CN101863676B - 一种精炼钢包用无碳渣线砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐火材料，主要提出一种精炼钢包用无碳渣线砖及其制备方法，以刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒为骨料，刚玉细粉、高温氧化铝微粉、电熔镁砂、三氧化二铬、金属铝粉等细粉为基质组分，采用无机和有机结合剂复合加入的方式，机压成型。所得无碳渣线砖具有生坯强度高、免烧成、热震稳定性好和抗酸碱性熔渣侵蚀能力强、不污染钢水等优点，能够适用于RH以及特定的LF/VD精炼条件下钢包的渣线部位。

Description

一种精炼钢包用无碳渣线砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，主要提出一种精炼钢包用无碳渣线砖及其制备方法，所述无碳渣线砖适用于RH以及特定的LF/VD精炼条件下钢包的渣线部位。

背景技术

随着我国以宝钢和武钢为代表的RH操作技术的快速发展，一批诸如汽车面板钢，高品质管线钢以及无磁钢等特种钢的开发，对精炼钢包工作衬(渣线及熔池)耐火材料的碳含量提出了严格的控制要求。目前，冶炼低碳钢和超低碳钢等品种钢时，一般采用铝镁尖晶石砖作为钢包包底和包壁的工作衬材料，替代传统的铝镁碳砖及镁碳砖，控制钢包精炼-运输过程中耐火材料对钢水的增碳；而此类精炼钢包的渣线部位一般砌筑烧成镁铬砖和镁铝砖等，由于受到高温碱性熔渣的侵蚀和高低温反复热震，其使用寿命很低，远不能与钢包其他部位耐火内衬的使用寿命同步。大多数钢厂采用镁碳砖(碳含量14～18％)或者低碳镁碳砖(碳含量约为5％)作为渣线工作衬，但是冶炼过程中对钢水的增碳问题仍然是制约超低碳钢冶炼工艺的瓶颈。

因此，开发完全无碳的渣线工作衬用耐火材料，提高其热震稳定性和对酸碱性熔渣的适应能力是提高无碳钢包渣线使用寿命的重要途径。

发明内容

本发明提出一种及其制备方法，所述无碳渣线砖适用于RH以及特定的LF/VD精炼条件下钢包的渣线部位。

本发明采用的技术方案是：所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有高温氧化铝微粉，所述高温氧化铝微粉用以降低气孔率和补强基质，提高无碳渣线砖的烘后耐压强度，在现场使用过程中其与基质中的电熔镁砂细粉反应原位生成粒径为1～3um的铝镁尖晶石，带来均匀的膨胀并在基质中产生微裂纹增韧效应，改善了无碳渣线砖的抗剥落性和热震稳定性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有三氧化二铬，所述三氧化二铬在使用过程中固溶在尖晶石内，更加有效地吸收渣中的FeO等氧化物形成复合尖晶石，增大了无碳渣线砖与渣界面液相的粘度，易于产生挂渣层，从而提高抗渣渗透性；本发明精炼钢包用无碳渣线砖中原位生成的尖晶石结构颗粒均匀、粒径小活性高，可以固溶渣中大部分的氧化物，能够适应炼钢过程中渣的碱度变化的特性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有金属铝粉和金属硅粉，所述金属铝粉和金属硅粉在使用过程中生成氧化物，强化基质的结合组织，降低无碳渣线砖的气孔率和提高高温强度，增大无碳渣线砖与渣界面液相的粘度，阻止渣的渗透；所述金属铝粉在基质中氧化带来的体积膨胀，显著提高无碳渣线砖的热震稳定性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有三氧化二硼，所述金属硅和三氧化二硼与基质中其他物质反应产生液相，从而调节制品的体积变化率和提高抗剥落性。

本发明精炼钢包用无碳渣线砖中采用有机和无机结合剂复合加入的方式，提高渣线砖的生坯强度和体积密度，稳定制品的中温强度，控制低熔点化合物和液相量，从而保证无碳渣线砖的高温性能。

本发明提出精炼钢包用无碳渣线砖的原料及配比为：(所述原料的配比为质量百分比)

骨料：

刚玉颗粒          6-0mm     40-50

电熔尖晶石颗粒    1-0mm     10-20

电熔镁砂颗粒      3-0mm     5-10

基质：

刚玉细粉          -320目    10-15

电熔镁砂细粉      -200目    3-6

高温氧化铝微粉    3-5um     5-10

三氧化二铬细粉    -325目    2-6

金属铝粉          -325目    0.5-2

金属硅粉          -325目    0.5-2

硼酸细粉          -100目    0.2-0.8

结合剂：

无机结合剂       外加2-4

有机结合剂       外加1-3。

本发明所述的刚玉颗粒骨料可以是白刚玉、棕刚玉、高铝刚玉、板状刚玉中的一种或两种的组合；所述的刚玉细粉为白刚玉、棕刚玉、高铝刚玉、板状刚玉中的一种；所述的无机结合剂为磷酸二氢铝溶液、水玻璃溶液、三聚磷酸钠溶液中的一种；所述的有机结合剂为糊精溶液、羧甲基纤维素钠溶液、聚乙烯醇溶液中的一种。

本发明的制备方法为：将刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合2-3分钟；加入无机结合剂后混合5-8分钟；加入刚玉细粉、高温氧化铝微粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、金属铝粉、金属硅粉、硼酸细粉后混合5-10分钟；加有机结合剂再混合3-5分钟。混炼均匀后出料，20℃下悃料12-24小时；用压力机成型，成型压力150-200Mpa；180℃烘烤24h后，即得到无碳渣线砖。

无碳渣线砖在钢包使用过程中，经历烘烤(1000～1300℃)和高温使用(1550～1750℃)过程，需要具有一定的高温强度、耐火度和高温体积稳定性。本发明通过控制无碳渣线砖原料的原料纯度、颗粒级配以及综合考虑使用过程中的物理化学反应，制备了各项性能稳定的无碳渣线砖，其具有生坯强度高、免烧成、热震稳定性好和抗酸碱性熔渣侵蚀能力强的优点。

具体实施方式

以下给出本发明的部分实施例，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

将高铝刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合3分钟，再加磷酸二氢铝溶液混合5分钟；再加入高铝刚玉细粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、高温氧化铝微粉等细粉混合10分钟；再加入糊精溶液混合3分钟；混炼均匀后出料，20℃下悃料24小时；用摩擦压砖机成型，成型压力为150MPa。180℃烘烤24h后，得到无碳渣线砖。其显气孔率为10±2％，体积密度为3.10±0.02g/cm3，耐压强度为60±10MPa，1550℃烧后永久线变化为±1％。所用原料及配比(配比为质量百分比)如下：

原料名称	规格	纯度	质量百分比/％
				高铝刚玉颗粒	6-0mm	＞95wt％	45
高铝刚玉细粉	-320目	＞95wt％	15
				电熔尖晶石颗粒	1-0mm	＞98wt％	10
电熔镁砂颗粒	3-0mm	＞97wt％	10
				电熔镁砂细粉	-200目	＞97wt％	5
高温氧化铝微粉	3-5um	＞95wt％	10
				三氧化二铬	-325目	＞99wt％	2.5
金属铝粉	-180目	＞98wt％	0.5
				金属硅粉	-325目	＞98wt％	1.5
硼酸细粉	-100目	＞95wt％	0.5
				磷酸二氢铝溶液	液态	50wt％	外加4
糊精溶液	液态	5wt％	外加1

上述无碳渣线砖在90tRH精炼钢包上使用，钢包渣线寿命达到82次和84次。其精炼条件为：RH精炼，出钢温度约1650～1700℃，主要冶炼无取向硅钢、超低碳钢等特殊钢种。

无碳渣线砖可以和熔池砖、包底砖的寿命相匹配，减少了钢包使用过程中的离线维修，降低了工人的劳动强度，满足了RH精炼钢包渣线部位的使用需求。

实施例2

将白刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合3分钟，再加水玻璃溶液混合5分钟；再加入白刚玉细粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、高温氧化铝微粉等细粉混合8分钟；再加入羧甲基纤维素钠溶液混合5分钟；混炼均匀后出料，20℃下悃料18小时；成型压力为180MPa。180℃烘烤24h后，即得到无碳渣线砖。显气孔率为8.5±1.5％，体积密度为3.12±0.02g/cm3，耐压强度为70±10MPa，1550℃烧后永久线变化为±1％。原料重量配比如下：

原料名称	规格	纯度	重量百分比/％
				白刚玉颗粒	6-0mm	＞95wt％	40
白刚玉细粉	-320目	＞95wt％	12.7
				电熔尖晶石颗粒	1-0mm	＞95wt％	20
电熔镁砂颗粒	3-0mm	＞97wt％	5
				电熔镁砂细粉	-200目	＞97wt％	6
高温氧化铝微粉	3-5um	＞95wt％	8
				三氧化二铬细粉	-325目	＞99wt％	6
金属铝粉	-180目	＞98wt％	1
				金属硅粉	-325目	＞98wt％	0.5
硼酸细粉	-100目	＞95wt％	0.8
				水玻璃溶液	液态	密度1.30g/cm3	外加3
羧甲基纤维素钠溶液	液态	5wt％	外加3

上述无碳渣线砖在40t钢包上使用，钢包渣线寿命分别达到82和85次。其精炼条件为：LF+VD；出钢温度约1650℃，主要冶炼超低碳钢、无磁钢等钢种。使用结果如下：

无碳渣线砖可以和熔池砖、包底砖的寿命相同步，避免了钢包使用过程中的离线维修，降低了工人的劳动强度，满足了精炼钢包渣线部位的使用需求。

实施例3

将白刚玉颗粒、板状刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合2分钟，再加三聚磷酸钠溶液混合8分钟；再加入板状刚玉细粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、高温氧化铝微粉等细粉混合10分钟；再加入聚乙烯醇溶液混合5分钟；混炼均匀后出料，20℃下悃料18小时；成型压力为200MPa。180℃烘烤24h后，即得到无碳渣线砖。显气孔率为11±2％，体积密度为3.08±0.02g/cm3，耐压强度为55±10MPa，1550℃烧后永久线变化为±1％。原料重量配比如下：

原料名称	规格	纯度	重量百分比/％
				白刚玉颗粒	6-3mm	＞95wt％	25
板状刚玉颗粒	3-0mm	＞95wt％	25
				板状刚玉细粉	-320目	＞95wt％	13.8
电熔尖晶石颗粒	1-0mm	＞95wt％	15
				电熔镁砂颗粒	3-0mm	＞97wt％	5
电熔镁砂细粉	-200目	＞97wt％	3
				高温氧化铝微粉	3-5um	＞95wt％	8
三氧化二铬细粉	-325目	＞99wt％	2
				金属铝粉	-180目	＞98wt％	2
金属硅粉	-325目	＞98wt％	1
				硼酸细粉	-100目	＞95wt％	0.2
三聚磷酸钠溶液	液态	20wt％	外加2
				聚乙烯醇溶液	液态	5wt％	外加3

实施例4

将棕刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合2分钟，再加磷酸二氢铝溶液混合8分钟；再加入板状刚玉细粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、高温氧化铝微粉等细粉混合5分钟；再加入聚乙烯醇溶液混合5分钟；混炼均匀后出料，20℃下悃料18小时；成型压力为200MPa。180℃烘烤24h后，即得到无碳渣线砖。显气孔率为12±2％，体积密度为3.15±0.02g/cm3，耐压强度为70±10MPa，1550℃烧后永久线变化为±1％。原料重量配比如下：

原料名称	规格	纯度	重量百分比/％
				棕刚玉颗粒	6-0mm	＞95wt％	45
板状刚玉细粉	-320目	＞95wt％	10
				电熔尖晶石颗粒	1-0mm	＞95wt％	15
电熔镁砂颗粒	3-0mm	＞97wt％	8
				电熔镁砂细粉	-200目	＞97wt％	4
高温氧化铝微粉	3-5um	＞95wt％	8
				三氧化二铬细粉	-325目	＞99wt％	4
金属铝粉	-180目	＞98wt％	1.5
				金属硅粉	-325目	＞98wt％	2
硼酸细粉	-100目	＞95wt％	0.5
				三聚磷酸钠溶液	液态	20wt％	外加3
聚乙烯醇溶液	液态	5wt％	外加3

Claims (3)

1.一种精炼钢包用无碳渣线砖，其特征在于：所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有高温氧化铝微粉，所述高温氧化铝微粉用以降低气孔率和补强基质，提高无碳渣线砖的烘后耐压强度，在现场使用过程中其与基质中的电熔镁砂细粉反应原位生成粒径为1～3μm的铝镁尖晶石，带来均匀的膨胀并在基质中产生微裂纹增韧效应，改善了无碳渣线砖的抗剥落性和热震稳定性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有三氧化二铬，所述三氧化二铬在使用过程中固溶在尖晶石内，更加有效地吸收渣中的FeO氧化物形成复合尖晶石，增大了无碳渣线砖与渣界面液相的粘度，易于产生挂渣层，从而提高抗渣渗透性；精炼钢包用无碳渣线砖中原位生成的尖晶石结构颗粒均匀、粒径小活性高，可以固溶渣中大部分的氧化物，能够适应炼钢过程中渣的碱度变化的特性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有金属铝粉和金属硅粉，所述金属铝粉和金属硅粉在使用过程中生成氧化物，强化基质的结合组织，降低无碳渣线砖的气孔率和提高高温强度，增大无碳渣线砖与渣界面液相的粘度，阻止渣的渗透；所述金属铝粉在基质中氧化带来的体积膨胀，显著提高无碳渣线砖的热震稳定性；所述精炼钢包用无碳渣线砖中加入有三氧化二硼，所述金属硅和三氧化二硼与基质中其他物质反应产生液相，从而调节制品的体积变化率和提高抗剥落性；精炼钢包用无碳渣线砖中采用有机和无机结合剂复合加入的方式，提高渣线砖的生坯强度和体积密度，稳定制品的中温强度，控制低熔点化合物和液相量，从而保证无碳渣线砖的高温性能；

所述精炼钢包用无碳渣线砖的原料及组配的质量百分比为：

骨料：

刚玉颗粒       6-0mm  40-50

电熔尖晶石颗粒 1-0mm  10-20

电熔镁砂颗粒   3-0mm  5-10

基质：

结合剂：

无机结合剂    外加2-4

有机结合剂    外加1-3。

2.根据权利要求1所述的一种精炼钢包用无碳渣线砖，其特征在于：所述无机结合剂为磷酸二氢铝溶液、水玻璃溶液、三聚磷酸钠溶液中的一种；所述的有机结合剂为糊精溶液、羧甲基纤维素钠溶液、聚乙烯醇溶液中的一种。

3.根据权利要求1所述一种精炼钢包用无碳渣线砖的制备方法，其特征在于：将刚玉颗粒、电熔尖晶石颗粒、电熔镁砂颗粒放入轮碾机中混合2-3分钟；加入无机结合剂后混合5-8分钟；加入刚玉细粉、高温氧化铝微粉、电熔镁砂细粉、三氧化二铬细粉、金属铝粉、金属硅粉、硼酸细粉后混合5-10分钟；加有机结合剂再混合3-5分钟；混炼均匀后出料，20℃下悃料12-24小时；用压力机成型，成型压力150-200MPa；180℃烘烤24h后，即得到无碳渣线砖。