CN102020474B - 一种高温低导热耐火材料及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温低导热耐火材料及生产方法，以电熔镁砂骨料、菱镁矿微粉、锆酸钙微粉和结合剂为原料，并以一定的粒度加工成耐火浇注料。材料的重量百分比为：电熔镁砂骨料30％～75％，菱镁矿微粉5％～10％；锆酸钙微粉5％～20％；结合剂5％～15％。其生产方法为：将原料按比例需在混料器中进行充分混合、采用高冲程摩擦压机成型、烘干、在1200～1400℃温度下烧制而成，保温时间为5～10小时。本发明现有材料相比提高了材料的韧性和抗热震性能和抗侵蚀渗透能力，尤其对于钢包钢水的传热过程可以减少温降。本发明采用大于1000目菱镁石微粉做原料，微分在高温下产生分布均匀的细小气孔，降低了材料的导热系数，增加保温效果。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，涉及到用于炼钢的钢包、中包和窑炉等高温设备的工作层和保温层用的耐火材料，具体是一种高温低导热耐火材料及生产方法。
背景技术
钢包内钢水温度是炼钢厂生产中的重要技术指标，降低钢包中钢水的温降是保证生产顺行的重要因素。钢包中的钢水温降主要通过钢水表面散热、包衬散热以及最初的钢包烘烤温度。目前空钢包的烘烤温度都能达到1000℃；为防止钢包钢水表面散热，在钢水传搁过程中钢包均加保温盖。因此包衬散热是目前钢包钢水温降的主要因素。
目前包衬本体为镁铝质，渣线位为镁碳质。镁碳质材料的特点是：具有高耐侵蚀性和热震性能，但缺点是导热率高，严重影响钢水的保温效果。因此降低钢包材料的导热性是解决温降的一个主要途径。
从文献检索看，目前从钢包衬方面减少钢包钢水温降使用方法有：
采用低导热率的含碳耐火材料。如2000年《国外耐火材料》发表的“低导热性含碳耐火材料(ECONOS)论文中提出开发的低导热率Mgo-C砖。该材料比普通Mgo-C砖产品可以降低导热率30％。有效抑制了钢水温降。但没有介绍材料的制造工艺。2008年《材料导报》发表的“不同粒度的鳞片石墨对低碳镁碳耐火材料性能的影响”论文介绍了石墨粒度影响导热率，试验结果是1000目石墨的导热率最小。但没有介绍材料的制造工艺。
目前工艺技术存在的不足：渣线采用镁碳质耐火材料的钢包，该材料导热系数大；生产洁净钢尤其是对碳含量要求严格的超低碳汽车板钢可能会影响钢中的碳含量。因此需要开发针对低导热钢包衬耐火材料的一种方法，这种材料既保温又不增加钢水碳含量。
发明内容
本发明的目的是针对现有炼钢的钢包、中包和窑炉等高温设备的工作层和保温层用的耐火材料存在的问题，公开一种高温低导热耐火材料及生产方法，降低钢包渣线导热性，适合炼钢厂钢包等的使用，保温效果高于正常钢包衬材料，钢水在传搁过程温降达到0.4℃/min。
本发明以电熔镁砂骨料、菱镁矿微粉、锆酸钙微粉和结合剂为原料，并以一定的粒度加工成耐火浇注料。
所涉及材料的重量百分比为：
电熔镁砂骨料30％～75％，
菱镁矿微粉：5％～10％；
锆酸钙微粉：5％～20％；
结合剂：5％～15％。
其中骨料电熔镁砂中(MgO)重量百分比含量≥96％
粒度：5～8mm：1％～10％；
3～5mm：15％～25％；
1～3mm：15％～25％；
0～1mm：5％～15％；
菱镁矿微粉中(MgCO3)重量百分比含量≥90％，粒度大于1000目；
锆酸钙中(CaZrO2)重量百分比含量≥95％；粒度小于100～300目。
所涉及的结合剂为水泥和粘土其中的一种或两种。
本发明的生产方法为：
a将电熔镁砂、菱镁矿粉、锆酸钙和结合剂等复合粉料需在混料器中进行充分混合，混料时间在1～24小时，混匀后在混合料中外加重量百分比≤15％的水搅拌均匀；
b采用高冲程摩擦压机成型(成型压力≤200MPa)，
c烘干温度在100～200℃，时间为1～16小时。
d在1200～1400℃温度下烧制而成，保温时间为5～10小时。
本发明由于高温下菱镁矿微粉分解后产生方镁石和CO2气体，形成细小且分布均匀的气孔，即不降低高温强度，又能够提高保温效果。
本发明的浇注料锆酸钙导热性比方镁石的低得多，提高了材料的保温效果。
本发明的浇注料高温下，锆酸钙与方镁石高温膨胀率之间的差异，导致砖中产生微裂纹，微裂纹的存在可以吸收、分散材料内的热应力，从而提高材料的韧性和抗热震性能。
本发明的浇注料高温下，方镁石和锆酸钙之间形成直接结合，提高了材料的抗侵蚀渗透能力。
采用该种高温低导热率耐火材料，由于导热率低，减少了热量损失，同时具有强度高、耐火度高、高热震稳定性等特点。尤其对于钢包钢水的传热过程可以减少温降。
目前钢包衬渣线耐火材料通常采用镁砂和石墨等作原材料，高温条件使用后，气孔大小分布无法控制，且材料中含碳导致导热系数大，包衬保温效果差。本发明采用大于1000目菱镁石微粉做原料，微分在高温下产生分布均匀的细小气孔，降低了材料的导热系数，增加保温效果。
具体实施方式
本发明其以电熔镁砂骨料、菱镁矿微粉、锆酸钙微粉和结合剂为原料，并以一定的粒度加工成耐火浇注料。
所涉及材料的重量百分比为：
电熔镁砂骨料30％～75％，
菱镁矿微粉：5％～10％；
锆酸钙微粉：5％～20％；
结合剂：5％～15％。
其中骨料电熔镁砂中(MgO)的重量百分比含量≥96％
粒度：按重量百分比
5～8mm：1％～10％；
3～5mm：15％～25％；
1～3mm：15％～25％；
0～1mm：5％～15％；
菱镁矿微粉中(MgCO3)重量百分比含量≥90％，粒度大于1000；
锆酸钙中(CaZrO2)重量百分比含量≥95％；粒度小于100～300目。
所涉及的结合剂为水泥和粘土或其中的一种。
本发明的生产方法为：
a将电熔镁砂、菱镁矿粉、锆酸钙和结合剂等复合粉料需在混料器中进行充分混合，混料时间在1～24小时，混匀后在混合料中外加重量百分比≤15％的水搅拌均匀；
b采用高冲程摩擦压机成型(成型压力≤200MPa)，
c烘干温度在100～200℃，时间为1～16小时。
d在1200～1400℃温度下烧制而成，保温时间为5～10小时。
下面通过本发明的几个实施例说明本发明的具体成分及采用其工艺方法生产出的产品的效果。
表1列出了实施例原料配比试验方案。
将每种方案所选取的原料在封闭式混匀机中混6小时，混匀后每种混合料外加≤15％的水搅拌均匀，采用高冲程摩擦压机成型(成型压力≤200MPa)。成型后在180℃烘房内烘干，其中方案1、方案2和方案3烘干时间分别为3小时、6小时和10小时左右，在高温下烧成并保温，烧成温度分别为1200℃、1300℃、1400℃，保温时间分别为5小时、8小时和10小时。
实施例与原MgO-C耐火砖性能指标如表2所示，由表2列出的性能表明，采用本发明所用原料制成的耐火砖性能指标要由于原MgO-C耐火砖性能指标，其原因在于采用钙锆石微粉和菱镁矿微粉使材料的导热系数降低、气孔率提高、气孔尺寸小且分布均匀，减少热量损失，具有良好的保温效果，同时具有强度高、耐火度高、高热震稳定性等特点。
表1实施例原料配比方案Wt％
表2实施例与原MgO-C耐火砖性能指标比较
| 方案 | 显气孔率/％ | 线膨胀率/％(1400℃) | 导热系数W/(m·k)(1400℃) | 耐压强度MPa(1400℃) | 抗折强度MPa(1400℃) |
| 对比例 | 10 | 1.05 | 13.5 | 53 | 8.2 |
| 实施例1 | 13 | 0.9 | 10 | 55 | 9.1 |
| 实施例2 | 12 | 0.8 | 5 | 61 | 11.4 |
| 实施例3 | 15 | 1.0 | 7 | 58 | 10 |
Claims (3)
1.一种高温低导热耐火材料，其特征在于，以电熔镁砂骨料、菱镁矿微粉、锆酸钙微粉和结合剂为原料，加工成耐火浇注料，
其材料的重量百分比为：
电熔镁砂骨料30%～75%，
菱镁矿微粉：5%～10%；
锆酸钙微粉：5%～20%；
结合剂：5%～15%，上述各组分之和为百分之百，
其中，电熔镁砂骨料中MgO的重量百分比含量≥96％，
电熔镁砂骨料粒度重量百分比：
5～8mm ：1%～10%；
3～5mm ：15%～25%；
1～3mm ：15%～25%；
0～1mm ：5%～15%。
2.根据权利要求1所述的一种高温低导热耐火材料，其特征在于，所涉及的结合剂为水泥和粘土其中的一种或两种。
3.一种生产如权利要求1或2所述的一种高温低导热耐火材料的方法，其特征在于：
a将电熔镁砂骨料、菱镁矿微粉、锆酸钙微粉和结合剂等复合粉料在混料器中进行充分混合，混料时间在1～24小时，混匀后在混合料中外加重量百分比≤15%的水搅拌均匀；
b采用高冲程摩擦压机成型，成型压力≤200MPa；
c烘干温度在100～200℃，时间为1～16小时；
d在1200~1400℃温度下烧制而成，保温时间为5~10小时。
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