广西白粘土及适量外加剂配制的钢包用铝镁火泥具有施工方便、衬砖粘结牢固、抗侵蚀性优良等特性，保证了攀钢综合砌筑钢包的正常推广使用。国外文献“Corrosion of hig-alumina construction materials andfireclay”讨论了高铝质结构材料和耐火泥的腐蚀，主要是在1600℃下电炉使用过程中的腐蚀情况的分析，发现刚玉具有最好的高温耐腐蚀性，而耐火泥的高温耐腐蚀性比较差，为此作者提出了改进连续铸钢钢包的耐火层的设想。还有一些用于混铁炉、水泥窑、有色冶炼炉、炼钢炉等砌筑的粘土质泥浆、镁质泥浆等相关报道。
然而随着钢铁工业的蓬勃发展、连铸和炉外精炼技术的迅速推广、钢品种增多、冶炼时间加长、冶炼温度提高。导致钢包工作层的工作条件越来越苛刻。如何保证提高钢包使用寿命，成为耐火工作者一个新的课题——从钢包衬用镁碳砖、铝镁碳砖到砌筑所用的耐火泥。通过对用后残砖的分析，发现钢包整体寿命的提高，关键在于砖与火泥须达到同水平的寿命，尤其是渣线部位的火泥，二者缺一不可。使用时，砖缝长期受渣的侵蚀和钢水的冲刷，蚀损大都是从这里开始的，从钢厂实际应用的情况来看，残砖通常出现“馒头”状现象，一般60炉左右就要重新砌筑，降低了钢包衬的使用寿命。
因此，耐火泥的材质的选择显得尤为重要。特别是渣线部位耐火泥的抗渣侵蚀性能和耐熔损渗透性能是决定最终钢包使用寿命的关键，如何提高、引入何种矿相及量，是电炉钢包镁铝火泥使用寿命的关键。而现有技术中“95镁火泥”由于高温收缩过大，使得抗渣的侵蚀性和熔损性能较差，在钢包使用后期出现“凹陷”熔损。为了提高钢包耐火泥的使用寿命，本发明的重点在于解决以下两个问题：1.减少高温收缩过大带来的裂纹2.提高耐火泥的抗渣侵蚀性和抗渗透性。这就是本发明区别于现有技术的基本出发点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温熔损、渗透和侵蚀的电炉钢包镁铝火泥，以替代传统的“95纯镁质火泥”和“铝镁火泥”，实现钢包所有砌筑部位的一体化，从而延长了钢包整体包龄，在150吨电炉钢包使用，其平均寿命可从现有的平均60炉提高到80炉。
本发明的目的是通过以下三个技术手段达到的：
①主原料的选择：选择优质的电熔镁砂和氧化铝粉，促使高温状态下原位生成尖晶石矿相，并伴有一定的体积膨胀，以部分抵消火泥的高温烧结所带来的收缩，提高高温下的使用性能。
②合理选择结合剂，引入无机、有机复合外加剂，使火泥具备较高的强度、良好的铺展性、保水性、可长时间施工。
③在基质相中添加氧化铬细粉(≤320目，即≤45μm)来提高火泥的抗渣侵蚀、渗透及抗熔损等高温性能。
具体而言，本发明提供的一种电炉钢包镁铝火泥具体组成的质量百分数
电熔镁砂 ≤200目 75-85％
氧化铝粉 ≤3微米 10-15％
添加物：A： 氧化铬(≤320目) 1～5％
B： 木钙 1～5％
C： 羧甲基纤维素 1～5％
D： 三聚磷酸钠 0.1～0.5％
注：以上添加物均为内加，6种成份总和为100％。
在上述组分中可清楚看出：
(1)主原料选择及粒度范围的确定，之所以选择数量较多且粒径较小的氧化铝微粉，目的在于保证充分的接触面，有助于烧结，同时促使在烧结过程中容易形成MgO.Al2O3尖晶石，所述的镁铝尖晶石具有较小的热膨胀系数和弹性模量，熔融点为2135℃，且在形成时产生体积膨胀效应，可以部分抵消烧结所产生的收缩，该火泥基质中MgO·Al2O3尖晶石相的存在，有助于保持方镁石高的耐火度、抗金属及碱性氧化物的化学稳定性，即提高了抗渣侵蚀性(见附图1)；又能提高它的热震稳定性、抗水化性并降低MgO的高温挥发性。
(2)基质相中Cr2O3引入，一方面促进了MgO-MgO·Al2O3混合物的烧结，同时在烧结时合成了镁铝、镁铬复合尖晶石，提高了耐火材料的最初出现液相的温度，并形成了具有良好的高温性能及抗金属氧化物熔体作用的结构，即提高了高温强度，强化基质。
(3)木钙、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠的引入，主要起结合、减水、增加粘性、延长硬化时间的作用，由于该火泥的粒度太细，加水量大，泥浆涂抹于砖面上易流淌，达不到灰缝要求，且干燥后线收缩大，易产生龟裂。这三种减水剂的复合使用产生了极强的减水效果，使火泥降低了加水量，提高了强度，同时保证了可施工时间。
在实际使用过程中，钢渣的侵蚀和钢水的冲刷是一个极其复杂的高温物理化学过程，它既有渗透又有侵蚀，对材料要求极其苛刻。本发明的目的在于：使材料在高温下持续反应，生成复合尖晶石，即MgO·Al2O3和MgO·Cr2O3(镁铝和镁铬尖晶石)，从而增强砌筑灰缝的耐熔损性和渣的侵蚀性，达到与钢包砖同寿命的使用要求。克服了原先渣线部位的“95镁火泥”的不耐侵蚀和熔池部位的“铝镁尖晶石火泥”的不耐熔损等缺陷。大大地延长了钢包的使用寿命而又降低了吨钢成本和劳动强度。
本发明提供的电炉钢包镁铝火泥特征是(1)同时替代了原有的用于砌筑渣线部位的“95镁火泥”和熔池部位的“铝镁尖晶石火泥”(2)基质相添加氧化铬细粉(≤320目)，使火泥的高温性能如抗渣侵蚀性、和熔损性能大大提高。
由本发明提供的电炉钢包镁铝火泥优先推荐电熔镁砂(MgO)质量百分含量78～83％，Al2O3质量百分含量8～13％，氧化铬粉1～5％、木钙1～5％羧甲基纤维素1～5％以及三聚磷酸钠0.1～0.5％。110℃×24h烘干后粘结抗折强度2～6MPa，经1550℃×3h处理后的粘结抗折强度4～8MPa。
由本发明提供的电炉钢包镁铝火泥的配制工艺是：
1、本产品生产采用250型强制式搅拌机，一次混料量为400公斤。
2、按配方配比要求严格称量各种原材料，包括添加剂。
3、将除添加剂外的原料按由粗到细的顺序加料，先混合3～5分钟，待基本均匀后，加入添加剂，继续混合约8～10分钟，至均匀，中间测试站抽检，进行施工性能测试，合格后即可出料装袋。
综上所述，本发明提供的电炉钢包镁铝火泥特征是在纯镁质耐火泥的基础之上，通过基质相加入木钙、羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、超细α-Al2O3粉和300目Cr2O3粉等，对火泥的常温施工状态的加水量、高温烧成后强度、线变化率及抗渣侵蚀和渗透进行对比试验研究，结果发现：该火泥施工加水量较纯镁质耐火泥少，强度高，且基质中生成了MgO.Al2O3、MgO.Cr2O3复合尖晶石相，并伴有一定的体积膨胀，部分抵消烧结所产生的收缩，提高了耐火材料的最初出现液相的温度，并形成了具有良好的高温性能及抗金属氧化物熔体作用的结构，即提高了高温强度，强化基质，同时也提高了抗渣侵蚀性和渗透性。
附图说明
图1：两种火泥抗渣样比较
(a)电炉钢包镁铝火泥抗渣样
(b)95镁火泥抗渣样。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步阐述本发明的实质性特点和显著的进步。
实施例1
按电熔镁砂≤200目80％，氧化铝12％，氧化铬粉4％，木钙2％，羧甲基纤维素1.5％以及三聚磷酸钠0.5％进行配制。先将镁砂和氧化铝混和，再加入Cr2O3粉，先混合3-5分钟，再加入木钙、羧甲基纤维素和三聚磷酸钠继续混合8-10分钟，均匀混合。
采用静态坩埚法进行抗渣对比试验。将95纯镁质火泥和电炉钢包镁铝火泥分别制成抗渣样，并装入相同质量的钢包渣50克(CaO/SiO2比为2)，放入电炉中于1600℃ 3h进行抗渣试验。自然冷却至室温后取出试样，将残留的钢包渣取出并称量，并将抗渣样沿中心线纵向切开(见图1)，观察渣的渗透和侵蚀情况。结果如下：
通过对两组抗渣样的渣渗透最大深度、累计残渣量及160 0℃*3h的线变化率测量，可以发现电炉钢包镁铝火泥无论是在线变化率，还是在抗渗透及侵蚀方面，都较95镁火泥好，而且在实际使用中大大延长了钢包到整体使用寿命。
Claims (4)
1、一种电炉钢包镁铝火泥，其特征在于所述的火泥质量百分数组成为：电熔镁砂75-85％、氧化铝粉10-15％、氧化铬粉1～5％、木钙1～5％、羧甲基纤维素1～5％以及三聚磷酸钠0.1～0.5％。
2、一种电炉钢包镁铝火泥，其特征在于所述的火泥质量百分数组成为电熔镁砂75-83％、氧化铝粉为8-13％、氧化铬粉1～5％、木钙1～5％、羧甲基纤维素1～5％以及三聚磷酸钠0.1～0.5％。
3、按权利要求1或2所述的电炉钢包镁铝火泥，其特征在于所述的电熔镁砂粒径≤200目，氧化铝粉粒径≤3μm，氧化铬粉≤45μm。
4、按权利要求1或2所述的电炉钢包镁铝火泥，其特征在于高温下在基质中生成MgO·Al2O3和MgO·Cr2O3复合尖晶石相。
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