CN102795867A - 一种连铸中间包工作层涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术及钢铁冶金用耐火材料领域，特别涉及一种连续铸钢中间包工作层涂料。本发明的目的是：利用镁砂和硼泥作为主要基料，发明一种不使用硅微粉、粘土、活性石灰等增塑剂的连铸中间包工作层镁质涂料，充分利用硼泥所具有高MgO含量、高耐火性、高活性和高增塑性等对耐火工作层有益的性能，以硼泥替代现有技术中使用的增塑剂，既实现硼泥的再利用，又能提高连铸中间包镁质涂层的耐火性能、抗渣性能以及使用寿命等。

Description

一种连铸中间包工作层涂料

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术及钢铁冶金用耐火材料领域，特别涉及一种连续铸钢中间包工作层涂料。

背景技术

我国作为世界产钢第一大国，连续铸钢的比例已经达到97%以上，连铸中间包耐火材料的消耗量巨大，中间包的工作层采用镁质涂料是提高中间包一次在线使用寿命、节约耐火材料消耗的重要手段。

现有技术中，连铸中间包的工作层主要采用镁质涂料，中国发明专利：一种连铸中间包镁质涂料（申请号200810197325.8）提出采用镁砂85-95%，粘土2-6%，六偏磷酸钠2-6%以及活性石灰等组成的涂料；中国发明专利：一种耐火材料加入植物防爆纤维（申请号201110131033.6）提出采用镁质材料90-95%，硅酸钠和硅微粉3-7%以及0.5-2.0%的稻草纤维等组成的中间包涂料；中国发明专利：镁钙质中间包涂料（申请号03115605.3）提出采用高钙镁砂、低钙镁砂和磷酸盐类结合剂以及粘土、硅微粉类增塑剂组成中间包涂料；中国发明专利：连铸中间包工作衬用涂料及其生产工艺（申请号200910061293.3）提出采用镁橄榄石生料50-90份，镁砂10-50份，复合添加剂包括有机纤维、无机纤维、石灰、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、粘土或硅酸盐3-5份；中国发明专利：一种镁橄榄石质中间包涂料及其制备方法（申请号200710053112.3）提出采用镁橄榄石生料20-50%，镁橄榄石熟料25-55%以及镁砂、粘土、纤维、磷酸钠等组成耐火涂料；中国发明专利：钢铁铸造中间包的工作层涂料（申请号201010219797.6）提出采用镁橄榄石64份，镁砂 31.5份，硅微粉、白泥、黄糊精等烧结剂、增塑剂、防爆剂组成中间包工作层涂料。

从上述的现有发明可知：目前采用镁砂或镁橄榄石中的一种或两种作为主要镁质材料的连铸中间包涂料都需要加入硅微粉、粘土、白泥、活性石灰等增塑剂，这类物质可以降低涂层的气孔率，提高涂层的抗渣渗透性，但由于这类物质中几乎不含MgO，会降低涂层的耐火度，而如果降低这类增塑剂的用量，则会降低涂料的涂抹性、抗渣性；因此，需要开发一种具有更优良性能的中间包镁质工作层涂料。

另一方面，硼泥作为一种工业废弃物，有待开发再利用；现有的硼泥中MgO的含量在35-45%范围，甚至更高，因此高MgO含量的硼泥可以作为镁质材料使用；同时，硼泥具有很强的活性，可以填充于耐火材料孔隙中，提高了体积密度，降低了显气孔率，耐火材料的强度和抗渣性明显增加，并且，硼泥具有较强的亲水性，能增强耐火材料的凝聚，提高涂料的涂抹性能和烧结性能，同时对耐火材料的耐高温性能有较大的改善，并可延长耐火涂层的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是：利用镁砂和硼泥作为主要基料，发明一种不使用硅微粉、粘土、活性石灰等增塑剂的连铸中间包工作层镁质涂料，充分利用硼泥所具有高MgO含量、高耐火性、高活性和高增塑性等对耐火工作层有益的性能，以硼泥替代现有技术中使用的增塑剂，即实现硼泥的再利用，又能提高连铸中间包镁质涂层的耐火性能、抗渣性能以及使用寿命等。

实现本发明的技术方案是：      

一种连铸中间包工作层涂料，该涂料由下述原料按重量百分比组成：镁砂80-90%，硼泥 9-19%，有机纤维 0.1-1.0%，金属铝粉0.1-0.5%，三聚磷酸钠 0.1-1.0%。

为保证本发明的使用效果，对上述所采用的原料要求限定如下：

镁砂：成分方面要求镁砂中MgO的质量百分数大于93%；粒度方面要求为：镁砂的粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占25-35%，小于0.074 mm 的占65-75%；镁砂粒度组成范围确定的根据是：镁砂的粒度大于1mm，涂料的粘附强度下降明显，容易剥落，因此要求粒度小于1mm；粒度范围0.074-1.0mm的镁砂占25-35%，既能保证涂层的抗渣侵蚀性能，又能保证涂层的强度和致密度，若该粒度范围的镁砂含量降低，会降低涂层的抗渣侵蚀性能，寿命降低，相反，若该粒度范围的镁砂含量增加，则会降低涂层的附着性、强度和致密度；粒度小于0.074 mm 的镁砂占65-75%，可保证涂层的粘附性能和涂层强度，又能保证涂层的抗侵蚀性能，若该粒度范围的镁砂含量降低，则会降低涂层的附着性、强度和致密度，相反，若该粒度范围的镁砂含量增加，则会降低涂层的抗渣侵蚀性能。

硼泥：成分方面要求硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO≥35%，Fe₂O₃≤4.0%；硼泥的粒度要求为：硼泥的粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占15-25%，小于0.088 mm 的占75-85%；硼泥粒度组成范围确定的根据是：如果硼泥的粒度大于1mm，则涂料的粘附性下降明显，容易剥落，因此要求粒度小于1mm；粒度范围0.088-1.0 mm的硼泥占15-25%，既能保证涂层的抗渣侵蚀性能，又能保证涂层的强度和致密度，若该粒度范围的硼泥含量降低，则会降低涂层的抗渣侵蚀性能，寿命降低，相反，若该粒度范围的硼泥含量增加，则会降低涂层的附着性、强度和致密度；粒度小于0.088 mm 的硼泥占75-85%，可保证涂层的粘附性能和涂层强度，又能保证涂层的抗侵蚀性能，若该粒度范围的硼泥含量降低，则会降低涂层的附着性、强度和致密度，相反，若该粒度范围的硼泥含量增加，则会降低涂层的抗渣侵蚀性能。

有机纤维：所述的有机纤维为纸纤维、木纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维中的任一种或一种以上的组合物，纤维长度≤1mm，若长度大于1mm，容易出现纤维成团、分布不均匀的现象。

铝粉：纯度方面要求铝粉中Al>99%；粒度方面要求小于0.074mm，若粒度大于0.074mm，涂层中容易出现微孔，影响涂层寿命。

三聚磷酸钠：纯度方面要求Na₅P₃O₁₀>96%；粒度方面要求小于0.5mm，若粒度大于0.5mm，涂层中容易出现微孔，影响涂层寿命。 

本发明连铸中间包工作层涂料的组成中，镁砂作为最主要的镁质耐火材料，要求采用中档烧结以上级别的镁砂，是保证涂层抵抗钢渣侵蚀、使用寿命和高耐火度的最主要组元，镁砂的含量在80-90%，这样在配加硼泥后，可以保证涂层中MgO含量在80%以上，满足涂层的耐火度要求。

本发明连铸中间包工作层涂料的组成中，硼泥具有双重作用，硼泥中的MgO是有益于提高涂层耐火度和寿命的组元，所以硼泥中MgO含量越高，越有益；另一方面：硼泥中的SiO₂、Al₂O₃、CaO则起到增塑剂和烧结剂的作用，用于替代现有技术中采用的硅微粉、粘土和活性石灰等，且硼泥中的SiO₂、Al₂O₃、CaO等粒度小，具有比硅微粉中SiO₂、粘土中Al₂O₃更高的活性，因此，硼泥中的这三个组元起到提高涂料的塑性和涂抹性能、降低涂层气孔数量、提高涂层密度、强度和使用寿命；硼泥的添加量在9-19%的范围，当硼泥中MgO含量高（≥40%）且Fe₂O₃含量低（<1%）时，硼泥添加量可以取上限；当硼泥中MgO含量低（35%），或Fe₂O₃含量高（接近4%）时，硼泥的添加量取下限。

本发明连铸中间包工作层涂料的组成中，有机纤维起到增强涂料涂抹性能和防爆剂的作用，添加量取0.1-1.0%，所用有机纤维可以是纸纤维、木纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维中的任一种或一种以上的组合物，为适应环保的要求，优先选用纸纤维、木纤维或其组合物。

本发明连铸中间包工作层涂料的组成中，铝粉是主要的防爆剂，由于本发明中采用硼泥作烧结剂，中间包烘烤过程工作层不易发生爆裂，因此，金属铝粉防爆剂的使用量比较低，在0.1-0.5%范围，有利于提高涂层的致密度和强度。

本发明连铸中间包工作层涂料的组成中，三聚磷酸钠是主要的高温烧结剂，由于本发明中采用硼泥作烧结剂，硼泥中已有少量的磷酸钠，因此本发明中三聚磷酸钠的添加量较低，在中间包烘烤过程工作层不易发生爆裂，因此，金属铝粉防爆剂的使用量比较低，三聚磷酸钠在0.1-1.0% 范围就可以起到很好的促烧结、提高强度的作用。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）本发明采用镁砂和硼泥为工作层涂料的主要基料，与现有技术采用镁砂和硅微粉、粘土等增塑剂、烧结剂相比，涂层中MgO含量提高，在相同镁砂添加量时，采用硼泥比采用现有的其他增塑剂、烧结剂，涂料中MgO的含量提高4-10%，有利于提高涂层的耐火度和抗渣能力。

（2）本发明中采用硼泥作增塑剂和烧结剂，硼泥中的SiO₂、Al₂O₃、CaO可以分别起到现有技术采用的增塑剂硅微粉、粘土、白泥、石灰等的作用，众所周知，两种或两种以上的增塑剂、烧结剂的使用效果比单一增塑剂效果好，而硼泥恰好起到多种增塑剂的作用，不仅效果好，而且节约了成本；目前硼泥作为一种工业废弃物，而硅微粉、白泥价格较高，因此本发明可以节约涂料成本10-20%左右。

（3）硼泥是一种工业尾矿，粒度细小、活性高，填充于耐火材料孔隙中，提高了体积密度，降低了显气孔率，耐火材料的强度和抗渣性明显增加，具体数据方面：涂层的体积密度提高到2.10以上，耐压强度和抗折强度比现有技术都提高10-20%以上，工作层的使用寿命提高到16h以上，比现有技术提高10-20%以上。

（4）本发明实现了废弃硼泥的再利用，本涂料的使用过程中不产生有毒有害物质，有利于环境保护，同时节约了镁砂、硅微粉等资源，降低了涂料的生产成本，具有多种有益的经济效益，值得推广。

以下结合具体实施例，示例性说明及进一步帮助理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此，不应理解为对本发明的总技术方案的限定，本领域技术人员对不偏离本发明构思的非实质性改动，均属本发明保护的范围。

具体实施方式

实施实例1：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占25%，小于0.074 mm 的占75%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 35%，Fe₂O₃ 4.0%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占15%，小于0.088 mm 的占85%；

有机纤维：有机纤维为纸纤维，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂90%，硼泥 9%，有机纤维 0.3%，金属铝粉0.1%，三聚磷酸钠 0.6%；

原料经称量、配料、充分混合后制得本发明的连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标见表1。

实施实例2：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占35%，小于0.074 mm 的占65%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 40%，Fe₂O₃ 1.0%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占25%，小于0.088 mm 的占75%；

有机纤维：有机纤维为木纤维，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂80%，硼泥 19%，有机纤维 0.3%，金属铝粉0.1%，三聚磷酸钠 0.6%；

原料经称量、配料、充分混合后制得本发明的连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标见表1。

实施实例3：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占30%，小于0.074 mm 的占70%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 40%，Fe₂O₃ 2.0%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占20%，小于0.088 mm 的占80%；

有机纤维：有机纤维为木纤维和聚乙烯纤维的混合物，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂84.5%，硼泥 13%，有机纤维 1.0%，金属铝粉0.5%，三聚磷酸钠 1.0%；

原料经称量、配料、充分混合后制得本发明的连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标见表1。

实施实例4：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占30%，小于0.074 mm 的占70%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 38%，Fe₂O₃ 2.5%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占20%，小于0.088 mm 的占80%；

有机纤维：有机纤维为木纤维、纸纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯纤维的混合物，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂86%，硼泥 11.5%，有机纤维 1.0%，金属铝粉0.5%，三聚磷酸钠 1.0%；

原料经称量、配料、充分混合后制得本发明的连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标见表1。

表1   本发明的涂料与现有技术涂料性能比较

表2是在连铸中间包使用的实际效果。

表2 本发明的使用效果

从以上性能指标及使用结果表明本发明的有益效果是：

1）本涂层具有良好的使用性能，易涂抹、不流淌、涂层光滑、致密度高、不垮包、易翻包。

2）本发明的涂层的耐火度和抗渣能力提高，工作层的使用寿命提高到16h以上，比现有技术提高10-20%以上。

3）本发明的涂层的体积密度提高到2.10以上，耐压强度和抗折强度比现有技术都提高。

4）、本发明实现了废弃硼泥的再利用，本涂料的使用过程中不产生有毒有害物质，有利于环境保护，同时节约了镁砂、硅微粉等资源，降低了涂料的生产成本，具有多种有益的经济效益，值得推广。

另外，本发明中镁砂和硼泥的粒度组成范围对涂层的粘附性、强度及寿命有重要影响，为此，进行了如下两个对比例，在原料组成分别与本发明的实施例1和实施例2完全相同时，只对原料的粒度进行调整，对比例如下：

对比例1：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占50%，小于0.074 mm 的占50%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 35%，Fe₂O₃ 4.0%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占30%，小于0.088 mm 的占70%；

有机纤维：有机纤维为纸纤维，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂90%，硼泥 9%，有机纤维 0.3%，金属铝粉0.1%，三聚磷酸钠 0.6%；

原料经称量、配料、充分混合后制得连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标和使用效果与实施例1的对比数据见表3和表4。

对比例2：

以烧结中档镁砂、硼泥、纸纤维、铝粉、三聚磷酸钠为原料，原料的主要指标如下：

镁砂：镁砂中MgO的质量百分数为94%，粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占15%，小于0.074 mm 的占85%；

硼泥：硼泥的组成（质量百分数）指标为：MgO 40%，Fe₂O₃ 1.0%；硼泥的粒度要求为：粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占10%，小于0.088 mm 的占90%；

有机纤维：有机纤维为木纤维，纤维长度≤1mm；

铝粉：Al>99%，粒度小于0.074mm；

三聚磷酸钠：Na₅P₃O₁₀>96%，粒度小于0.5mm；

按照如下组成配料：

镁砂80%，硼泥 19%，有机纤维 0.3%，金属铝粉0.1%，三聚磷酸钠 0.6%；

原料经称量、配料、充分混合后制得连铸中间包工作层涂料；涂料的性能指标和使用效果与实施例2的对比数据见表3和表4。

表3   本发明的实施例1、2与对比例1、2制备的涂料性能比较

表4是本发明的实施例1、2与对比例1、2分别在连铸中间包内使用的实际效果比较。

表4本发明与对比例的使用效果比较

由表3和4可以知道：本发明中镁砂、硼泥的粒度组成变化会影响本发明的技术指标和使用效果，因此，本发明中规定的镁砂和硼泥的粒度组成范围对实现本发明效果是非常重要的。

Claims (7)

1.一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：该涂料由下述原料按重量百分比组成：镁砂80-90%，硼泥 9-19%，有机纤维 0.1-1.0%，金属铝粉0.1-0.5%，三聚磷酸钠 0.1-1.0%。

2.如权利要求1所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：所述镁砂中MgO的质量百分数大于93%；粒度方面要求为：镁砂的粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.074-1.0 mm的占25-35%，小于0.074 mm 的占65-75%。

3.如权利要求1所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：所述硼泥中MgO的质量百分数≥35%，Fe₂O₃的质量百分数≤4.0%；硼泥的粒度要求为：硼泥的粒度≤1mm，各粒度范围的重量百分比为：0.088-1.0 mm的占15-25%，小于0.088 mm 的占75-85%。

4.如权利要求1所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：所述的有机纤维为纸纤维、木纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维中的一种或一种以上的组合物，纤维长度≤1mm。

5.如权利要求1所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：所述铝粉中Al的质量百分数>99%；粒度方面要求小于0.074mm。

6.如权利要求1所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：所述三聚磷酸钠中的Na₅P₃O₁₀的质量百分数>96%；粒度方面要求小于0.5mm。

7.如权利要求1或2所述的一种连铸中间包工作层涂料，其特征在于：当硼泥中MgO含量≥40%且Fe₂O₃含量<1%时，硼泥添加量取上限；当硼泥中MgO含量为35%或Fe₂O₃含量为4%时，硼泥的添加量取下限。