CN102161593B

CN102161593B - Csp炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料

Info

Publication number: CN102161593B
Application number: CN 201110105185
Authority: CN
Inventors: 欧阳德刚; 吴建鹏; 蒋扬虎; 张超; 罗巍; 何金平; 吴杰; 刘文清; 胡清明
Original assignee: Wuhan Hongdi Energy Saving Material Co ltd; Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Hongdi Energy Saving Material Co ltd; Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2031-04-25
Also published as: CN102161593A

Abstract

本发明公开了一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其组分按重量百分数计为：轻质莫来石骨料40～50％；粒度为0.1～1mm的焦宝石5～8％；蓝晶石粉5～7％；粒度≤180目的一级高铝矾土熟料粉6～9％；硅微粉7～9％；α-Al₂O₃微粉5～8％；高铝水泥10～18％；耐火纤维1～4％；锂辉石1～1.5％；六偏磷酸钠0.05～0.154％；有机减水剂0.05～0.15％；有机硅烷偶联剂0.04～0.07％；消泡剂0.03～0.06％。该耐火浇注料具有容重轻、耐高温性能强、力学性能好以及隔热性能与热震稳定性能优良的特点。

Description

CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域中使用的耐火浇注料，具体地指一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料。

背景技术

CSP辊底式均热炉炉辊位于均热炉炉内下部，通过炉辊上4圈耐热金属辊环接触薄板连铸坯进行支撑，并通过密集分布的炉辊变速或变向转动，完成薄板连铸坯在炉内的输送、缓冲与储存功能，满足不同生产节奏安排的需要。炉辊是CSP均热炉的重要旋转运动部件，不仅数量多，而且始终处于炉内高温恶劣环境下工作(常规CSP均热炉炉温为1100～1250℃，生产硅钢时最高炉温达1300℃)。为此，为了保证炉辊高温恶劣工作条件的板坯支撑强度、避免炉辊高温变形引起的运转不稳定、降低炉辊原材料成本与延长炉辊使用寿命，国内外均采用耐火隔热材料对辊环以外的辊轴部分进行隔热保护，并在金属辊轴内通水冷却。由于炉辊数量多、水冷流量大，导致水冷热损失高达35％，尤其是在炉辊运转过程中剧烈的机械振动作用下，炉辊耐火隔热衬易出现裂纹剥落，导致普通碳钢辊轴暴露于炉内高温烟气中，不仅增加了炉辊水冷热损失，而且还将引起辊轴氧化变形，导致炉辊失效、炉辊维护成本高、使用寿命缩短。

本发明之前，授权公告号为CN100408515C的中国专利公开了一种用于辊底炉炉辊的耐火浇注料，该炉辊耐火浇注料是由下述配比的组份制成，计量单位为重量份％：电熔莫来石(粒度≤3mm)：20～45，焦宝石(粒度1～5mm)：0～30，莫来石(粒度200目)：10～20，堇青石(粒度≤5mm)：10～25，蓝晶石(粒度180目)：5～10，氧化硅微粉(粒度≤5um)：2～3，氧化铝微粉(粒度≤5um)：5～8，高铝水泥：4～5，不锈钢纤维：2～4，防爆纤维：0.1～0.15，三聚磷酸钠：0.15～0.3，水：7.5～10。此外，公布号为CN101792294A的中国专利提供了一种轻质隔热耐火材料，它由以下重量百分比的原料组成：化学改性轻质骨料，40～60％；电熔莫来石(0～1mm)，10～20％；蓝晶石(粒度180目)5～10％；一级高铝矾土熟料粉(粒度180目)，5～10％；二氧化硅微粉(粒度≤5μm)，3～8％；-Al₂O₃微粉(粒度≤5μm)，3～8％；高铝水泥，5～10％；含锆高铝耐火纤维，0.5～10％；耐热钢纤维，1.5～4％；三聚氰胺，0.1～1％；有机防爆纤维，0.05～0.10％。上述两项专利的浇注料一定程度上达到了改善浇注层开裂与剥落的效果，但仍存在导热系数较高、隔热性能差等不足。它们均采用钢纤维来增强轻质耐火浇注料整体浇注成型方式，但是常用的GB310耐火钢纤维有效作用温度范围为常温至1100，而CSP均热炉炉温一般为1100～1250℃，加热硅钢时为1300℃，对于长期处于CSP均热炉内高温烟气与强烈震动环境下的炉辊隔热衬，钢纤维的使用不仅降低了轻质耐火浇注衬的隔热性能，同时由于轻质耐火浇注衬的高气孔率，导致钢纤维的高温氧化膨胀与脆化失效，并通过氧化产物与耐火浇注料的高温反应劣化浇注衬的使用性能。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，该耐火浇注料具有容重轻、耐高温性能强、力学性能好以及隔热性能与热震稳定性能优良的特点。

为实现上述目的，本发明的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其组分按重量百分数计为：

轻质莫来石骨料40～50％；

粒度为0.1～1mm的焦宝石5～8％；

蓝晶石粉5～7％；

粒度≤180目的一级高铝矾土熟料粉6～9％；

硅微粉7～9％；

α-Al₂O₃微粉5～8％；

高铝水泥10～18％；

耐火纤维1～4％；

锂辉石1～1.5％；

六偏磷酸钠0.05～0.154％；

有机减水剂0.05～0.15％；

有机硅烷偶联剂0.04～0.07％；

消泡剂0.03～0.06％。

优选地，所述轻质莫来石骨料中Al₂O₃的重量百分含量≥60％，莫来石颗粒粒度为1～5mm，其中粒度为3～5mm莫来石颗粒占总莫来石颗粒重量的30～50％、粒度为1～3mm的莫来石颗粒占总莫来石颗粒重量的50～70％。

再优选地，所述的耐火纤维为含锆耐火纤维或高纯硅酸铝耐火纤维，并且是长度控制为5～10mm的短纤维。

进一步地，所述的蓝晶石粉粒度为60～120目。

再进一步地，所述的锂辉石粒度大小控制在160～200目。

更进一步地，所述有机硅烷偶联剂为聚醚改性乙氧基硅烷。

还进一步地，所述的消泡剂为有机硅耐碱消泡剂或磷酸三丁酯。

本发明的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料通过采用轻质莫来石作骨料，优选Al₂O₃含量≤60％粒度为1～5mm的轻质莫来石作骨料，莫来石骨料的堆积密度可控制为≤1.0g/cm³，提高了浇注料的高温性能、热震稳定性与隔热性能，满足了CSP均热炉不同钢种生产时加热温度大范围变化的使用性能要求。通过0.1～1mm的焦宝石的加入，弥补了小于1mm轻质骨料性能劣化的不足，避免了浇注料中小于1mm骨料级配的缺失，并通过焦宝石优良的热震稳定性与高温性能，提高了浇注料的综合使用性能。加入的粒度为60～120目的具有高温膨胀性能的蓝晶石粉，弥补了轻质浇注料高温烧结收缩的缺点，提高了浇注料的高温体积稳定性，改善了炉辊辊轴与隔热衬的整体性。浇注料中的高铝水泥、硅微粉与α-Al₂O₃微粉的复合加入可通过水泥的水化结合、硅微粉与α-Al₂O₃微粉的凝胶结合，有效地提高了浇注料在不同温度情况的结合强度，满足炉辊隔热衬恶劣工况条件下的使用性能需求。耐火纤维的加入改善了浇注料的热震稳定性，进一步提高了浇注料的隔热性能；尤其是当耐火纤维选用含锆硅酸铝耐火纤维或高纯硅酸铝耐火纤维，并且控制长度为5～10mm的短纤维时，有利于提高耐火纤维的结晶粉化温度与使用温度，遏制了耐火纤维在CSP均热炉工作温度下的结晶粉化与收缩对浇注料性能的不利影响，提高了浇注料的抗机械振动能力和抗冲击韧性，克服了加入耐热钢纤维因高温氧化带来的浇注料性能劣化问题。通过加入的少量锂辉石粉的烧结促进作用，能改善浇注料使用条件下的烧结状况，促进炉辊浇注料隔热衬使用条件下高温陶瓷结合相的形成，提高隔热衬的抗破损能力，锂辉石粒度大小控制在160～200目效果更好。浇注料中六偏磷酸钠与有机减水剂的复合使用，提高了浇注料的施工流动性，降低了浇注料的加水量，改善了炉辊浇注隔热衬施工质量与综合性能。添加的消泡剂遏制了浇注料加水搅拌时胶体材料中气泡的形成，提高了浇注料的流动性，同时，也遏制了气泡在胶体材料与轻质骨料孔隙壁面上的形成，提高了胶体材料在轻质骨料孔隙内的渗透深度，扩展了浇注料中骨料与胶体材料间的结合界面，并通过胶体材料的凝胶实现轻质骨料开口孔隙的封闭，遏制了轻质骨料裂隙与气孔对其整体性能的不利影响，提高了轻质骨料自身力学性能，改善了轻质浇注料的隔热性能。消泡剂选用有机硅耐碱消泡剂或磷酸三丁酯，抑泡作用更强，能很好改善耐火纤维在浇注料中的分散效果，提高浇注料中耐火纤维补强增韧均匀性，增强浇注料的抗破损能力。加入有机硅烷偶联剂为水溶性硅烷偶联剂，优选为能以任意比例溶于水中的聚醚改性乙氧基硅烷，该水溶性硅烷偶联剂具有活性的乙氧基官能团，改善了轻质骨料与胶体材料间的界面结合状况，增进了耐火纤维的增强与增韧作用，从而提高了浇注料的整体结合强度。

本发明的耐火浇注料通过选择上述特殊的原料组分并严格限制各组分的含量，实现了浇注料容重轻的目的，改善了浇注料的耐高温性能、综合力学性能、以及隔热性能与热震稳定性能；而且各种原材料均为市售材料，具有原材料易得、成本低廉的优点。利用本发明浇注料制备的炉辊隔热衬，具有施工简便、施工质量控制稳定的特点，达到降低炉辊水冷热损失、减少炉辊驱动电力消耗、延长炉辊使用寿命、改善炉辊综合使用性能的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料作进一步的详细描述，该浇注料用作CSP炉辊单层结构隔热衬。

实施例1

一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，各组分按重量百分数计为：由河南偃师市光明高科耐火材料制品有限公司生产的轻质莫来石骨料45％，其中粒度为3～5mm的占总莫来石骨料重量的30％、粒度为1～3mm的占总莫来石骨料重量的70％，所选莫来石骨料的堆积密度为≤1.0g/cm³，0.1～1mm的焦宝石6％，河南省桐柏山蓝晶石矿业有限公司生产的粒度为60目蓝晶石粉5％，粒度180目的一级高铝矾土熟料粉9％，硅微粉9％，α-Al₂O₃微粉5.5％，郑州登峰熔料有限公司生产的925#高铝水泥16.2％，含锆耐火纤维2.5％，四川天齐实业有限责任公司生产的160目锂辉石粉1.5％，六偏磷酸钠0.1％，德国巴斯夫FS20有机减水剂0.1％，武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10有机硅烷偶联剂0.05％，武汉市蔡甸区残联化工厂生产的WL-21有机硅耐碱消泡剂0.05％。

实施例2

一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，各组分按重量百分数为：轻质莫来石骨料40％，其中粒度为3～5mm的占总莫来石骨料重量的50％、粒度为1～3mm的占总莫来石骨料重量的50％，粒度为0.1～1mm的焦宝石8％，粒度为120目蓝晶石粉7％，粒度160目的一级高铝矾土熟料粉6％，硅微粉7.7％，α-Al₂O₃微粉8％，郑州登峰熔料有限公司生产的925#高铝水泥18％，纤维长度为5～10mm的含锆耐火纤维4％，粒度180目的锂辉石粉1％，六偏磷酸钠0.05％，有机减水剂0.15％，武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10有机硅偶联剂0.07％，磷酸三丁酯消泡剂0.03％。

实施例3

一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，各组分按重量百分数为：轻质莫来石骨料50％，其中粒度为3～5mm的占总莫来石骨料重量的40％、粒度为1～3mm的占总莫来石骨料重量的60％，粒度为0.1～1mm焦宝石5％，粒度为120目蓝晶石粉5％，粒度180目的一级高铝矾土熟料粉6.2％，硅微粉8％；α-Al₂O₃微粉5％，郑州登峰熔料有限公司生产的925#高铝水泥18％，纤维长度为5～10mm的高纯硅酸铝耐火纤维1％，粒度200目的锂辉石粉1.5％，六偏磷酸钠0.15％，德国巴斯夫FS20有机减水剂0.05％，武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10有机硅偶联剂0.04％，武汉市蔡甸区残联化工厂生产的WL-21有机硅消泡剂0.06％。

实施例4

一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，各组分按重量百分数计为：由河南偃师市光明高科耐火材料制品有限公司生产的轻质轻质莫来石骨料49％，其中粒度为3～5mm的占总莫来石骨料重量的50％、粒度为1～3mm的占总莫来石骨料重量的50％，所选莫来石骨料的堆积密度为≤1.0g/cm³，0.1～1mm的焦宝石7％，河南省桐柏山蓝晶石矿业有限公司生产的粒度为120目蓝晶石粉6％，粒度180目的一级高铝矾土熟料粉7％，硅微粉9％；α-Al₂O₃微粉6.7％，郑州登峰熔料有限公司生产的925#高铝水泥10％，含锆耐火纤维4％，纤维长度为5～10mm；四川天齐实业有限责任公司生产的160目锂辉石粉1.0％，六偏磷酸钠0.1％，德国巴斯夫FS20有机减水剂0.1％，武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10有机硅烷偶联剂0.04％，武汉市蔡甸区残联化工厂生产的WL-21有机硅耐碱消泡剂0.06％。

实施例5

一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，各组分按重量百分数为：轻质莫来石骨料45％，其中粒度为3～5mm的占总莫来石骨料重量的40％、粒度为1～3mm的占总莫来石骨料重量的60％，粒度为0.1～1mm的焦宝石5％，粒度为60～120目蓝晶石粉7％，粒度180目的一级高铝矾土熟料粉8％，硅微粉9％，α-Al₂O₃微粉6％，郑州登峰熔料有限公司生产的925#高铝水泥15％，纤维长度为5～10mm的含锆耐火纤维3.1％，粒度180目的锂辉石粉1.5％，六偏磷酸钠0.15％，德国巴斯夫FS20有机减水剂0.15％，武汉天目科技发展有限责任公司生产的水溶性WD-10有机硅偶联剂0.05％，磷酸三丁酯消泡剂0.05％。

按照实施例1～5的CSP炉辊单层结构隔热衬用轻质耐火浇注料重量百分比组成，分别制备了407.2kg、405.2kg、203.6kg、368.7kg、332.6kg轻质耐火浇注料，分别进行了炉辊隔热衬的浇注成型，并在武钢CSP均热炉上与意大利德兴公司整体进口炉辊进行了对比工业性试验，经过3个月的试验跟踪，本发明浇注料炉辊隔热衬完整，而整体进口炉辊在使用1.5个月时出现环裂纹与纵裂纹，3个月时裂纹宽度与长度扩展明显；对比炉辊冷却水出口温度记录数据，本发明轻质浇注料隔热衬炉辊冷却水出口平均温度比整体进口炉辊低4～5℃。本发明轻质耐火浇注料炉辊隔热衬使用寿命将明显超过意大利德兴公司整体进口炉辊。

Claims

1.一种CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其组分按重量百分数计为：

轻质莫来石骨料40~50%；

粒度为0.1~1mm的焦宝石5~8%；

蓝晶石粉5~7%；

粒度≤180目的一级高铝矾土熟料粉6~9%；

硅微粉7~9%；

α-Al₂O₃微粉5~8%；

高铝水泥10~18%；

耐火纤维1~4%；

锂辉石1~1.5%；

六偏磷酸钠0.05~0.154%；

有机减水剂0.05~0.15%；

有机硅烷偶联剂0.04~0.07%；

消泡剂0.03~0.06%；

其中，所述轻质莫来石骨料中Al₂O₃的重量百分含量≥60%，其中粒度为3~5mm莫来石颗粒占总莫来石颗粒重量的30~50%、粒度为1~3mm的莫来石颗粒占总莫来石颗粒重量的50~70%。

2.根据权利要求1所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述蓝晶石粉粒度为60~120目。

3. 根据权利要求1或2所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述耐火纤维为含锆耐火纤维或高纯硅酸铝耐火纤维，并且是长度控制为5~10mm的短纤维。

4. 根据权利要求1或2所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述锂辉石粒度大小控制在160~200目。

5. 根据权利要求1或2所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述有机硅烷偶联剂为聚醚改性乙氧基硅烷。

6. 根据权利要求3所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述有机硅烷偶联剂为聚醚改性乙氧基硅烷。

7. 根据权利要求4所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述有机硅烷偶联剂为聚醚改性乙氧基硅烷。

8. 根据权利要求1或2所述的CSP炉辊隔热衬用轻质耐火浇注料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅耐碱消泡剂或磷酸三丁酯。