CN103864447B - 一种非晶钢冶炼炉用石英质耐火浇注料的制备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种非晶钢冶炼炉用石英质耐火浇注料。以熔融石英、碳化硅、氧化铝微粉、硅灰、水合氧化铝（或者铝溶胶）和其他添加剂为原料，制备出一种抗热震性能好、抗冲刷性能好、保温性能好、低成本的满足非晶钢冶炼炉用耐火材料。

Description

一种非晶钢冶炼炉用石英质耐火浇注料的制备

技术领域

本发明涉及的是一种石英质耐火浇注料，其适用于抗热震性苛刻，且需要具备一定抗冲刷性能的非晶钢冶炼炉用耐火材料。

背景技术

非晶态合金的研发始于1960年P.Duwez等人用熔融金属急冷法制备Au70Si30非晶合金薄带。最近十年大块非晶合金的制备及其性能研究取得了突破性的进展，和其他金属基大块非晶一样，铁基大块非晶得到了迅速而蓬勃的发展。当前，一般把室温下是非磁性且针对结构工程应用的铁基大块非晶合金称为无磁非晶钢，简称非晶钢。尽管传统的晶态结构的钢材已被广泛应用于工业上，但大块非晶钢集众多更优异的工程性能于一身，具有更高的强度和硬度，更好的抗腐蚀能力，因此，在一些关键性的结构和功能应用领域显示出巨大的潜力来替代晶态钢材。

非晶钢冶炼炉要求材料具有良好的抗冲刷性能，抗热震性能和保温性能。非晶钢冶炼炉的烘烤温度在800~1000℃，甚至更低，而出钢时钢液的瞬时温度最高可达1450℃以上，钢衬材料需要经历较大的抗热震冲击，同时钢液也会内衬材料造成一定的强冲刷。薄带生产时钢液的流动也在时刻侵蚀、冲刷内衬材料，因此，炉内材料需具备良好的抗冲刷性能和抗热震性能。一般来讲，冶炼钢液的温度要高于非晶钢液相线温度T_l以上，在满足冶炼需求的前提下，冶炼温度越低，冶炼的生产成本更低。当前冶炼熔炉内衬材料主要为纯碳化硅（SiC）质，通常采用捣打成型制备成承钢装置。然而随着冶炼工艺要求的进一步提高以及经济效益的考衡，需要研发一种抗热震性能，抗冲刷性能，保温性能都更好，且能降低吨钢成本的材料来替代当前材料。

发明内容

本发明针对非晶钢冶炼炉用耐火材料提出了一种石英质耐火浇注料。所述浇注料的原料及质量百分比为：

骨料：

熔融石英颗粒5mm≥粒径＞3mm20%-35%

熔融石英颗粒3mm≥粒径＞1mm15%-25%

熔融石英颗粒1mm≥粒径＞0.088mm8%-15%

碳化硅颗粒1-0.088mm8%-13%

基质：

熔融石英细粉88-44um10%-15%

碳化硅细粉88-44um3%-8%

а-Al₂O₃微粉5-0.1um3%-5%

硅灰3%-5%

结合剂3%-6%

原料的总重量为100%；

减水剂为外加，减水剂的加入量为原料重量的0%-0.5%；

水为外加，水的加入量为原料重量的5%-10%。

本发明所述结合剂为水合氧化铝、铝溶胶中的一种或水合氧化铝与铝溶胶的组合；所述水合氧化铝为ρ-Al₂O₃或Alphabond。

所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇型缩聚物FS-20中的一种或组合。

本发明属于以熔融石英为主原料的浇注料体系，由于熔融石英的导热系数λ非常低，仅为SiC的1/50左右，赋予了材料更好的保温性能；同时又可以降低初始钢液的温度，保证生产的连续进行，实现降本增效。根据下述公式可知，R值越大，表征材料抗应力断裂的能力越强。当其它参数一定时，降低热膨胀系数α值，R越大，材料的抗热震性能更好。由于熔融石英材料的热膨胀系数较小，约有0.49-0.59×10^-6℃^-1，仅为SiC的1/10左右，该技术方案保障了石英质浇注料具有更低的热膨胀性，由此推断其抗热震性能也要优于纯碳化硅质捣打材料。

公式中：R——第一热应力断裂抵抗因子

σ _f ———材料中产生的热应力；μ——泊松比；α——热膨胀系数；E——弹性模量

本发明中的结合剂为水合氧化铝或者铝溶胶，既能在常温下与水反应生成缩聚物，赋予材料一定的常温强度；中高温下（1000~1450℃）可与体系中的硅灰反应生成莫来石相，使得材料具有更好的抗侵蚀性能和抗冲刷性能。

本发明中添加的а-Al₂O₃微粉和硅灰均为高活性超微粉，除了能够起到填充孔隙、降低加水量外，也可在中高温下自反应生成莫来石相，提高材料的抗冲刷性能。

本发明中通过使用减水剂三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇型缩聚物FS-20起到减少浇注料加水量、提高流动性的目的。

本发明的优点在于：

(1)本发明中采用浇注成型，工艺简单，成本低廉。

(2)本发明中的技术方案采用低导热的熔融石英为原料，赋予材料更好的保温性能，能够降低冶炼初始钢液温度，降低吨钢成本，实现降本增效。

(3)本发明中的技术方案采用低膨胀的熔融石英为原料，赋予材料更好的抗热震性能，材料的使用寿命更高。

(4)本发明中采用的а-Al₂O₃微粉和结合剂（水合氧化铝或者铝溶胶）均可与原料中的硅灰反应生成莫来石相，具有更好的高温强度，赋予材料更好的抗侵蚀性能和抗冲刷性能。

(5)本发明中采用的原料价格远远低于现有成本，且综合性能更优良，是替代现有材料的一个良好的选择。

所制备的石英质浇注料根据下述测试标准进行测试，其结果见下表：

GB-T7320-2008耐火材料热膨胀试验方法

GB-T5990-2006耐火材料导热系数试验方法（热线法）

GB-T3002-2004耐火材料高温抗折强度试验方法

具体实施方式

给出本发明的实施例，但不构成对本发明的任何限制。根据下述3个实施例中的方案将基质料（含减水剂和其他外加添加剂）与骨料一起在搅拌机中先干混3~4分钟，然后边搅拌边加水，4~5分钟后形成浇注料，接着浇注在三联模中让其振动成型。最后测量其理化指标（见表1），若无说明周围环境温度均为25℃左右。

实施例1

骨料：

熔融石英颗粒5mm≥粒径＞3mm35%

熔融石英颗粒3mm≥粒径＞1mm17%

熔融石英颗粒1mm≥粒径＞0.088mm10%

碳化硅颗粒1-0.088mm8%

基质：

熔融石英细粉88-44um10%

碳化硅细粉88-44um7%

а-Al₂O₃微粉5-0.1um3%

硅灰5%

ρ-Al₂O₃5%

上述原料的总重量为100%；

聚乙二醇型缩聚物FS-20为外加，加入量为原料重量的0.20%；

水为外加，水的加入量为原料重量的7.8%。

实施例2

骨料：

熔融石英颗粒5mm≥粒径＞3mm25%

熔融石英颗粒3mm≥粒径＞1mm25%

熔融石英颗粒1mm≥粒径＞0.088mm8%

碳化硅颗粒1-0.088mm10%

基质：

熔融石英细粉88-44um15%

碳化硅细粉88-44um3%

а-Al₂O₃微粉5-0.1um5%

硅灰3%

Alphabond6%

上述原料的总重量为100%；

三聚磷酸钠为外加，加入量为原料重量的0.10%；六偏磷酸钠为外加，加入量为原料重量的0.05%

水为外加，水的加入量为原料重量的8.5%。

实施例3

骨料：

熔融石英颗粒5mm≥粒径＞3mm20%

熔融石英颗粒3mm≥粒径＞1mm21%

熔融石英颗粒1mm≥粒径＞0.088mm15%

碳化硅颗粒1-0.088mm13%

基质：

熔融石英细粉88-44um12%

碳化硅细粉88-44um8%

а-Al₂O₃微粉5-0.1um4%

铝溶胶3%

硅灰4%

上述原料的总重量为100%；

水为外加，水的加入量为原料重量的5.2%。

备注：高温抗折强度为1300℃×0.5H(保温时间)的测试结果。

Claims (1)

1.一种非晶钢冶炼炉用石英质耐火浇注料的制备，其特征在于：所述浇注料的原料及质量百分比为：

骨料：

熔融石英颗粒5mm≥粒径＞3mm20%-35%

熔融石英颗粒3mm≥粒径＞1mm15%-25%

熔融石英颗粒1mm≥粒径＞0.088mm8%-15%

碳化硅颗粒1-0.088mm8%-13%

基质：

熔融石英细粉88-44μm10%-15%

碳化硅细粉88-44μm3%-8%

а-Al₂O₃微粉5-0.1μm3%-5%

硅灰3%-5%

结合剂3%-6%

原料的总重量为100%；

减水剂为外加，减水剂的加入量为原料重量的0%-0.5%；

水为外加，水的加入量为原料重量的5%-10%；

所述结合剂为水合氧化铝、铝溶胶中的一种或水合氧化铝与铝溶胶的组合；所述水合氧化铝为ρ-Al₂O₃或Alphabond；所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇型缩聚物FS-20中的一种或组合；

所述非晶钢冶炼炉用石英质耐火浇注料的热膨胀系数α0.55～0.85×10^-61/K，导热系数λ0.95～1.25W/(m·k)，高温抗折强度8～11MPa。