CN103130520B

CN103130520B - 钢包沿耐火浇注料及其制备方法

Info

Publication number: CN103130520B
Application number: CN201310089434.9A
Authority: CN
Inventors: 欧阳德刚; 洪军; 李具中; 罗巍; 罗安智; 冯文圣
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: CN103130520A

Abstract

本发明提供了一种钢包沿耐火浇注料，其原料包括质量百分数为40-50%的用后耐火材料再生料、15-30%的用后镁铬砖再生料、18-25%的高铝熟料、5-7%的矾土水泥、4-6%的硅微粉、1-2%的α-Al₂O₃微粉和0-2%的再生耐热钢纤维。本发明一种钢包沿耐火浇注料制备简单，原材料来源广，成本低，并且性能优良，可满足钢包沿浇注成型与不同工艺条件下钢包沿的使用性能要求，同时还实现了用后耐火材料的综合利用目的。

Description

钢包沿耐火浇注料及其制备方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体是指一种钢包沿耐火浇注料及其制备方法。

背景技术

钢包沿用不定形耐火材料主要作用是压紧下部钢包渣线耐火砖，防止钢包渣线耐火砖的松动与脱落，主要有耐火可塑料和耐火浇注料。在钢包的实际生产运行过程中，由于钢包吹氩时熔渣与钢水飞溅，导致钢包沿钢渣结瘤严重；由于钢包的间歇式工作方式，导致钢包热状态频繁波动与周期性热应力，尤其是钢包沿，温度变化幅度更大，造成钢包沿耐火材料裂纹与剥落；此外，在钢包沿钢渣结瘤清除过程中，剧烈的机械振动与冲击则引起钢包沿耐火材料机械损坏；因此，作为钢包沿浇注料应具备以下特性：(1)良好的耐高温性能：(2)具有一定的抗高碱度渣的侵蚀能力：(3)较高的强度；(4)优良的抗热震性能。

基于上述钢包沿耐火材料的使用性能要求，国内学者进行了广泛的研究，如：文献“李振民译，精炼盛钢桶浇注口用纤维增强的耐火材料，国外耐火材料，1993，（7）”报道了一种精炼钢包沿用强纤维增强浇注料，耐热钢纤维重量百分比约为4%，并在美国许多钢厂取代钢包沿捣打料或浇注预制块进行了应用，取得了延长钢包沿使用寿命3倍的优良效果；但大量耐热钢纤维的加入，导致钢包沿浇注料成本急剧上升，同时也使用后钢包沿残留浇注料拆除困难。文献“米源，李慕云，300 t钢包罐沿浇注料的研制与应用，武钢技术，2007，45(3)”介绍了武钢Al₂O₃-MgO-Cr₂O₃质钢包沿浇注料的研制与实际应用效果，主要原料为特级高铝矾土、刚玉和电熔镁砂，并引入适量的Cr₂O₃微粉以提高浇注料的高温性能与抗渣性能，在实际生产应用中，虽然通过钢包中后期钢包沿浇注料剥落破损严重部位的浇注修补，达到了钢包沿与渣线耐火材料寿命同步的目标，但浇注料成本高，不利于钢包耐火材料消耗成本的降低。文献“陆斌，屈文胜，赵亮，杨伟，张昭，镁碳质钢包沿料的研制与应用，耐火材料，2006，40(6)”以降低钢包沿耐火材料成本为目标，以钢包渣线用后镁碳砖、电熔镁砂等为主要原材料，以硅微粉为结合剂，进行了镁碳质钢包罐沿料的研制，通过现场对比应用，用渣线废镁碳砖研制的罐沿浇注料和原用Al₂O₃-Cr₂O₃质浇注料相比，抗侵蚀性更强，使用寿命与渣线镁碳砖同步，能够满足使用要求，但强度稍差，修补维护量大，不利于钢包周转节奏的提高。

由上述文献资料报道可见，目前国内外实际生产应用的钢包沿浇注料普遍存在成本高的不足，虽然针对这一问题，采用用后耐火材料为原料进行了研究，但力学强度的下降，加剧了钢包沿浇注料的破损，增大了生产维护成本，降低了钢包周转率。因而，有必要在不降低钢包沿浇注料理化性能要求的基础上，进行低成本化研究。

目前国内实际生产应用的钢包沿Al₂O₃-MgO-Cr₂O₃质和Al₂O₃-Cr₂O₃质浇注料的材料构成、理化指标与实际使用效果如下。其中，主要原材料有刚玉、特级高铝、Cr₂O₃微粉、电熔镁砂等，以高铝水泥、硅微粉、α-Al₂O₃等中的一种或多种为原料结合剂，减水剂、分散剂为改善施工性能添加剂，有机防爆纤维为防崩裂外加剂。通过在钢包沿的整体浇注，形成整体性能优良的钢包沿耐火材料工作衬，通过各种耐火原材料的组合使用，提高钢包沿浇注料的抗侵蚀性能与耐高温性能；通过结合剂与添加剂的应用，提高不同温度条件下浇注料结合强度与施工性能；通过防崩裂外加剂的应用，满足钢包沿浇注料的快速烘烤和间歇式工作的热震稳定性要求。通过浇注料中不同原材料的性能发挥与组合效应，提高钢包沿浇注料的整体性，增强钢包沿钢渣结瘤清除过程的抗机械损伤能力，延缓钢包沿浇注料的侵蚀速度。在实际生产应用中，通过钢包中后期钢包沿浇注料剥落破损严重部位的浇注修补，达到了钢包沿与渣线耐火材料寿命同步的使用效果。然而，由钢包实际使用工艺条件可见，钢包沿浇注料高度约为300-400mm，与钢包钢水液面距离较大，使用温度相对较低、熔渣侵蚀较轻，因此，对钢包沿浇注料的理化性能要求远低于包壁耐火材料。然而，目前国内使用的钢包沿浇注料的主要原材料品质与包壁材料相近，均为理化性能优良的市售天然烧成料或人工合成材料，随着能源价格的上涨，导致浇注料原材料成本不断攀升，也引起维护成本也急剧上升。同时，钢铁企业作为耐火材料的消耗大户，每年有大量的品种不同的用后耐火材料废弃，尽管用后耐火材料存在由于粘渣、侵蚀与渗透引起的性能劣化的问题，但通过合适的再生手段与合理的用后耐火材料品种的选择，能够大幅度降低再生料的性能劣化程度，因此，采用合适的用后耐火材料再生料替代钢包沿浇注料中的部分耐火原材料，能够满足钢包沿浇注料综合使用性能的要求，达到钢包沿浇注料低成本化目的。而由钢包沿浇注料工作衬实际生产中的破损状况可见，主要破损形式是钢包沿浇注料热震裂纹、钢渣渗透结瘤以及结瘤清除过程中的机械损伤，所以，进一步提高钢包沿浇注料的热震稳定性与抗拉拔力学性能，将能够进一步延长钢包沿工作衬使用寿命，降低钢包沿维护量与维护成本。为此，国外相关资料报道了一种钢包沿耐热钢纤维增强浇注料，耐热钢纤维添加重量百分比为4%，并在实际生产中达到了延长钢包沿浇注料工作衬使用寿命的目的，却大幅度提高了浇注料的成本和用后钢包沿残留浇注料拆除困难，国内一般不采用。但对于用后钢纤维增强耐火浇注料，除了产生用后耐火材料外，也产生用后钢纤维，采取合理的再生手段与分离措施，不仅能够获得用后耐火材料再生料，也可获得性能优良的再生耐热钢纤维，满足钢包沿耐热钢纤维增强浇注料低成本化要求。

发明内容

本发明的目的是根据现有技术的不足提供一种钢包沿耐火浇注料及其制备方法，该一种钢包沿耐火浇注料不仅成本低，而且强度好，理化性能优秀，使用寿命长。

本发明的技术方案如下：一种钢包沿耐火浇注料，其原料包括质量百分数为40-50%的用后耐火材料再生料、15-30%的用后镁铬砖再生料、18-25%的高铝熟料、5-7%的矾土水泥、4-6%的硅微粉、1-2%的α-Al₂O₃微粉和0-2%的再生耐热钢纤维。

优选的，所述用后耐火材料再生料中Al₂O₃的质量百分数不小于70%，用后镁铬砖再生料中Cr₂O₃的质量百分数不小于15%。

更优选的，所述用后耐火材料再生料是将Al₂O₃的质量百分数不小于70%的用后耐火材料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到粒度a为5＜a≤8mm、3＜a≤5mm和1＜a≤3mm的三个级配组成的用后耐火材料再生料，上述三个级配的用后耐火材料再生料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为14-17%、18-22%和8-11%。

更优选的，所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到粒度b为0.088＜b≤1mm和b≤0.088mm的两个级配组成的用后镁铬砖再生料，上述两个级配的用后耐火材料再生料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为7-15%和8-15%。

优选的，所述高铝熟料的颗粒由粒度c为1＜c≤3mm、0.088＜c≤1mm和c≤0.088mm的三个级配组成，上述三个级配的高铝熟料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为7-10%、4-7%和7-10%。

优选的，所述再生耐热钢纤维为用后钢纤维增强耐火浇注料的破碎筛分磁选物经再次筛分、人工挑拣、磁选后得到，所述再生耐热钢纤维的长径比≥10:1。

更优选的，所述一种钢包沿耐火浇注料的原料中还包括质量百分数为0.05-0.1%FS20有机分散剂和0.1-0.15%的六偏磷酸钠。

更优选的，所述一种钢包沿耐火浇注料的原料中还包括质量百分数为0.05-0.1%的有机防爆纤维。

本发明的另一个目的是提供上述一种钢包沿耐火浇注料的制备方法。

一种制备上述一种钢包沿耐火浇注料的方法，其步骤包括称取质量百分数为40-50%的用后耐火材料再生料、15-30%的用后镁铬砖再生料、18-25%的高铝熟料、5-7%的矾土水泥、4-6%的硅微粉、1-2%的α-Al₂O₃微粉和0-2%的再生耐热钢纤维后，加入搅拌器内混匀得到。

本发明根据上述分析结果和钢包间歇式工作方式，选择热震稳定性优良的Al₂O₃含量≥70%的用后耐火材料、RH真空用后镁铬砖为浇注料主要原材料的资源。对于Al₂O₃含量≥70%的用后耐火材料以及RH真空用后镁铬砖，采取人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选的手段，获得不同粒度的耐火再生料；通过对用后钢纤维增强耐火浇注料破碎筛分磁选物的再次筛分、磁选与人工挑拣，获得再生耐热钢纤维。通过上述用后耐火材料的再生处理，降低再生料的杂质含量，提高再生料使用比例，降低浇注料成本与用后耐火材料的废弃。此外，采用矾土水泥、硅微粉、α-Al₂O₃为复合结合剂，以提高浇注料的力学性能；选择FS20、六偏磷酸钠为减水剂、分散剂，改善浇注料的施工性能；通过控制再生钢纤维的加入量，调整浇注料力学性能，方便用后钢包沿残留浇注料的拆除，提高浇注料的热震稳定性；选择有机防爆纤维为防崩裂添加剂，防止浇注料烘烤过程的龟裂破损。得到本发明的以用后耐火材料再生料为主要原材料、价格低廉、制备方便、使用简单的一种钢包沿耐火浇注料。

本发明一种钢包沿耐火浇注料具有如下优点：

1．本发明一种钢包沿耐火浇注料制备简单，原材料来源广，成本低。

2．本发明浇注料性能优良，可满足钢包沿浇注成型与不同工艺条件下钢包沿的使用性能要求。

3．本发明一种钢包沿耐火浇注料以用后耐火材料再生料为主要原材料，实现了用后耐火材料的综合利用目的。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明：

实施例1

一种钢包沿耐火浇注料，其原料组成及重量百分比为：Al₂O₃含量为72%的脱硫喷枪用后耐火浇注料再生料40%，其中，粒度a为5＜a≤8mm的占14%、3＜a≤5mm的占18%、1＜a≤3mm的占8%；Cr₂O₃含量为15%的用后镁铬砖再生料30%，其中，粒度b为0.088＜b≤1mm的占15%、b≤0.088mm的占15%；高铝熟料18%，其中，粒度c为1＜c≤3mm的占7%、0.088＜c≤1mm的占4%、c≤0.088mm的占7%；矾土水泥6%；硅微粉4%；α-Al₂O₃微粉2%；FS20有机分散剂0.05%；六偏磷酸钠0.15%；有机防爆纤维0.1%。将上述原料按配方称量，加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所述一种钢包沿耐火浇注料1。其中，所述脱硫喷枪用后耐火浇注料再生料是将用后脱硫喷枪工作衬耐火浇注料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。

通过对一种钢包沿耐火浇注料1的取样分析，Cr₂O₃含量为4.8%，1450℃×3h抗压强度为45.2MPa，1450℃×3h烧后线变化率为-0.5%，1450℃×3h抗折强度6.4MPa。达到市售浇注料Cr₂O₃含量≥2.4%、1450℃×3h抗压强度≥40MPa、1350℃×3h烧后线变化率≤1.5%、1450℃×3h抗折强度≥6MPa的相关指标要求。

实施例2

一种钢包沿耐火浇注料，其原料组成及重量百分比为：Al₂O₃含量为85%的用后铝镁尖晶石耐火浇注料再生料50%，其中，粒度a为5＜a≤8mm的占17%、3＜a≤5mm的占22%、1＜a≤3mm的占11%；Cr₂O₃含量为18%的用后镁铬砖再生料15%，其中，粒度b为0.088＜b≤1mm的占7%、b≤0.088mm的占8%；高铝熟料23%，其中，粒度c为1＜c≤3mm的占10%、0.088＜c≤1mm的占5%、c≤0.088mm的占8%；矾土水泥5%，硅微粉5%，α-Al₂O₃微粉1.5%，再生钢纤维1%；FS20有机分散剂0.07%，六偏磷酸钠0.12%，有机防爆纤维0.07%。将上述原料按配方称量，加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所述一种钢包沿耐火浇注料2。其中，所述用后铝镁尖晶石耐火浇注料再生料是将用后铝镁尖晶石耐火浇注料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。

通过对一种钢包沿耐火浇注料2的取样分析，Cr₂O₃含量为2.45%，1450℃×3h抗压强度为44.7MPa，1450℃×3h烧后线变化率为0.5%，1450℃×3h抗折强度6.6MPa。达到市售浇注料Cr₂O₃含量≥2.4%、1450℃×3h抗压强度≥40MPa、1350℃×3h烧后线变化率≤1.5%、1450℃×3h抗折强度≥6MPa的相关指标要求。

实施例3

一种钢包沿耐火浇注料，其原料组成及重量百分比为：Al₂O₃含量为75%的铁水脱硫搅拌器用后耐火浇注料再生料44%，其中，粒度a为5＜a≤8mm的占16%、3＜a≤5mm的占20%、1＜a≤3mm的占10%；Cr₂O₃含量为16%的用后镁铬砖再生料20%，其中，粒度b为0.088＜b≤1mm的占10%、b≤0.088mm的占10%；高铝熟料20%，其中，粒度c为1＜c≤3mm的占8%、0.088＜c≤1mm的占4%、c≤0.088mm的占8%；矾土水泥7%，硅微粉6%，α-Al₂O₃微粉2%，再生耐热钢纤维1%；FS20有机分散剂0.1%，六偏磷酸钠0.1%，有机防爆纤维0.05%。将上述原料按配方称量，加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所述一种钢包沿耐火浇注料3。其中，所述脱硫搅拌器用后耐火浇注料再生料是将用后脱硫搅拌器工作衬耐火浇注料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述再生耐热钢纤维为用后钢纤维增强耐火浇注料的破碎筛分磁选物经再次筛分、人工挑拣、磁选后得到，所述再生耐热钢纤维的长径比≥10:1。

通过对一种钢包沿耐火浇注料3的取样分析，Cr₂O₃含量为3.8%，1450℃×3h抗压强度为47.5MPa，1450℃×3h烧后线变化率为0.5%，1450℃×3h抗折强度7.1MPa。达到市售浇注料Cr₂O₃含量≥2.4%、1450℃×3h抗压强度≥40MPa、1350℃×3h烧后线变化率≤1.5%、1450℃×3h抗折强度≥6MPa的相关指标要求。

实施例4

一种钢包沿耐火浇注料，其原料组成及重量百分比为：Al₂O₃含量为75%的铁水脱硫搅拌器用后耐火浇注料再生料47%，其中，粒度a为5＜a≤8mm的占16%、3＜a≤5mm的占22%、1＜a≤3mm的占9%；Cr₂O₃含量为20%的用后镁铬砖再生料16%，其中，粒度b为0.088＜b≤1mm的占8%、b≤0.088mm的占8%；高铝熟料25%，其中，粒度c为1＜c≤3mm的占8%、0.088＜c≤1mm的占7%、c≤0.088mm的占10%；矾土水泥5%，硅微粉4%，α-Al₂O₃微粉1%，再生耐热钢纤维2%；FS20有机分散剂0.1%，六偏磷酸钠0.1%，有机防爆纤维0.05%。将上述原料按配方称量，加入搅拌器内搅拌均匀，即得到所述一种钢包沿耐火浇注料4。其中，所述脱硫搅拌器用后耐火浇注料再生料是将用后脱硫搅拌器工作衬耐火浇注料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到。所述再生耐热钢纤维为用后钢纤维增强耐火浇注料的破碎筛分磁选物经再次筛分、人工挑拣、磁选后得到，所述再生耐热钢纤维的长径比≥10:1。

通过对一种钢包沿耐火浇注料4的取样分析，Cr₂O₃含量为2.8%，1450℃×3h抗压强度为48.8MPa，1450℃×3h烧后线变化率为-0.5%，1450℃×3h抗折强度6.7MPa。达到市售浇注料Cr₂O₃含量≥2.4%、1450℃×3h抗压强度≥40MPa、1350℃×3h烧后线变化率≤1.5%、1450℃×3h抗折强度≥6MPa的相关指标要求。

通过上述实施例可以看出，本发明所述一种钢包沿耐火浇注料力学性能大于市售浇注料的相关指标要求，尤其是抗折强度，提高了浇注料的抗机械损伤能力。同时，本发明充分利用了用后耐火材料，因此成本大大降低，具有很强的实用性。

Claims

1.一种钢包沿耐火浇注料，其原料包括质量百分数为40-50％的用后耐火材料再生料、15-30％的用后镁铬砖再生料、18-25％的高铝熟料、5-7％的矾土水泥、4-6％的硅微粉、1-2％的α-Al₂O₃微粉和0-2％的再生耐热钢纤维；所述用后耐火材料再生料中Al₂O₃的质量百分数不小于70％，用后镁铬砖再生料中Cr₂O₃的质量百分数不小于15％；所述用后耐火材料再生料是将Al₂O₃的质量百分数不小于70％的用后耐火材料拆除后，经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到粒度a为5＜a≤8mm、3＜a≤5mm和1＜a≤3mm的三个级配组成的用后耐火材料再生料，上述三个级配的用后耐火材料再生料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为14-17％、18-22％和8-11％；所述用后镁铬砖再生料是将用后镁铬砖经人工挑拣、破碎、筛分、磁选、水浸泡、再筛分与磁选后得到粒度b为0.088＜b≤1mm和b≤0.088mm的两个级配组成的用后镁铬砖再生料，上述两个级配的用后耐火材料再生料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为7-15％和8-15％；所述高铝熟料的颗粒由粒度c为1＜c≤3mm、0.088＜c≤1mm和c≤0.088mm的三个级配组成，上述三个级配的高铝熟料在一种钢包沿耐火浇注料中的重量百分比分别为7-10％、4-7％和7-10％；所述再生耐热钢纤维为用后钢纤维增强耐火浇注料的破碎筛分磁选物经再次筛分、人工挑拣、磁选后得到，所述再生耐热钢纤维的长径比≥10:1；所述一种钢包沿耐火浇注料的原料中还包括质量百分数为0.05-0.1％FS20有机分散剂和0.1-0.15％的六偏磷酸钠；所述一种钢包沿耐火浇注料的原料中还包括质量百分数为0.05-0.1％的有机防爆纤维。