CN103979992B - 一种钢包透气砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢包透气砖及其制备方法。其技术方案是：以45~65wt%的微孔刚玉颗粒、5~15wt%的微孔镁铝尖晶石颗粒和5~10wt%的电熔致密刚玉颗粒为骨料；以5~13wt%的α-Al2O3微粉、2~6wt%的氧化镁微粉、2~6wt%的铬渣细粉、1~5wt%的氢氧化铝微粉、1~5wt%的碳化物微粉为基质；以0.02~0.08wt%的有机纤维、0.1~0.5wt%的硝酸钙、0.02~0.08wt%的镁铝合金和0.05~0.2wt%的聚羧酸减水剂为外加剂。制备方法是：按含量将外加剂和基质混匀，将骨料加入强制式搅拌机中，再加入粉料混匀，外加4~6wt%的水搅拌，浇注成型，室温养护，110~200℃保温12~48小时，脱模，1500~1700℃烧成。该制品强度高、热震稳定性好、耐冲刷、抗渣性能优异，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于钢包耐火材料技术领域。具体涉及一种钢包透气砖及其制备方法。
背景技术
随着特殊钢冶金技术及炉外精炼工艺的发展，通过钢包透气砖向钢液中吹入氩气等惰性气体，充分搅拌钢水，以快速、均匀地熔化添加存钢水中的各种材料，达到去除有害杂质和提高钢水洁净度的目的。透气砖作为这一工艺中的关键功能耐火材料，其使用性能对精炼工艺的顺利实施，保证钢的质量以及产量相当重要，对其寿命、吹气成功率、透气量要求较高。然而，随着洁净钢和高品质钢需求的不断增长，炉外精炼比例增大，时间延长，透气砖所承受的工作负荷加大，使用条件也日趋苛刻。多数情况下透气砖由于钢或渣的渗透、纵横向断裂等原因，吹开率降低，使用寿命缩短，目前其已成为限制钢包寿命提高和低成本运行的瓶颈因素。
长期以来，国内外在透气砖材质、结合系统、透气方式、吹气参数等与其使用性能及精炼效果方面，进行了大量研究与实践，取得了一定的良好实际效果。Yung Chaoko等通过在电熔刚玉中添加莫来石烧成刚玉-莫来石透气砖（Yung Chaoko. Influence of the characteristics of spinel of the slag resistance of Al2O3-MgO and Al2O3-Spinel castables[J]. J. American Ceramic Society, 2000, 83(9): 2333-2335），改善了透气砖使用中的抗剥落性能和高温性能以及热震稳定性，但该种透气砖易被渣渗透。永井等通过在刚玉质透气砖的基质中引入二氧化钛和氧化铝微粉提高了透气砖的透气度（Egashira, Hiroaki, Aramaki, et al. Development of Long-life Slit Plug Material for Steel Ladle. UNITECR’99 Congress, 1999: 308-311），但降低了强度和抗侵蚀性能。而后，众多专家学者在刚玉材料的基质中再进一步添加氧化镁，虽提高了透气砖的热震稳定性和抗侵蚀性能，但材料的体积稳定性及其他高温性能受到一定影响。薛文辉还研制了Sialon结合刚玉透气砖（薛文东. 精炼钢包用供气元件的材质、孔型设计及应用的研究[D]. 北京：北京科技大学，2003.），但使用中抗烧氧清理能力差，所以没有推广使用。
发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种强度高、使用寿命长、热震稳定性好、耐冲刷、抗钢渣的渗透性优良和抗钢渣的侵蚀性优异的钢包透气砖及其制备方法。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：
一、所述钢包透气砖的原料及其含量是：
微孔刚玉颗粒 45~65wt%；
微孔镁铝尖晶石颗粒 5~15wt%；
电熔致密刚玉颗粒 5~10wt%；
α-Al2O3微粉 5~13wt%；
氧化镁微粉 2~6wt%；
铬渣细粉 2~6wt%；
氢氧化铝微粉 1~5wt%；
碳化物微粉 1~5wt%。
以下为外加剂及其含量；外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
有机纤维 0.02~0.08wt%；
硝酸钙 0.1~0.5wt%；
镁铝合金 0.02~0.08wt%；
聚羧酸减水剂 0.05~0.2wt%。
二、所述钢包透气砖的制备方法是：
根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料。
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3~5分钟，然后加入原料4~6wt%的水进行搅拌，浇注，振动成型。
步骤三、将成型后坯体在室温下养护12~36小时，然后在110~200℃条件下保温12~48小时，脱模。
步骤四、将脱模后的坯体在1500~1700℃条件下保温2.5~3.5小时，制得钢包透气砖。
所述的微孔刚玉颗粒的显气孔率≤15%，闭口气孔率≥10%，平均孔径≤1μm；微孔刚玉颗粒的粒径为6~0.088mm。
所述的微孔镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为80~90wt%，平均孔径≤1.5μm；微孔镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0.088mm。
所述的电熔致密刚玉颗粒的Al2O3含量>99wt%，显气孔率≤5%；电熔致密刚玉颗粒的粒
径为3~0.088mm。
所述的α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt%，粒径D50为2~4μm。
所述的氧化镁微粉的MgO含量>80wt%，粒径D50为3~5μm。
所述的氢氧化铝微粉的Al(OH)3含量>98wt%，粒径D50为4~6μm。
所述的铬渣细粉的粒径<0.045mm。
所述的碳化物微粉为碳化铝、碳化硅、碳化硼和碳化铬中的一种以上，碳化物微粉的粒径<0.045mm。
所述的镁铝合金的Al含量为8~10wt%，粒径<0.045mm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明对工业废渣铬渣进行回收利用，采用镁铝合金与水的反应及氢氧化铝的原位分解，在高温下形成微通道网络，结合碳化物和硝酸钙实现铬渣中Cr6+的高温原位反应解毒，并形成微小均匀分布的铁铝尖晶石、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石和铝铬固溶体共存的复合结合及基质体系，能很好地抵抗低粘度和高侵蚀性钢渣，且热震稳定性优异；在使用时，贯通微通道网络具有合适的黏性和惯性阻力，不易渗渣，且主要由狭缝逸出的惰性气体，根据狭缝的阻力变化情况，特别是狭缝开始少量堵塞，部分会进入微通道网络，降低透气砖自身温差和气固界面温度梯度，同时狭缝堵塞处温度短时间增加而排堵，也利于热应力的释放。
本发明所制备的钢包透气砖经检测：抗折强度为25~35MPa；耐压强度为130~185MPa；水冷热震>46次；使用寿命>28次。
因此，本发明所制备的钢包透气砖具有强度高、使用寿命长、热震稳定性好、耐冲刷、抗钢渣的渗透性优良和抗钢渣的侵蚀性优异的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和外加剂的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述的微孔刚玉颗粒的显气孔率≤15%，闭口气孔率≥10%，平均孔径≤1μm；微孔刚玉颗粒的粒径为6~0.088mm。
所述的微孔镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为80~90wt%，平均孔径≤1.5μm；微孔镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0.088mm。
所述的电熔致密刚玉颗粒的Al2O3含量>99wt%，显气孔率≤5%；电熔致密刚玉颗粒的粒
径为3~0.088mm。
所述的α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt%，粒径D50为2~4μm。
所述的氧化镁微粉的MgO含量>80wt%，粒径D50为3~5μm。
所述的氢氧化铝微粉的Al(OH)3含量>98wt%，粒径D50为4~6μm。
所述的铬渣细粉的粒径<0.045mm。
碳化铝、碳化硅、碳化硼和碳化铬的粒径<0.045mm。
所述的镁铝合金的Al含量为8~10wt%，粒径<0.045mm。
实施例1
一种钢包透气砖及其制备方法。本实施例所采用的技术方案是：
一、所述钢包透气砖的原料及其含量是：
微孔刚玉颗粒 45~50wt%；
微孔镁铝尖晶石颗粒 13~15wt%；
电熔致密刚玉颗粒 8~10wt%；
α-Al2O3微粉 11~13wt%；
氧化镁微粉 2~4wt%；
铬渣细粉 4~6wt%；
氢氧化铝微粉 1~3wt%；
碳化物微粉 3~5wt%。
以下为外加剂及其含量，外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
有机纤维 0.02~0.08wt%；
硝酸钙 0.1~0.5wt%；
镁铝合金 0.02~0.08wt%；
聚羧酸减水剂 0.05~0.2wt%。
二、所述钢包透气砖的制备方法是：
根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料。
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3~5分钟，然后加入原料4~6wt%的水进行搅拌，浇注，振动成型。
步骤三、将成型后坯体在室温下养护12~18小时，然后在110~200℃条件下保温40~48小时，脱模。
步骤四、将脱模后的坯体在1500~1550℃条件下保温2.5~3.5小时，制得钢包透气砖。
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铝和碳化硅的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为25~29MPa；耐压强度为130~160MPa；水冷热震>46次；使用寿命>28次。
实施例2
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例1：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铝。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为27~29MPa；耐压强度为140~160MPa；水冷热震>47次；使用寿命>28次。
实施例3
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例1：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铬、碳化硼、碳化铝和碳化硅的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为26~29MPa；耐压强度为140~165MPa；水冷热震>48次；使用寿命>29次。
实施例4
一种钢包透气砖及其制备方法。本实施例所采用的技术方案是：
一、所述钢包透气砖的原料及其含量是：
微孔刚玉颗粒 50~55wt%；
微孔镁铝尖晶石颗粒 10~13wt%；
电熔致密刚玉颗粒 8~10wt%；
α-Al2O3微粉 9~11wt%；
氧化镁微粉 4~6wt%；
铬渣细粉 2~4wt%；
氢氧化铝微粉 3~5wt%；
碳化物微粉 1~3wt%。
以下为外加剂及其含量，外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
有机纤维 0.02~0.08wt%；
硝酸钙 0.1~0.5wt%；
镁铝合金 0.02~0.08wt%；
聚羧酸减水剂 0.05~0.2wt%。
二、所述钢包透气砖的制备方法是：
根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料。
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3~5分钟，然后加入原料4~6wt%的水进行搅拌，浇注，振动成型。
步骤三、将成型后坯体在室温下养护18~24小时，然后在110~200℃条件下保温32~40小时，脱模。
步骤四、将脱模后的坯体在1550~1600℃条件下保温2.5~3.5小时，制得钢包透气砖。
本实施例所述的碳化物微粉为碳化硅和碳化硼的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为27~30MPa；耐压强度为145~175MPa；水冷热震>48次；使用寿命>29次。
实施例5
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例4：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化硅。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为27~32MPa；耐压强度为148~170MPa；水冷热震>48次；使用寿命>30次。
实施例6
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例4：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铬、碳化硼和碳化铝的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为30~32MPa；耐压强度为150~180MPa；水冷热震>48次；使用寿命>29次。
实施例7
一种钢包透气砖及其制备方法。本实施例所采用的技术方案是：
一、所述钢包透气砖的原料及其含量是：
微孔刚玉颗粒 55~60wt%；
微孔镁铝尖晶石颗粒 8~10wt%；
电熔致密刚玉颗粒 5~8wt%；
α-Al2O3微粉 7~9wt%；
氧化镁微粉 4~6wt%；
铬渣细粉 4~6wt%；
氢氧化铝微粉 1~3wt%；
碳化物微粉 3~5wt%。
以下为外加剂及其含量，外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
有机纤维 0.02~0.08wt%；
硝酸钙 0.1~0.5wt%；
镁铝合金 0.02~0.08wt%；
聚羧酸减水剂 0.05~0.2wt%。
二、所述钢包透气砖的制备方法是：
根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料。
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3~5分钟，然后加入原料4~6wt%的水进行搅拌，浇注，振动成型。
步骤三、将成型后坯体在室温下养护24~30小时，然后在110~200℃条件下保温24~32小时，脱模。
步骤四、将脱模后的坯体在1600~1650℃条件下保温2.5~3.5小时，制得钢包透气砖。
本实施例所述的碳化物微粉为碳化硼和碳化铬的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为27~31MPa；耐压强度为148~178MPa；水冷热震>48次；使用寿命>31次。
实施例8
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例7：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化硼。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为28~32MPa；耐压强度为150~180MPa；水冷热震>48次；使用寿命>30次。
实施例9
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例7：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铬、碳化硼和碳化硅的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为29~33MPa；耐压强度为150~185MPa；水冷热震>48次；使用寿命>31次。
实施例10
一种钢包透气砖及其制备方法。本实施例所采用的技术方案是：
一、所述钢包透气砖的原料及其含量是：
微孔刚玉颗粒 60~65wt%；
微孔镁铝尖晶石颗粒 5~8wt%；
电熔致密刚玉颗粒 5~8wt%；
α-Al2O3微粉 5~8wt%；
氧化镁微粉 2~4wt%；
铬渣细粉 2~4wt%；
氢氧化铝微粉 3~5wt%；
碳化物微粉 1~3wt%。
以下为外加剂及其含量，外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
有机纤维 0.02~0.08wt%；
硝酸钙 0.1~0.5wt%；
镁铝合金 0.02~0.08wt%；
聚羧酸减水剂 0.05~0.2wt%。
二、所述钢包透气砖的制备方法是：
根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料。
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3~5分钟，然后加入原料4~6wt%的水进行搅拌，浇注，振动成型。
步骤三、将成型后坯体在室温下养护30~36小时，然后在110~200℃条件下保温12~24小时，脱模。
步骤四、将脱模后的坯体在1650~1700℃条件下保温2.5~3.5小时，制得钢包透气砖。
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铝和碳化硼的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为29~35MPa；耐压强度为155~185MPa；水冷热震>50次；使用寿命>31次。
实施例11
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例10：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化铬。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为30~35MPa；耐压强度为160~185MPa；水冷热震>50次；使用寿命>32次。
实施例12
一种钢包透气砖及其制备方法。除下述技术参数外其余同实施例10：
本实施例所述的碳化物微粉为碳化硼、碳化铝和碳化硅的混合物。
本实施例所制得的钢包透气砖经检测：抗折强度为32~35MPa；耐压强度为155~185MPa；水冷热震>49次；使用寿命>31次。
由于采用上述技术方案，本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式对工业废渣铬渣进行回收利用，采用镁铝合金与水的反应及氢氧化铝的原位分解，在高温下形成微通道网络，结合碳化物和硝酸钙实现铬渣中Cr6+的高温原位反应解毒，并形成微小均匀分布的铁铝尖晶石、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石和铝铬固溶体共存的复合结合及基质体系，能很好地抵抗低粘度和高侵蚀性钢渣，且热震稳定性优异；在使用时，贯通微通道网络具有合适的黏性和惯性阻力，不易渗渣，且主要由狭缝逸出的惰性气体，根据狭缝的阻力变化情况，特别是狭缝开始少量堵塞，部分会进入微通道网络，降低透气砖自身温差和气固界面温度梯度，同时狭缝堵塞处温度短时间增加而排堵，也利于热应力的释放。
本具体实施方式所制备的钢包透气砖经检测：抗折强度为25~35MPa；耐压强度为130~185MPa；水冷热震>46次；使用寿命>28次。
因此，本具体实施方式所制备的钢包透气砖具有强度高、热震稳定性好、耐冲刷、抗钢渣的渗透和侵蚀性优异，使用寿命长的特点。
Claims (11)
1.一种钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述钢包透气砖的原料及其含量是：
以下为外加剂及其含量，外加剂的含量为所述外加剂占上述原料总质量的百分量：
所述钢包透气砖的制备方法是根据所述钢包透气砖的原料及其含量和外加剂及其含量，按下述步骤进行：
步骤一、将α-Al2O3微粉、氧化镁微粉、铬渣细粉、氢氧化铝微粉、碳化物微粉、有机纤维、硝酸钙、镁铝合金和聚羧酸减水剂混合均匀，制成预混料；
步骤二、先将微孔刚玉颗粒、微孔镁铝尖晶石颗粒和电熔致密刚玉颗粒在强制式搅拌机中混匀，再将步骤一所制预混料加入强制式搅拌机中，搅拌3～5分钟，然后加入原料4～6wt％的水进行搅拌，浇注，振动成型；
步骤三、将成型后坯体在室温下养护12～36小时，然后在110～200℃条件下保温12～48小时，脱模；
步骤四、将脱模后的坯体在1500～1700℃条件下保温2.5～3.5小时，制得钢包透气砖。
2.根据权利要求1所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的微孔刚玉颗粒的显气孔率≤15％，闭口气孔率≥10％，平均孔径≤1μm；微孔刚玉颗粒的粒径为6～0.088mm。
3.根据权利要求1所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的微孔镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量为80～90wt％，平均孔径≤1.5μm；微孔镁铝尖晶石颗粒的粒径为1～0.088mm。
4.根据权利要求l所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的电熔致密刚玉颗粒的Al2O3含量>99wt％，显气孔率≤5％；电熔致密刚玉颗粒的粒径为3～0.088mm。
5.根据权利要求l所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt％，粒径D50为2～4μm。
6.根据权利要求l所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的氧化镁微粉的MgO含量>80wt％，粒径D50为3～5μm。
7.根据权利要求l所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的氢氧化铝微粉的Al(OH)3含量>98wt％，粒径D50为4～6μm。
8.根据权利要求1所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的铬渣细粉的粒径<0.045mm。
9.根据权利要求1所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的碳化物微粉为碳化铝、碳化硅、碳化硼和碳化铬中的一种以上，碳化物微粉的粒径<0.045mm。
10.根据权利要求1所述的钢包透气砖的制备方法，其特征在于所述的镁铝合金的Al含量为8～10wt％，粒径<0.045mm。
11.一种钢包透气砖，其特征在于所述钢包透气砖是根据权利要求1～10项中任一项所述的钢包透气砖的制备方法所制备的钢包透气砖。
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