CN1017042B - 触变耐火材料以及采用振动方法将该物料用于冶金容器衬里的方法与设备 - Google Patents

触变耐火材料以及采用振动方法将该物料用于冶金容器衬里的方法与设备

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Abstract

本发明涉及以硅酸锆为基的触变性自固化耐火材料，以及采用振动方法将该物料压实用于冶金容器衬里，特别是炼钢厂盛钢桶衬里的方法和设备。

Description

众所周知，适当耐火材料的特性如触变性，即物料在振动时变成液体而振动结束时转变成固态的这一特性用于以振动衬料的方法镶衬冶金容器。
该衬里技术已引入钢铁工业用于高炉出铁槽的衬里，这是将触变耐火材料送入出铁槽，借助于振动模板使之流动、并均匀化和压实。
该技术也已用于铸造工业中不太高的浇包衬里。还建议用此方法复衬盛钢桶。然而，炼钢厂中复衬盛钢桶时，主要使用的衬里是耐火砖形式的衬里，或者是用捣捶或抛投耐火料得到的整体式衬里。其原因是盛钢桶的耐火衬里在耐火性方面必须要符合高要求，目前还经常在盛钢桶里完成熔融金属的冶金处理。盛钢桶的耐火衬里主要由于渗透作用和渣蚀作用而损坏。
液态渣和熔融金属渗入耐火衬里，在渣熔融金属和耐火材料衬里之间发生反应，这些反应导致耐火材料的破坏。对于耐火衬里的抗渣蚀性，除耐火度和矿物组成外，耐火触变物料的密度也很重要。迄今专家们明显地认为，对于炼钢厂的盛钢桶这种情况，用振动方法不能得到有足够密度的耐火材料。
再者，迄今通常用的容量为80～320吨的盛钢桶其衬里的高度是3m或更多。对于这种衬里高度，专家们感到很困难，不仅是由于缺乏足够的衬 里密度，而且还可能因为经过振动的衬里在拆除模板后它本身没有足够的强度而塌陷。
作为炼钢厂盛钢桶衬里用的耐火材料，已公开的物料是一种可浇注的物料，它的主要成分是硅酸锆，它是一种含硅原料，例如耐火土，和氧化铝粘合剂，可浇注物料的含铝总量限制在5～1.0%重量（德国Aus legeschrift 3，235，244，和日本公开技术报告，海外No.37，1983，P.51-53）。其缺点是孔隙率较高，为16.5～21.5%（体积百分比），从而由于较大的渗透作用而导致抗渣蚀性不够。此外，由于加耐火粘土，衬里势必收缩因而易于破裂。由于使用氧化铝粘合剂，物料含结晶水。它还含有游离SiO2这是不利的，因为有含锰金属存在时，SiO2被还原，而且发生钢的硅化作用。
美国专利4，292084号公开了一种通过振动使之捣实用于冶金容器衬里的耐火材料。这种材料包括硅酸锆，片状氧化铝，锻烧高岭土和磷酸。
但是，这些已知物料的堆积密度仅在2.35和2.50g。cm3之间。因而必然认为抗渣蚀性是不够的。由于含水量较高，在6.4和7.1%之间，在用振动方法制成衬里然后拆除模板之后，衬里可能会塌陷。
本发明的目的是提供一种用于振动压实的触变自固化耐火材料，这种物料能克服已有物料的上述缺点。特别是改进衬里的抗渗透和抗渣蚀性能，以及装料情况下的衬里的稳定性。
按照本发明使用一种触变自固化耐火材料则可达到上述目的，该耐火材料以硅酸盐为基并含有以下化合物（按重量百分比计算）：
24～29% SiO2
10～20% Al2O3
0.2～0.8% P2O5
0～1.5% K2O+Na2O+Li2O
0～0.5% Fe2O3
0～0.05%    CaO
其余 ZrO2
本发明的主要目的是通过在结构（矿物学组成）方面和织构（密度、气体渗透性、粒度分布和孔隙率）方面采取适当措施来抵抗渣对耐火材料的浸蚀。按照本发明，耐火材料最好具有以下结晶学分析（按重量百分比）。
20～30%    熔融硅酸锆/刚玉
1～5%    氧化铝
0.1～0.5%    非晶态二氧化硅
0.3～1%    偏磷酸铝
0.5～4%    摩尔比为1∶2～1∶4的碱土金
属硅酸盐
其余    硅酸锆
当摩尔比大于1∶2时，碱金属硅酸盐过于吸水。当摩尔比小于1∶4时，碱金属硅酸盐难以溶于水。“摩尔比”是碱金属与碱金属硅酸盐中的硅酸根部分之比。
硅酸锆最好具有以下粒度范围：
1～10%∶0.001～0.01mm
17～25%∶0.01～0.07mm
65～82%∶0.074～0.5mm
如果将具有以下化学组成（按重量百分比）的产品用作熔融硅酸锆/钢玉则是有利的：
13～18% SiO2
32～37% ZrO2
其余 Al2O3
产品的堆积密度最好是至少为3.6g/cm3而总孔隙率等于或小于8%。
使用的氧化铝最好是易反应的α-氧化铝，其平均初始粒度小于3.5μm，其中至少45%的颗粒的粒度小于2μm。
可取的是，能将0.5～3%重量的防氧化剂，最好是以铝和/或硅粒的形式加入物料中。
添加粉状润湿剂，最好是烷基-芳基-聚氧乙醇，也可能是有利的该润湿剂能降低混合用的水的表面张力。其添加量为0.05～0.2%重量。
混合用的水量应该在2.5～3.5kg/10kg干组分范围内。本发明的另一个目的是提供按照本发明用振动方法将触变耐火材料作为冶金容器衬里的合适方法和设备。
这种用振动方法将新型触变自固化耐火材料作为冶金容器特别是炼钢厂的盛钢桶的衬里的方法中，首先是将物料的各成分以干燥状态充分地混合，然后加水，将湿润的材料再一次混合。然后将物料在连续振动情况下送入插到盛钢桶中的模板和桶壁之间的空间里。檄除模板后，加热衬里使之干燥。
在最佳实例中，用于混合的水量，其添加精确度至少为0.1%，而湿料的混合时间不超过4分 钟。
拆除模板后，最好以80℃/小时的最大温升率，升到150℃左右加热衬里。
本发明的设备，包括强制混合机（带有电脉冲控制以便混合和润湿干料），旋转带式运输机，和带有一个或更多振动器的振动导板。
通过以下实例说明本发明。
实例1
用于容量为85吨盛钢桶衬里的本发明之触变自固化振动-捣实耐火材料具有以下成分（按重量百分比）：
36%    硅酸锆，粒度达0.5mm，
16%    硅酸锆，粒度达0.074mm，
10%    硅酸锆，粒度达0.001和0.01之间，
30%    硅酸锆/刚玉，粒度达4mm，
5%    α-氧化铝，平均初始粒度小于3.5μm，
0.5%    非晶体氧化硅，粒度小于1μm。
使用的熔融硅酸锆/钢玉具有以下组成：
16% SiO2
48% Al2O3
36% ZrO2
颗粒的堆密度为3.65g/cm3，总孔隙率为7%。
耐火材料以干燥状态在搅拌机中充分混合，并添加以下物料（按重量百分比）：
0.5%    偏磷酸铝粉，
1%    摩尔比为1∶2.5的硅酸钠，
0.5%作为触变剂的铝粉，
0.05%作为润湿剂的洗涤物质，
物料装在塑料大槽中。
物料的化学分析结果如下（按重量百分比）：
25% SiO2
20% Al2O3
0.35% P2O5
0.8% Na2O
其余 ZrO2
物料各组分的颗粒范围是在权利要求范围之中。
物料中无粘土也无水泥，所以不含结晶水。游离SiO2的含量小于0.5%重量。
在用这种物料衬里的盛钢桶中，能用含氧化钙的物质进行脱硫处理改进处理结果，并能浇注高锰钢。
在炼钢厂，以每2吨的批料将干物料送入强制搅拌机里充分混合，并且每100kg干组分添加3.4kg的水用于混合。水的精确测量受电脉冲控制的影响，其精确度为0.1%。加水后的混合时间是4分钟。然后将物料卸出搅拌机并送到钢桶以便衬里;在4分钟的时间里完成物料向插板和桶壁之间的空间输送和振动。
振动工序完成后，拆除模板。衬里以慢于8℃/小时的速率加热到150℃，然后增至操作温度。
制备的衬里具有以下特性：
振动密度（堆密度）：3.6g/cm3
孔隙度：12%（体积）
气体渗透率：0.4npm
热膨胀（温度增到1000℃）0.4%
加热到1000℃后冷却
状态下的压缩强度 100N/mm2
在有这种衬里的盛钢桶中处理不锈钢熔料时，其寿命为78小时，该寿命是使用类似物料但使用锤实方法得到的衬里寿命的1.75倍。
实例2
用于容量为180吨盛钢桶衬里的本发明之触变自固化振动物料含有以下耐火成份（按重量百分比）：
50%的硅酸锆，粒度为0～0.5mm，
15%的粉状硅酸锆，粒度为0～0.074mm，
10%的粉状硅酸锆，粒度为0.001～0.01mm，
20%的熔融硅酸锆/刚玉，粒度为0～4mm，
2%的α-氧化铝，平均初始粒度小于3.5μm，
0.2%的非晶体氧化硅，粒度小于1μm。
使用的熔融硅酸锆/钢玉具有以下化学组成（按重量百分比）：16%的SiO2，48%的Al2O3和36%ZrO2。颗粒的堆密度为3.65g/cm3，而总孔隙率为7%。
将干状态的耐火成分在搅拌机中充分混合，并添加以下物料（按重量百分比）：
0.5%偏磷酸铝粉，
1.3%摩尔比为1∶3.3的硅酸钠，
0.9%作为防氧化剂的铝粉，
0.1%作为润湿剂的洗涤物质。
将物料装在大塑料袋中
物料的化学分析结果如下（按重量百分比）：
37%    SiO
13%    AlO
0.35%    PO
0.6%    NaO
其余    ZrO
粒度范围为：
26～32%：0～0.06mm
32～52%：0.06～0.5mm
23～38%（其余的）：0.5～3mm
该物料无粘土也无水泥。游离SiO2的含量小于0.5%。
在炼钢厂，以每2吨的批料将干物料送入强制搅拌机充分混合，并且每100kg的干组分添加3.5kg水用于混合。采用电脉冲控制方法进行水的精确测定，精确度为0.1%。加水后的混合时间是4分钟。然后将物料卸出搅拌机并送到钢桶进行衬里;在4分钟的时间内，将物料送入插入模板和桶壁之间的空间中，以及完成振动工序。
振动工序完成后，拆除模板。然后衬里以8℃/小时的速率加热到150℃，然后增至操作温度。
制备的衬里具有以下特性：
振动密度（堆密度）：3.65g/cm
孔隙度：11%（体积）
气体渗透率：0.4npm
1000℃时的热膨胀：0.4%
加热到1000℃后冷却
状态下的压缩强度：110N/mm2
当对高品位钢熔料进行包括钢脱硫的处理时，衬里的寿命为70小时。该寿命为使用较大孔隙率振动氧化铝物料衬里的寿命的1.2倍。
附图概略地示出完成本发明工艺的具体设备。
将装在塑料袋里的干燥振动物料，用高架起重机2通过漏斗4注入强制混合机3中，强制混合机装有量水计5。物料在强制混合机3中充分混合，混合用的水的添加量以至少0.1%的精确度用量水计5控制。
物料被混合和润湿后，将它从强制混合机3中卸出并用传送带6通过倾斜的提升机7送到贮槽8，来自贮槽8的物料在传送带9上通过，传送带9的末端装有旋转皮带运输机10。
将带有振动器13的模板12装置在需要进行衬里的盛钢桶中。模板12支撑在环状橡胶垫16上，而对于横梁14的上部垫层作用靠大量的上部和下部橡胶15来达到。
横梁14用紧固件17接到钢桶上。旋转皮带运输机10将物料送进盛钢桶11和振动模板12之间的缝隙中。当开开振动器13时，触变耐火材料在振动状况下变成液体并均匀地填充盛钢桶11和模板12之间的空间。填充过程完成时，关闭振动器，耐火材料变成固体。拆除模板后进行的热处理已在上述实例中叙述。

Claims (10)

1、一种可以达到至少3.6克/立方厘米的振动密度的触变自固化耐火振动材料，其特征在于所述耐火材料包括硅酸锆，α-氧化铝，非晶态氧化硅，熔融硅酸锆/钢玉，偏磷酸铝粉，硅酸钠，以及外加剂如触变剂，润湿剂的混合物，该混合物未经任何化学方法的处理，而直接用于盛钢桶的衬里，
所述耐火材料具有下列结晶学分析结果(重量百分数)：
20-30%    熔融硅酸锆/刚玉
1-5%      氧化铝
0.1-0.5%  非晶态二氧化硅
0.3-1%    偏磷酸铝
0.5-4%    摩尔比为1∶2-1∶4的碱土
          金属硅酸盐
其余      硅酸锆
并具有以下粒度范围：
26-32%：0-0.06mm
32-52%：0.06-0.5mm
23-38%(其余的)：0.5-3mm
2、按照权利要求1的耐火材料，其特征在于硅酸锆具有以下粒度范围：
1-10%：0.001-0.01mm
17-25%：0.01-0.074mm
65-82%：0.074-0.5mm。
3、按照权利要求1或2的耐火材料，其特征在于熔融硅酸锆具有以下化学成分（按重量百分比）：
13-18% SiO2
32-37% ZrO2
其余 Al2O3
其总孔隙率等于或小于8%，颗粒的堆密度至少为3.6g/cm3。
4、按照权利要求1的耐火材料，其特征在于氧化铝是活泼的X-氧化铝，其平均初始料度小于3.5μm，其中至少45%的颗粒粒小于2μm，使用的氧化硅是粒度小于1μm的胶体氧化硅。
5、按照权利要求1的耐火材料，其特征在于每100kg的干物料混入的水量为2.5-3.5kg。
6、按照权利要求1的耐火材料，其特征在于防氧化剂最好是铝或硅粒，其混入量为0.5-3%重量。
7、按照权利要求1的耐火材料，其特征在于粉状润湿剂最好是烷基-芳基-聚氧乙醇，其混入量为0.05-0.2%重量。
8、一种冶金容器特别是盛钢桶的衬里工艺，其特征在于该工艺使用权利要求1-7所述的耐火材料，其中先在干燥状态下将物料各组分充分混合，并添加混合用的水量同时继续混合，在连续振动状态下将物料送入插在桶中之模板和桶壁之间的空间里，然后拆除模板并加热衬里。
9、权利要求8的方法，混合用水的量应准确地至少为0.1%，并且润湿材料混合不超过4分钟。
10、权利要求的方法，其中除去模板后，衬里在不高于8℃/小时的速度下加热至150℃。
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