CN101234905A - Rh内衬用刚玉尖晶石质耐火材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，涉及耐火材料领域，以白刚玉，富铝尖晶石超微粉和尖晶石为主材，利用无水泥结合，耐火材料不含氧化铬，其成本和使用寿命与高档镁铬制品在RH设备上相当，可以大规模地替代存在污染环境、高能耗和资源紧缺问题的镁铬砖耐材，使用寿命稳定可控，其用后工业废品可再次再生利用，减少耐材浪费和消耗。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，特别涉及RH真空冶炼设备炉衬用耐材。
背景技术
冶金工业中，由于RH真空精炼设备炉衬用耐材，需经受高温钢水的剧烈冲刷、炉渣和钢水的熔损侵蚀和间隙性处理钢水所经受的强烈的热震损毁过程，要求材料具有优良的抗钢水和渣侵蚀性能、良好的高温强度，同时，还要求材料具有足够的热震稳定性。超高温烧成的镁铬制品，因综兼上述诸方面的优良性能，成为过去几十年中RH真空冶炼设备的最合适的炉衬耐火材料，但该材料以氧化铬为主原料组成，在生产或冶金处理过程中会产生对人体造成伤害的六价铬，一直受到国内外环境保护政策的限制，除此还存在着铬精矿资源日趋紧张以及镁铬砖高温烧成生产工艺过程高能耗等问题。
近年来整个耐材行业中无铬耐材开发工作受到重视，如中国专利申请200610135192.2公开的无铬RH耐材，是一种镁尖晶石碳质机压成型浸渍管用耐材。镁尖晶石碳材料在RH真空设备的工艺处理中，在高温下因碳与氧化镁真空的剧烈反应会造成内衬局部的异常熔损，且耐材中含碳不利于低碳钢或超低碳钢中的碳成份控制。
以往曾试想替代RH炉衬用镁铬砖的无铬耐材包括镁铝尖晶石、镁尖晶石钛、镁尖晶石锆、氧化镁-氧化钇、氧化镁-氧化锆、氧化镁-锆英石等材料体系的高温烧成定型耐火材料制品和不烧成的镁碳质定型耐火制品，但这些耐材经使用发现其耐用性下降，必需对该体系材料的抗渣性能进行改善提高。出现了在Al2O3-MgO质浇注料中引入了氧化锆或锆英石微粉或引入少量Fe2O3和TiO2，以促进材料组织结构中结合相的发达，达到提高耐侵蚀性能的目的，经试验，这些耐材的使用效果虽略低于镁铬砖，但成本显著高于镁铬砖，成本因素阻碍了无铬耐材的工业化应用。
发明内容
本发明正是为了克服上述不足，提供一种可以真正替代镁铬砖应用于RH环流管和浸渍管的高性能刚玉尖晶石质浇注料，无环境污染问题，耗能少，主要创新在于以白刚玉，富铝尖晶石超微粉和尖晶石为主材，利用无水泥结合刚玉尖晶石浇注耐材，同时利用耐火浇注料制作整体浸渍管、环流管，避免了定型耐火材料砌筑而成的浸渍管、环流管砖缝的快速侵蚀，最终使浇注成型的不定形耐火材料的耐火性能达到了超高温烧成的镁铬砖耐材的水平。刚玉尖晶石质RH管内衬因其生产成本和使用效果与镁铬砖相当，从而可以大规模地替代存在污染环境、高能耗和资源紧缺问题的镁铬砖耐材。具体是这样实施的：
RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其特征在于各组份的重量配比为：
铝凝胶粉 Al2O3≥95％ 3-10％
富铝尖晶石超微粉 Al2O3＝88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 D50≤2.5um 7-18％
白刚玉 Al2O3≥99％，体积密度≥3.5g/cm3 315～0.154mm 48-74％
≤0.088mm 3-14％
尖晶石 Al2O3＝73-79％，Al2O3+MgO≥98.5 1～5mm 5-20％
≤0.088mm 2-15％
外加：
三聚氰胺缩甲醛磺酸钠 减水率≥25％ 粒度≤0.154mm 0.1～0.3％
水 3.8-4.5％
本发明所用的铝凝胶粉作为结合剂，制作中提供耐火材料坯体所需强度，如果加入量小于3％，则制品强度明显偏低不能满足生产或运输所需，高于10％则显著降低高温下基质强度。选择初凝≥30min，终凝≤24h，三天干后粘接强度≥6Mpa(110℃×24h)的铝凝胶能确保产品的质量。
富铝尖晶石超微粉作为基质结合材料促进烧结，加入量低于7％，制品热态结合强度下降较明显，不能满足RH真空炉内衬耐材使用的安全性，超过18％则对材料的抗钢水冲刷性能不利；加入尖晶石是提高制品耐火度、热振稳定性和耐钢渣侵蚀能力，在7％以下的加入则没有明显的效果，如果加入量提高到35％以上，制品容易开裂。
三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM)作分散剂，其在制作过程改善耐火材料浇注性能，减少浇注加水量，而在耐火材料制品烧烤中分解挥发。加入量小于0.1％时加水量增加明显，大于0.3％的减水剂加入，浇注制品初凝时间过长。
当外加的水份低于3.8％时，耐材施工时的流动性差，水分高于4.5％，则会影响耐材强度。
本耐材的化学组成为(质量百分比)Al2O3+MgO 97～98％，MgO 2～10％，其余为原料中带入的不可避免的杂质2～3％。
本发明的生产制作工艺是：将配比好的原料干混，加水搅拌后振动成型，模内养护24-36小时后脱模再自然养护2-5天后烘烤，烘烤温度为260-450℃，烘烤时间为28-40小时。最终产品形成了与目前炼钢精炼RH设内衬高温烧成再结合镁铬砖寿命和成本相当，热态抗折和热态稳定性优于镁铬砖的成品，从而使RH内衬使用更稳定，设备周转更可控、更安全。本生产工艺采用浇注成型，不需要高能耗的高温烧成，节约能源。成品一次成型，不需要打砖、组合和研磨，简化了RH内衬耐材的生产工艺路径，提高了生产率。
本发明所述的耐材以高纯工业原料为主成份、不烧的浇注技术为生产工艺，不含氧化铬，其成本和使用寿命与高档镁铬制品在RH设备上相当，从而可以大规模地替代存在污染环境、高能耗和资源紧缺问题的镁铬砖耐材，使用寿命稳定可控，其用后工业废品可再次再生利用，减少耐材浪费和消耗。参考其理化性能表：
| 项目 | 单位 | 实测值 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.22～3.325 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | -0.2～+0.5 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 18～23 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 72～125 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 97～98 |
| MgO | ％ | 2～10 | |
具体实施方式
实施例1，RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其配伍为：
| 原料 | 性能 | 规格 | 重量配比％ |
| 铝凝胶粉 | Al2O3≥95％(灼烧基)，初凝≥30min，终凝≤24h，110℃×24h，三天干后粘接强度≥6Mpa | 3 | |
| 富铝尖晶石超微粉 | Al2O388-91％，Al2O3+MgO≥98.8 | 粒度：D50≤2.5um， | 10 |
| 白刚玉 | Al2O3≥99％，体密≥3.5g/cm3 | 15～0.154mm | 48 |
| ≤0.088mm | 4 | ||
| 尖晶石 | Al2O373～79％，Al2O3+MgO≥98.5％ | ≤0.088mm | 15 |
| 粒度：1～5mm， | 20 | ||
| 三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM) | 减水率≥25％ | 粒度≤0.154mm | 0.1 |
| 水 | 3.8 |
制造方法为：按配比配好原料，干混，加水搅拌后振动成型，模内养护24-36小时后脱模再自然养护2-5天后烘烤，烘烤温度为260-450℃，烘烤时间为28-40小时。
实施例1的性能指标：
| 项目 | 单位 | 实例1 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.22 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | -0.2 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 19.5 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 95 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 97 |
| MgO | ％ | 10 | |
实施例2，RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其配伍为：
| 原料 | 性能 | 规格 | 重量配比％ |
| 铝凝胶粉 | Al2O3≥95％(灼烧基)，初凝≥30min，终凝≤24h，110℃×24h，三天干后粘接强度≥6Mpa | 10 | |
| 富铝尖晶石超微粉 | Al2O3 88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 | 粒度：D50≤2.5um， | 18 |
| 白刚玉 | Al2O3≥99％，体密≥3.5g/cm3 | 15～0.154mm | 48 |
| ≤0.088mm | 14 | ||
| 尖晶石 | Al2O3 73～79％，Al2O3+MgO≥98.5％ | ≤0.088mm | 2 |
| 粒度：1～5mm， | 8 | ||
| 三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM) | 减水率≥25％ | 粒度≤0.154mm | 0.2 |
| 水 | 4.0 |
制造方法参考实施例1。
实施例2的性能指标：
| 项目 | 单位 | 实例2 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.3 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | +0.5 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 18 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 72 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 98 |
| MgO | ％ | 4 | |
实施例3，RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其配伍为：
| 原料 | 性能 | 规格 | 重量配比％ |
| 铝凝胶粉 | Al2O3≥95％(灼烧基)，初凝≥30min，终凝≤24h，110℃×24h，三天干后粘接强度≥6Mpa | 8 | |
| 富铝尖晶石超微粉 | Al2O3 88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 | 粒度：D50≤2.5um， | 7 |
| 白刚玉 | Al2O3≥99％，体密≥3.5g/cm3 | 15～0.154mm | 74 |
| ≤0.088mm | 3 | ||
| 尖晶石 | Al2O3 73～79％，Al2O3+MgO≥98.5％ | ≤0.088mm | 3 |
| 粒度：1～5mm， | 5 | ||
| 三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM) | 减水率≥25％ | 粒度≤0.154mm | 0.3 |
| 水 | 4.5 |
制造方法参考实施例1。
实施例3的性能指标：
| 项目 | 单位 | 实例3 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.325 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | +0.1 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 22.6 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 125 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 98 |
| MgO | ％ | 2 | |
实施例4，RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其配伍为：
| 原料 | 性能 | 规格 | 重量配比％ |
| 铝凝胶粉 | Al2O3≥95％(灼烧基)，初凝≥30min，终凝≤24h，110℃×24h，三天干后粘接强度≥6Mpa | 5 | |
| 富铝尖晶石超微粉 | Al2O3 88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 | 粒度：D50≤2.5um， | 9 |
| 白刚玉 | Al2O3≥99％，体密≥3.5g/cm3 | 15～0.154mm | 51 |
| ≤0.088mm | 10 | ||
| 尖晶石 | Al2O3 73～79％，Al2O3+MgO≥98.5％ | ≤0.088mm | 15 |
| 粒度：1～5mm， | 10 | ||
| 三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM) | 减水率≥25％ | 粒度≤0.154mm | 0.3 |
| 水 | 4.2 |
制造方法参考实施例1。
实施例4的性能指标：
| 项目 | 单位 | 实例4 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.31 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | +0.3 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 21.5 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 115 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 98 |
| MgO | ％ | 6.5 | |
实施例5，RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其配伍为：
| 原料 | 性能 | 规格 | 重量配比％ |
| 铝凝胶粉 | Al2O3≥95％(灼烧基)，初凝≥30min，终凝≤24h，110℃×24h，三天干后粘接强度≥6Mpa | 6 | |
| 富铝尖晶石超微粉 | Al2O3 88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 | 粒度：D50≤2.5um， | 8 |
| 白刚玉 | Al2O3≥99％，体密≥3.5g/cm3 | 15～0.154mm | 65 |
| ≤0.088mm | 6 | ||
| 尖晶石 | Al2O3 73～79％，Al2O3+MgO≥98.5％ | ≤0.088mm | 10 |
| 粒度：1～5mm， | 5 | ||
| 三聚氰胺缩甲醛磺酸钠(简称SM) | 减水率≥25％ | 粒度≤0.154mm | 0.1 |
| 水 | 4.1 |
制造方法参考实施例1。
实施例5的性能指标
| 项目 | 单位 | 实例5 | |
| 物理性能 | 体密 | 110℃×24h g/cm3 | 3.35 |
| 线变化 | 1500℃×3h ％ | +0.2 | |
| 热态抗折强度 | 1450℃×1hMpa | 20.8 | |
| 常温耐压强度 | 110℃×24h干后Mpa | 105 | |
| 化学成份 | Al2O3+MgO | ％ | 98 |
| MgO | ％ | 4.2 | |
Claims (4)
1.RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其特征在于各组份的重量配比为：
铝凝胶粉 Al2O3≥95％ 3-10％
富铝尖晶石超微粉 Al2O3＝88-91％，Al2O3+MgO≥98.8 D50≤2.5um 7-18％
白刚玉 Al2O3≥99％，体积密度≥3.5g/cm3 15～0.154mm 48-74％
≤0.088mm 3-14％
尖晶石 Al2O3＝73-79％，Al2O3+MgO≥98.5 1～5mm 5-20％
≤0.088mm 2-15％
外加：
三聚氰胺缩甲醛磺酸钠 减水率≥25％ 粒度≤0.154mm 0.1～0.3％
水 3.8-4.5％
2.根据权利要求1所述的RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其特征在于铝凝胶的初凝≥30min，终凝≤24h，三天干后粘接强度≥6Mpa。
3.根据权利要求1所述的RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料，其特征在于耐火材料以质量百分比计的化学组成为：Al2O3+MgO 97～98％，MgO 2～10％，其余为原料中带入的不可避免的杂质2～3％。
4.RH内衬用刚玉尖晶石质耐火材料的制造方法，其特征在于按权利要求1-3之一所述的配比配好原料，干混，加水搅拌后振动成型，模内养护24-36小时后脱模再自然养护2-5天后烘烤，烘烤温度为260-450℃，烘烤时间为28-40小时。
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