CN103896611B - 一种高吹通率透气砖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高吹通率透气砖及其制造方法，透气砖组成如下：粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50%；细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40%；氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15%；氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10%。制造方法包括混碾、困料和压制成型工序，然后经过烘烤、高温烧成、检测流量、钢壳封装等工序。本发明通过控制颗粒级配和机压压强，经过高温烧成后在砖体内形成均匀分布且相互贯通性微气孔，实现透气砖本体材料透气。

Description

一种高吹通率透气砖及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冶金精炼用透气砖，尤其是一种高吹通率透气砖及其制造方法，属于耐火材料领域。

背景技术

随着工业技术的发展，社会需求对钢材质量和品质提出了更高的要求，迫使钢铁公司不断升级冶炼技术，因此钢铁冶炼的精炼比例和难度都不断提高，对冶炼流程的稳定性和顺畅性也提出了更高的要求。而且，自从2008年以来，钢铁企业整体进入微利时代，2011年的利润率仅有2.4%，很多钢厂处于亏损状态，导致很多钢厂限产或停产，因此这两年，钢铁公司大肆开展降本增效项目，对耐火材料的价格打压较重。在这种背景下，作为精炼关键元件的功能性耐火材料透气砖，客户提出了更高的要求：长寿命、透气量大、吹通率高。狭缝式透气砖具备长寿命、透气量大的优势，但使用过程中存在一定的横断和渗钢机率，影响了冶炼节奏，且热修时需要烧氧维护，也增加了人工、能源等成本。因此目前的透气砖产品，迫切需要提高吹通率。

狭缝式刚玉质透气砖由于强度高、抗侵蚀性能好和高温性能优良等优势，至今仍然是我国钢包精炼透气砖的主流产品。但随着钢铁行业的发展，对精炼的要求越来越高；狭缝式刚玉质透气砖存在着易渗钢、横断及热修时需要烧氧维护等问题，已成为制约精炼流程顺畅性的一个重要因素。

为了解决这个问题，一些耐火材料专家、学者开始研究本身具有透气功能的材料，以期制造出新一代的透气砖产品。这种材料是以内部均匀分布的相互贯通型微气孔为透气通道，主要靠添加微气孔形成剂，经过高温烧成后在材料内部留下均匀分布的微气孔。但微气孔形成剂往往很难分布均匀，导致微气孔也难以分散均匀；另一方面形成的微气孔连通率较低，相互封闭，难以达到实用程度的透气效果。如果加入过多的微气孔形成剂，虽然在一定程度上会提高透气效果，但同时也会显著降低材料强度，难以满足透气砖产品的使用要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种能够减少渗钢及横断几率，并且不需要中间热修烧氧维护即可实现吹通率100%的免烧氧高吹通率透气砖及其制造方法。

为了实现上述之目的，本发明采取的技术方案是：

一种高吹通率透气砖，组成如下：

粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50%；

细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40%；

氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15%；

氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10%。

一种高吹通率透气砖，组成如下：

粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50%；

细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40%；

氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15%；

氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10%；

所述粗刚玉、所述细刚玉、所述氧化铝细粉和所述氧化铝微粉的质量分数之和小于或等于99%且大于或等于92%；

余量为微气孔形成剂，所述微气孔形成剂在烧成过程中转变成气体。

一种高吹通率透气砖，组成如下：

粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50%；

细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40%；

氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15%；

氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10%；

抗渣侵蚀剂：质量分数大于0且小于或等于26%；所述抗渣侵蚀剂为氧化铬细粉、尖晶石细粉和镁砂细粉中的一种或多种，所述氧化铬细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm，所述尖晶石细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm，所述镁砂细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm；

所述粗刚玉、所述细刚玉、所述氧化铝细粉、所述氧化铝微粉和所述抗渣侵蚀剂的质量分数之和小于或等于99%且大于或等于92%；

余量为微气孔形成剂，所述微气孔形成剂在烧成时转变成气体。

上述高吹通率透气砖，氧化铬细粉的质量分数为0～10%，尖晶石细粉的质量分数为0～10%，镁砂细粉的质量分数为0～10%。

上述高吹通率透气砖，所述微气孔形成剂为糊精、淀粉、植物纤维、动物纤维和NH₄Cl中的一种或多种。

上述高吹通率透气砖，糊精的质量分数为1～5%。

上述高吹通率透气砖，淀粉的质量分数为1～5%。

上述高吹通率透气砖，植物纤维和动物纤维的总质量分数为1～5%。

上述高吹通率透气砖，NH₄Cl的质量分数为1～5%。

上述高吹通率透气砖，所述粗刚玉或所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt%，所述粗刚玉或所述细刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种。

上述高吹通率透气砖的制造方法，包括以下步骤：

第一步：按高吹通率透气砖配方组成准备原材料，并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序：施加到砖坯上的压强大于或等于50MPa；

第六步：烘烤工序，该工序的烘烤温度为150-350℃，保温时间为8-12h；

第七步：高温烧成工序，烧成温度为1350-1650℃，保温时间为6-8h；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

上述高吹通率透气砖的制造方法，在第一步的原材料中如果使用动物纤维或植物纤维作为微气孔形成剂时，第二步中的配料工序中还包括如下纤维分散步骤：

a.控制动物纤维或植物纤维的长度为5-20mm；

b.选用聚氧化乙烯（PEO）、四基纤维素（MC）、羧甲基纤维素钠

（CMC）或羟乙基纤维素（HEC）作为纤维分散剂；

c.将纤维分散剂加入水中，水的质量为原材料总质量的0.5-1%，纤维分散剂的质量为水的质量的0.05～0.8%，用搅拌器搅拌20-100min，以使纤维分散剂充分溶解；

d.将植物纤维或动物纤维加入溶解了纤维分散剂的水溶液中，采用电磁振荡器搅拌器搅拌10-30min，配制成植物纤维或动物纤维的悬浮液；

e.将称量好的其它原材料倒入搅拌锅中，搅拌，在1-5min内倒入配制好的纤维悬浮液，搅拌时间控制在5-10min。

根据透气量要求，调整颗粒级配以及微气孔形成剂的种类和加入量，高温烧成后，在砖体内形成均匀分布且相互贯通的微气孔。

下面介绍一下高吹通率透气砖中所采用各组分的性能与作用：

刚玉颗粒（Al₂O₃≥95%，粒度为1-0.5mm和0.5-0mm），高温性能优良，耐侵蚀性好，硬度高，在本发明高吹通率透气砖中做主要原料，起到颗粒堆积造孔作用，并有利于提高高吹通率透气砖的抗侵蚀及冲刷性能。本发明选用粒度范围较窄且粒度较小的颗粒作为骨料，形成颗粒堆积效果，在材料内部形成大量孔径较小、数量较多的微气孔，在材料气孔率相同的情况下，材料强度较高。本发明中选用特定粒度的粗刚玉和特定粒度的细刚玉作为原料，并在50MPa以上的压强下对透气砖砖坯进行压制，依靠粗刚玉和细刚玉之间的颗粒堆积作用形成相互贯通的微孔，而粗刚玉和细刚玉的均匀混合相对比较容易，与传统的依靠微孔形成剂形成相互贯通微气孔的技术方案相比，本发明透气砖中的微孔更加均匀、材料强度更高，在低气孔率的情况下能够实现较好的透气效果。

氧化铝细粉和氧化铝微粉作为基质，在高温烧成时烧结，形成陶瓷结合，使材料产生足够的使用强度。

氧化铬粉一方面起到高温下烧结形成陶瓷结合的作用，另一方面起到增强材料抗渣侵蚀性能的作用；尖晶石细粉和镁砂细粉一方面起到增强材料抗渣侵蚀性能的作用，另一方面提高透气砖的热震稳定性。

微气孔形成剂糊精、淀粉、植物纤维、动物纤维或NH₄Cl，使得高温烧成后整个透气砖砖体内均匀分布的依靠粗刚玉和细刚玉之间的颗粒堆积作用形成的微孔之间的贯通性更好，进一步提高本发明透气砖的透气性能；糊精和淀粉有助于提高生坯强度；植物纤维和动物纤维虽然会降低生坯强度且分散难度大，但是烧结后有助于连通微气孔，使得透气砖在气孔率相同的情况下透气性较好；NH₄Cl在烧成过程中很容易分解成氨气和氯化氢气体，排出比较容易。

本发明的有益效果是：

1、吹通率100%

以透气砖本体材料中均匀分布且相互贯通的微气孔为气体通道，通过砖体内均匀分布的微气孔实现透气功能，微气孔孔径小且交错分布，从根本上避免了钢液或钢渣渗透导致透气砖发生堵塞而不透气，使用过程中不需要热修烧氧维护即可实现透气，吹通率达到100%。

2、透气量可调节

通过调节颗粒级配和微气孔形成剂，可以调节微气孔孔径和数量，达到调节透气量的目的。

3、综合成本低

因吹通率100%，不需要在使用过程中进行热修烧氧维护操作，省去了烧氧所需的人力、烧氧钢管消耗和烧氧所需的可燃性气体（如氧气），且缩短了冶炼流程。

4、镁质透气砖在钢厂的高温工作条件下内部有物相变化，而且热膨胀系数较大（14～15×10^-6/℃），导致体积稳定性差，影响透气性能；而本发明采用的氧化铝质透气砖，在钢厂的高温工作条件下，内部没有物相变化，而且热膨胀系数较小（6.6×10^-6/℃），体积稳定性优良，透气效果好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

第一组实施例（见表1）：

表1

实施例1至实施例7中透气砖的制造方法，包括以下步骤：

第一步：按高吹通率透气砖配方组成准备原材料（实施例1-实施例7中的所述粗刚玉或所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt%，所述粗刚玉和所述细刚玉均为板状刚玉，在其它实施例中也可以为致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种），并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序；

第六步：烘烤工序；

第七步：高温烧成工序；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

对于实施例6中使用木质素纤维作为微气孔形成剂，第二步中的配料工序中还包括如下纤维分散步骤：

a.控制木质素纤维的长度为5-20mm；

b.选用聚氧化乙烯（PEO）作为纤维分散剂；

c.将聚氧化乙烯（PEO）加入水中，水的质量为原材料总质量的1%（粗刚玉、细刚玉、氧化铝细粉、氧化铝微粉、尖晶石细粉和木质素纤维总质量的1%），聚氧化乙烯（PEO）的质量为水的质量的0.8%，用搅拌器搅拌100min，以使聚氧化乙烯（PEO）充分溶解；

d.将木质素纤维加入溶解了聚氧化乙烯（PEO）的水溶液中，采用电磁振荡器搅拌器搅拌10min，配制成木质素纤维的悬浮液；

e.将称量好的其它原材料倒入搅拌锅中，搅拌，在5min内倒入配制好的木质素纤维的悬浮液，搅拌时间控制在10min。

对于实施例7中使用羊毛作为微气孔形成剂，第二步中的配料工序中还包括如下纤维分散步骤：

a.控制羊毛的长度为5-20mm；

b.选用羟乙基纤维素作为纤维分散剂；

c.将羟乙基纤维素加入水中，水的质量为原材料总质量的0.5%（粗刚玉、细刚玉、氧化铝细粉、氧化铝微粉、尖晶石细粉、镁砂细粉和羊毛总质量的0.5%），羟乙基纤维素的质量为水的质量的0.05%，用搅拌器搅拌20min，以使羟乙基纤维素充分溶解；

d.将羊毛加入溶解了羟乙基纤维素的水溶液中，采用电磁振荡器搅拌器搅拌10min，配制成羊毛的悬浮液；

e.将称量好的其它原材料倒入搅拌锅中，搅拌，在1min内倒入配制好的羊毛悬浮液，搅拌时间控制在5min。

烧后高吹通率透气砖的理化指标见表2。

表2

表2中透气量的测试：透气砖面积：2×10^-3m²，气体压力：0.3MPa。

第二组实施例（见表3）：

表3

实施例8至实施例14中透气砖的制造方法，包括以下步骤：

第一步：按高吹通率透气砖配方组成准备原材料（实施例8-实施例14中的所述粗刚玉或所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt%，所述粗刚玉和所述细刚玉均为板状刚玉，在其它实施例中也可以为致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种），并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序；

第六步：烘烤工序；

第七步：高温烧成工序；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

烧后高吹通率透气砖的理化指标见表4。

表4

表4中透气量的测试：透气砖面积：2×10^-3m²，气体压力：0.3MPa。

由第二组实施例可以看出：在没有使用微孔形成剂的情况下，透气砖的透气量足以满足钢包精炼要求。这是由于在实施例8-14中选用了特定粒度的粗刚玉和特定粒度的细刚玉作为骨料原料，并在50MPa以上的压强下对透气砖砖坯进行压制，依靠粗刚玉和细刚玉之间的颗粒堆积作用形成相互贯通的微孔，而粗刚玉和细刚玉的均匀混合相对比较容易，与传统的依靠微孔形成剂形成相互贯通的微孔的技术方案相比，实施例8-14中透气砖的微孔更加均匀，在低气孔率的情况下能够实现较好的透气效果。需要特别指出的是，如果选用粒度分布范围较宽的多级颗粒级配骨料，将形成紧密堆积，导致生产出来的透气砖，虽然气孔率较高，但大部分气孔相互独立且自我封闭，气孔之间的贯通率很低，即使添加微气孔形成剂，烧成后形成的微气孔也难以连通材料内部原来的气孔，达不到良好的透气效果。

由第一组实施例可以看出：加入微气孔形成剂之后，粗刚玉颗粒和细刚玉颗粒之间颗粒堆积作用形成的微气孔，不但增加了气孔率，而且提高了气孔之间的贯通性，有效地提高了透气砖的透气效果。特别是加入植物纤维和动物纤维后，高温烧成后对气孔的连通效果更好，使得透气砖在气孔率相同的情况下透气性较好。

Claims (5)

1.一种高吹通率透气砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：按高吹通率透气砖配方组成准备原材料：粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50％；细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40％；氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15％；氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10％；所述粗刚玉和所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt％，所述粗刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种，所述细刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种；并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序：施加到砖坯上的压强大于或等于50MPa；

第六步：烘烤工序，该工序的烘烤温度为150-350℃，保温时间为8-12h；

第七步：高温烧成工序，烧成温度为1350-1650℃，保温时间为6-8h；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

2.一种高吹通率透气砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：按高吹通率透气砖配方组成准备原材料：高吹通率透气砖配方组成为：粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50％；细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40％；氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15％；氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10％；所述粗刚玉和所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt％，所述粗刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种，所述细刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种；所述粗刚玉、所述细刚玉、所述氧化铝细粉和所述氧化铝微粉的质量分数之和小于或等于99％且大于或等于92％；余量为微气孔形成剂，所述微气孔形成剂在烧成过程中转变成气体；所述微气孔形成剂由糊精、淀粉、植物纤维、动物纤维和NH₄Cl组成，糊精的质量分数为1～5％，淀粉的质量分数为1～5％，植物纤维和动物纤维的总质量分数为1～5％，NH₄Cl的质量分数为1～5％；并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序：施加到砖坯上的压强大于或等于50MPa；

第六步：烘烤工序，该工序的烘烤温度为150-350℃，保温时间为8-12h；

第七步：高温烧成工序，烧成温度为1350-1650℃，保温时间为6-8h；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

3.根据权利要求2所述高吹通率透气砖的制造方法，其特征在于，在第一步的原材料中如果使用动物纤维或植物纤维作为微气孔形成剂时，第二步中的配料工序中还包括如下纤维分散步骤：

a.控制动物纤维或植物纤维的长度为5-20mm；

b.选用聚氧化乙烯、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素作为纤维分散剂；

c.将纤维分散剂加入水中，水的质量为原材料总质量的0.5-1％，纤维分散剂的质量为水的质量的0.05～0.8％，用搅拌器搅拌20-100min，以使纤维分散剂充分溶解；

d.将植物纤维或动物纤维加入溶解了纤维分散剂的水溶液中，采用电磁振荡器搅拌器搅拌10-30min，配制成植物纤维或动物纤维的悬浮液；

e.将称量好的其它原材料倒入搅拌锅中，搅拌，在1-5min内倒入配制好的纤维悬浮液，搅拌时间控制在5-10min。

4.一种高吹通率透气砖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：高吹通率透气砖配方组成为：粗刚玉：粒度大于0.5mm且小于或等于1mm，质量分数为35～50％；细刚玉：粒度大于0且小于或等于0.5mm，质量分数为25～40％；氧化铝细粉：粒度大于0.020mm且小于或等于0.044mm，质量分数为8～15％；氧化铝微粉：粒度大于0且小于或等于0.020mm，质量分数为5～10％；所述粗刚玉和所述细刚玉中Al₂O₃≥95wt％，所述粗刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种，所述细刚玉为板状刚玉、致密刚玉、白刚玉和棕刚玉中的一种或几种；抗渣侵蚀剂，质量分数大于0且小于或等于26％；所述抗渣侵蚀剂为氧化铬细粉、尖晶石细粉和镁砂细粉中的一种或多种，氧化铬细粉的质量分数为0～10％，尖晶石细粉的质量分数为0～10％，镁砂细粉的质量分数为0～10％；所述氧化铬细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm，所述尖晶石细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm，所述镁砂细粉的粒度大于0且小于或等于0.044mm；所述粗刚玉、所述细刚玉、所述氧化铝细粉、所述氧化铝微粉和所述抗渣侵蚀剂的质量分数之和小于或等于99％且大于或等于92％；余量为微气孔形成剂，所述微气孔形成剂在烧成时转变成气体，所述微气孔形成剂由糊精、淀粉、植物纤维、动物纤维和NH₄Cl组成，糊精的质量分数为1～5％，淀粉的质量分数为1～5％，植物纤维和动物纤维的总质量分数为1～5％，NH₄Cl的质量分数为1～5％；并按国标对原材料进行检验；

第二步：配料、混碾工序；

第三步：困料工序；

第四步：模具组装工序；

第五步：机压成型工序：施加到砖坯上的压强大于或等于50MPa；

第六步：烘烤工序，该工序的烘烤温度为150-350℃，保温时间为8-12h；

第七步：高温烧成工序，烧成温度为1350-1650℃，保温时间为6-8h；

第八步：不锈钢钢壳、底板和供气尾管的制作；

第九步：透气砖装钢壳、焊接工序；

第十步：透气砖流量检查及产品包装入库工序。

5.根据权利要求4所述高吹通率透气砖的制造方法，其特征在于，在第一步的原材料中如果使用动物纤维或植物纤维作为微气孔形成剂时，第二步中的配料工序中还包括如下纤维分散步骤：

a.控制动物纤维或植物纤维的长度为5-20mm；

b.选用聚氧化乙烯、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素作为纤维分散剂；

c.将纤维分散剂加入水中，水的质量为原材料总质量的0.5-1％，纤维分散剂的质量为水的质量的0.05～0.8％，用搅拌器搅拌20-100min，以使纤维分散剂充分溶解；

d.将植物纤维或动物纤维加入溶解了纤维分散剂的水溶液中，采用电磁振荡器搅拌器搅拌10-30min，配制成植物纤维或动物纤维的悬浮液；

e.将称量好的其它原材料倒入搅拌锅中，搅拌，在1-5min内倒入配制好的纤维悬浮液，搅拌时间控制在5-10min。