CN103601508A - 环保型rh精炼炉衬砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型RH精炼炉衬砖及其制备方法，它是由下述重量百分比的原料组分组成：镁砂54～81%，镁铝尖晶石超微粉18～35%，α-氧化铝超细粉0.5～9.5%，改性石墨0.5～1.5%，以上述原料组分合计为100%，外加3～5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。其制备方法包括下述步骤：按照所述的配比称量原料组分，将粒度≤0.088mm的原料进行预混，得预混料；再将粒度>0.088mm的原料搅拌3~5分钟，加入硫酸铝结合剂搅拌3~6分钟，然后，加入上述预混料搅拌6~15分钟，以100～300MPa压力压制成型，最后，经电加热干燥窑热处理，温度为100～300℃，形成RH真空炉衬砖。该方法实现RH真空冶炼设备内衬无铬化，消除含铬耐材炉衬造成的环保隐患，能够制备出性能良好的环保型RH精炼炉衬砖。

Description

环保型RH精炼炉衬砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及RH精炼炉衬砖技术领域，特别是一种环保型RH精炼炉衬砖及其制备方法。

背景技术

RH炉是二次精炼技术中使用最为普遍的一种设备，采用RH真空脱气方法对钢水进行二次精炼，可以提高钢的质量，严格控制化学元素的成份，提高生产效率等。是炼钢过程中提高钢铁产品质量和性能的一个有效手段。

 RH炉由于在高温、真空、频繁升降温的环境下工作，所以对内衬耐火材料的要求很高，不但要求其具有耐高温性能而且要求良好的抗炉渣侵蚀性能、抗热震稳定性能和抗冲刷性能等。镁铬砖具有耐火度高、高温强度大、抗碱性渣侵蚀性极强，也具有一定抗酸性渣侵蚀的能力，热震稳定性优良等优异的高温性能，一直是国内外RH炉用最佳内衬材料。

     RH炉用镁铬砖的使用主要受到三个方面的限制，一方面生产镁铬砖的重要原料铬矿，受储量和开采量影响，一度很难购买，且铬矿成分波动较大，不能保证产品质量的稳定性。另一方面镁铬砖使用过程中，溶入钢液中，增加钢水中铬含量，污染钢水，影响洁净钢的品质。再一方面使用后的镁铬废砖暴露在空气中产生水溶性的Cr⁶⁺，会造成严重的环境污染，尤其是污染水源。目前，国内、外都出台了相关限制镁铬砖使用的规定。因此开发无铬RH内衬材料，替代传统镁铬制品势在必行。

     专利“一种RH真空炉衬用无铬耐火材料CN1715246A”提出了一种真空炉衬无铬耐火材料，其成分为（质量百分比）：镁砂或镁锆硅砂中的一种或一种以上88～97%，氧化锆细粉1～6%，锆英石细粉0～9%，有机结合剂（外加）1～3%；其化学组成为（质量百分比）MgO 80～90%，SiO2 1～4%，ZrO2 7～13%。该镁锆质耐火材料需经高温烧成而合成。生产成本高，寿命短，性价比不高，实际应用受到限制。

     Koichi SHIMIZU 等对应用于RH 精炼炉下部槽的MgO-Y₂O₃无铬砖进行了研究。与传统的镁铬砖相比，MgO-Y₂O₃砖表现出相同的耐用性。同时开发的MgO-尖晶石-Y₂O₃砖的应用有益于提高使用寿命，尖晶石的引入有效地改善了MgO-Y₂O₃ 砖的热震稳定性。但Y₂O₃是稀土氧化物，资源稀少、价格昂贵，只能应用在特殊部位，不易于广泛推广使用。

专利“低碳高镁尖晶石复合砖CN96226710.4”提出了镁尖晶石砖用于水泥回转窑烧成带，因砖体含有石墨，不适合高温真空条件下的冶金RH炉用。

宝山钢铁股份有限公司技术中心的陈荣荣等人对RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究，（陈荣荣等，“RH真空炉衬用无铬耐火材料抗渣性能的研究”，耐火材料，2005，39（5）357～360）指出RH真空炉衬损毁的主要原因是炉渣侵蚀。对无铬耐火材料抗炉渣侵蚀性的研究，是开发优质RH真空炉衬无铬耐火材料，实现RH真空炉衬耐火材料无铬化的重要技术基础。

由于以往的RH真空炉衬无铬化产品或是高温烧成的制品，能耗大，成本高。或是原材料稀缺，不易实现工业化生产，或是产品的抗渣性能差，不能满足RH真空炉苛刻的使用条件，因此不能作为RH真空炉衬无铬化的产品广泛推广。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种环保型RH精炼炉衬砖，替代镁铬砖使用，实现RH真空炉衬无铬化。

本发明的另外一个目的是提供一种环保型RH精炼炉衬砖的制备方法。

    本发明的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，它是由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               54～81%，

镁铝尖晶石超微粉   18～35%，

α-氧化铝超细粉    0.5～9.5%，

改性石墨           0.5～1.5%，

    以上述原料组分合计为100%，外加3～5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂，

所述的镁砂中的MgO含量的重量百分比≥85%，体积密度≥3.02g/cm³，颗粒度≤5mm，

所述的镁铝尖晶石超微粉中Al₂O₃含量的重量百分比≥76%，MgO含量的重量百分比≥22%，杂质含量的重量百分比≤2%，中位径D50≤2um，

所述的α-氧化铝超细粉的Al₂O₃含量的重量百分比大于99%，中位径D50≤10um。

所述的改性石墨中的C含量的重量百分比≥98%，挥发份含量≤2%。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               81%，

镁铝尖晶石超微粉   18%，

α-氧化铝超细粉    0.5%，

改性石墨           0.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加3%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               77%，

镁铝尖晶石超微粉   18%，

α-氧化铝超细粉    4%，

改性石墨           1%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               73%，

镁铝尖晶石超微粉   18%，

α-氧化铝超细粉    7.5%，

改性石墨           1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               71%，

镁铝尖晶石超微粉   18%，

α-氧化铝超细粉    9.5%，

改性石墨           1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加3%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               71%，

镁铝尖晶石超微粉   20%，

α-氧化铝超细粉    8.5%，

改性石墨           0.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               60.5%，

镁铝尖晶石超微粉   30%，

α-氧化铝超细粉    8.5%，

改性石墨           1%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

按照本发明所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂               55%，

镁铝尖晶石超微粉   35%，

α-氧化铝超细粉    8.5%，

改性石墨           1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

 按照本发明所述的环保型RH真空炉衬砖的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）按照所述的重量百分比称量所需的原料组分；

2）将各种粒度≤0.088mm的原料进行预混，得预混料；

3）将粒度>0.088mm的原料搅拌3~5分钟，加入所述的重量百分比的硫酸铝结合剂搅拌3~6分钟，加入第2）步预混料，搅拌6～15分钟后，再困料1～2小时；

4）将第3）步经困料后的物料，以100～300MPa压力在压机上压制成型，制得半成品；

5）将第4）步制得的半成品，经电加热式干燥窑热处理，形成RH真空炉衬砖，热处理温度为100～300℃；

其中的原料组分同上所述。

    本发明所述的硫酸铝结合剂是一种环保型无机结合剂，化学式Al₂(SO₄)₃，熔点770℃，水化后形成絮状的硫酸铝凝胶体而产生结合。

本发明中的镁砂粒度小于5mm，是以氧化镁为主成分的碱性耐火原料，氧化镁熔点高达2800℃，对碱性熔渣有很好的抵御能力，但它的热膨胀系数和弹性模量较高，导致材料的抗热震性能差。

本发明中的镁铝尖晶石超微粉中位径小于2um，主晶相为镁铝尖晶石，熔点2135℃，晶体呈各向同性，热膨胀系数较低，赋予材料较好的热震稳定性能，同时，大大提高了材料的抗侵蚀性能。

本发明中的α-氧化铝超细粉中位径小于10um，活性高，高温下与基质中镁砂反应原位合成镁铝尖晶石新相，过程中产生微体积膨胀使材料组织致密化。

本发明中的改性石墨具有石墨化程度高，结构稳定，柔韧性好等优良性能，熔点3800℃，有极强的抵抗碱性及酸性渣侵蚀的能力。

    本发明的环保型RH精炼炉衬砖，采用耐火级镁砂和镁铝尖晶石超微粉作为主原料，采用硫酸铝做为结合剂，制备性能良好的炉衬砖，实现RH真空冶炼设备内衬无铬化，消除含铬耐材炉衬造成的环保隐患，并使高性能耐材的制造技术得到发展。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

     按照本发明的环保型RH精炼炉衬砖，它是由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                54～81%，

镁铝尖晶石超微粉    18～35%， 

α-氧化铝超细粉     0.5～9.5%，

改性石墨            0.5～1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加3～5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂，

所述的镁砂中的MgO含量的重量百分比≥85%，体积密度≥3.02g/cm³，颗粒度≤5mm，

所述的镁铝尖晶石超微粉中Al₂O₃含量的重量百分比≥76%，MgO含量的重量百分比≥22%，杂质含量的重量百分比≤2%，中位径D50≤2um，

所述的α-氧化铝超细粉的Al₂O₃含量的重量百分比大于99%，中位径D50≤10um。

表1 为各个具体实施例原料组分的重量百分配比数据，以及添加硫酸铝作为结合剂的重量百分比数据。

表1 ：

实施例的环保型RH真空炉衬砖的制备方法，包括下述步骤：

1）按照所述的重量百分比称量所需的原料组分；

2）将各种粒度≤0.088mm的原料进行预混，得预混料；

3）将粒度>0.088mm的原料搅拌3~5分钟，加入所述的重量百分比的硫酸铝结合剂搅拌3~6分钟，加入第2）步预混料，搅拌6～15分钟后，再困料1～2小时；

4）将第3）步经困料后的物料，以100～300MPa压力在压机上压制成型，制得半成品；

5）将第4）步制得的半成品，经电加热式干燥窑热处理，形成RH真空炉衬砖，热处理温度为100～300℃；

其中的原料组分同上所述。

    表2为实施例制备方法各个具体步骤的数据。

表2：

表3为对各个实施例制备的产品，进行显气孔率、体积密度（GB/T2997-2000）、常温耐压强度（GB/T5072-2008）、热震稳定性（YB/T376.1-1995）四项常规性能指标检测的数据。

表3 ：

Claims (9)

1.一种环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，它是由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                54～81%，

镁铝尖晶石超微粉    18～35%，

α-氧化铝超细粉     0.5～9.5%，

改性石墨            0.5～1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加3～5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂，

所述的镁砂中的MgO含量的重量百分比≥85%，体积密度≥3.02g/cm³，颗粒度≤5mm，

所述的镁铝尖晶石超微粉中Al₂O₃含量的重量百分比≥76%，MgO含量的重量百分比≥22%，杂质含量的重量百分比≤2%，中位径D50≤2um，

所述的α-氧化铝超细粉的Al₂O₃含量的重量百分比大于99%，中位径D50≤10um，

所述的改性石墨中的C含量的重量百分比≥98%，挥发份含量≤2%。

2.  根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                81%，

镁铝尖晶石超微粉    18%，

α-氧化铝超细粉     0.5%，

改性石墨            0.5%，

   以上述原料组分合计为100%，再添加3%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

3.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                 77%，

镁铝尖晶石超微粉     18%，

α-氧化铝超细粉      4%，

改性石墨             1%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

4.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                73%，

镁铝尖晶石超微粉    18%，

α-氧化铝超细粉     7.5%，

改性石墨            1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加5%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

5.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                 71%，

镁铝尖晶石超微粉     18%，

α-氧化铝超细粉      9.5%，

改性石墨             1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加3%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

6.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                71%，

镁铝尖晶石超微粉    20%，

α-氧化铝超细粉     8.5%，

改性石墨            0.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

7.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                60.5%，

镁铝尖晶石超微粉    30%，

α-氧化铝超细粉     8.5%，

改性石墨            1%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

8.根据权利要求1所述的环保型RH精炼炉衬砖，其特征在于，由下述重量百分比的原料组分组成：

镁砂                 55%，

镁铝尖晶石超微粉     35%，

α-氧化铝超细粉      8.5%，

改性石墨             1.5%，

以上述原料组分合计为100%，再添加4%重量百分比的硫酸铝作为结合剂。

9.一种根据权利要求1所述的环保型RH真空炉衬砖的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1）按照所述的重量百分比称量所需的原料组分；

2）将各种粒度≤0.088mm的原料进行预混，得预混料；

3）将粒度>0.088mm的原料搅拌3~5分钟，加入所述的重量百分比的硫酸铝结合剂搅拌3~6分钟，加入第2）步预混料，搅拌6～15分钟后，再困料1～2小时；

4）将第3）步经困料后的物料，以100～300MPa压力在压机上压制成型，制得半成品；

5）将第4）步制得的半成品，经电加热式干燥窑热处理，形成RH真空炉衬砖，热处理温度为100～300℃；

其中的原料组分同上所述。