CN103992126A - 一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，包括以下步骤：将板状刚玉砖的各原料混合均匀后，依次经压制成型、低温烘烤得到所述的板状刚玉砖；板状刚玉砖的原料的重量份组成如下：板状刚玉76～91；镁砂0.5～9；镁铝尖晶石0.5～20；活性氧化铝超微粉1～9；活性氧化硅超微粉0.1～2；镁铝胶结剂1.5～5；水1.5～2.5。本发明用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，工艺简单，使用寿命长，不含碳，能够适用于洁净炼钢的需求。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法。
背景技术
随着炉外精炼和连铸技术的发展，大型钢包的功能已由原来的单一盛装钢水的搬运容器，逐渐转变为功能复杂的炉外钢水精炼设备。
钢水在钢包内停留时间的延长，出钢温度的提高，使得钢包的工作环境变得更加苛刻。为适应钢包工作环境的改变，国内钢包普遍采用了优质铝镁碳砖和富铝尖晶石碳砖，但是采用铝镁碳砖和富铝尖晶石碳砖作钢包的工作衬会出现一些问题，一方面，这两种材质会导致钢包的热传导率高，钢水温度下降快，不利于连铸生产的顺利进行；另一方面，含碳制品对钢水有增碳作用，不适用于冶炼低碳钢和洁净钢。
因此，近年来，钢包内衬材料向无碳化方向发展，钢包内衬无碳材料包括机压砖、整体浇注料和浇注预制块等。
机压砖主要包括高铝砖、铝镁机压砖等，使用寿命不长，且部分机压砖含有一定量的碳。
整体浇注料在使用寿命上有一定的优势，但普通的整体浇注料对烘烤温度有严格的要求，且烘烤时间长。目前无碳材料的整体浇注料主要以纯铝酸钙水泥作为结合剂，纯铝酸钙水泥虽然在结合性能和使用方面没有较大的问题，但因为纯铝酸钙水泥中含有大量的CaO，CaO在高纯刚玉尖晶石预制砖中是一种杂质，在一定程度上会缩短刚玉尖晶石预制砖的使用寿命并阻碍寿命的延长。
为了提高钢包的周转率和利用率，缩短施工、养护和烘烤所占用的时间，需要提高钢包工作衬材料的耐用性，延长钢包工作衬材料的实用寿命，同时，为了满足冶炼洁净钢的需求，还需要降低工作衬材料中的含碳量。
授权公告号为CN102515809B的中国专利文献公开了一种生产高强致密型钢包用无碳砖的方法，由下述原料按重量份配比制成：骨料部分20-30份，细粉部分10-15份，复合结合剂一6-10份，复合结合剂二4-6份，复合添加剂0.4-0.6份，按所述重量比例将骨料部分投入到高速混炼机中，一次混合2-6min，加入复合结合剂二，二次混合2-6min，然后加入复合结合剂一、复合添加剂、细粉部分，三次混合5-15min；然后机压成型、干燥、拣选、检验、包装入库，即生产出在高温使用时组织结构更加致密，体积密度更高的新型钢包工作衬用高寿命无碳砖。
该发明中加入了三种复合结合剂，制备过程复杂，不易于在工业上推广应用。
发明内容
本发明提供了一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，工艺简单，使用寿命长，不含碳，能够适用于洁净炼钢的需求。
一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，包括以下步骤：
将板状刚玉砖的各原料混合均匀后，依次经压制成型、低温烘烤得到所述的板状刚玉砖；
板状刚玉砖的原料的重量份组成如下：
本发明中以高纯的板状刚玉为主要原料，配合使用高度分散的活性氧化铝超微粉和活性氧化硅超微粉，利用镁铝胶结剂进行各原料的结合，能够减少板状刚玉砖中CaO的含量，提高板状刚玉砖作为钢包工作衬的热震稳定性。
本发明中采用的板状刚玉为烧结板状刚玉，所述板状刚玉中Al2O3的质量分数≥98.5％，粒度级配为：
本发明中所述粒度级配的百分数均为重量百分数，例如：8～5mm10wt％是指：若板状刚玉的重量为100kg，则粒径为8～5mm的板状刚玉为10kg。
所述镁砂中MgO的质量分数≥96.5％，粒度级配为：
1～0mm 25～75wt％；
-180目 25～75wt％。
所述镁铝尖晶石中Al2O3的质量分数为66～90％，MgO和Al2O3的总的质量分数≥97％，粒度级配为：
1～0mm 15～85wt％；
-180目 15～85wt％。
在耐火材料领域，所用原料的粒径分布对于最终制得的耐火砖的性能有重要影响，通过合理的粒度级配能够使各种原料之间的间隙最小，达到最大的堆积密度，在低温烘烤完成后，得到致密的砖体。
所述活性氧化铝超微粉中Al2O3的质量分数≥98.5％，粒度D50≤5μm。活性氧化铝超微粉中不可避免地含有杂质，例如碱金属氧化物，本发明活性氧化铝超微粉中的R2O≤0.5％，其中R为Na和/或K。
所述活性氧化硅超微粉中SiO2的质量分数≥94％，粒度D50≤1μm。活性氧化硅超微粉中不可避免地含有杂质，例如碱金属氧化物，本发明活性氧化硅超微粉中的R2O≤1.0％，其中R为Na和/或K。
现有技术中使用的结合剂一般为木质素、树脂(例如阿拉伯树脂)等有机物，本发明中使用镁铝胶结剂作为结合剂，镁铝胶结剂作为一种市售的具有络合作用的纳米粒径的无机结合剂，不存在有机结合剂在加热过程中的氧化问题，可使产品在室温～钢水温度范围内均具有较高的强度，克服有机结合剂在高温下强度低的问题。
本发明采用镁铝胶结剂，所述镁铝胶结剂中MgO和Al2O3的总的质量分数≥50％，粒度为-180目。在1050℃下的灼减重量≤30％。
同时，本发明中不再使用金属Al等抗氧化剂，能够提高板状刚玉砖的稳定性和强度，表现出稳定的抗钢水冲刷性能和抗熔渣侵蚀性能。
作为优选，板状刚玉砖的原料的重量份组成如下：
作为优选，将板状刚玉砖的各原料混合时，首先将板状刚玉和镁砂混合均匀，然后依次加入镁铝胶结剂和水，最后加入由镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉以及活性氧化硅超微粉组成的混合粉，混合均匀。
镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉以及活性氧化硅超微粉预先混合均匀，然后再加入体系中。
优选地，所述低温烘烤的温度为150～280℃，低温烘烤的时间为6～10h。进一步优选，所述低温烘烤的温度为180～250℃，低温烘烤的时间为8h。
本发明的有益效果如下：
(1)采用本发明方法制备得到的板状刚玉砖与现有的无碳预制砖相比，不含CaO，原料的纯度都很高，在较宽的温度范围内(低温、中温、高温)都具有很高的强度和较好的体积稳定性，表现出良好的抗剥落性能，能够用作冶炼超低碳纯净钢的钢包工作衬材料，使用寿命长；
(2)本发明中不再使用金属Al粉作为增强剂和抗氧化剂，改用镁铝胶结剂代替有机物结合剂，并在原料用添加少量的镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉以及活性氧化硅超微粉，使制备得到的板状刚玉砖在室温～钢水温度范围内均具有很高的强度和致密度，从而具有良好的抗钢水冲刷性能和抗熔渣侵蚀性能；
(3)该板状刚玉砖工艺简单，上线烘烤时间短，能够有效降低钢厂工人的劳动强度，提高工人的劳动效率，提高钢包的周转速度，降低每吨钢的成本。
具体实施方式
实施例1
(1)将板状刚玉和镁砂混合均匀，然后依次加入镁铝胶结剂和水，最后加入由镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉以及活性氧化硅超微粉组成的混合粉，混合均匀，得到泥料；镁铝胶结剂在1050℃条件下的灼减重量<30％。
板状刚玉、镁砂、镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉、活性氧化硅超微粉、镁铝尖晶石以及水的重量份配比见表1；
(2)将泥料压制成型，在180～200℃条件下，烘烤8h，得到板状刚玉砖。
本实施例中板状刚玉的粒度级配为：8～5mm6wt％；5～3mm25wt％；3～1mm38wt％；1～0mm16wt％；-180目(即粒径≤0.088mm)15wt％；
电熔镁砂的粒度级配为：1～0mm60wt％；-180目40wt％；
镁铝尖晶石的粒度级配为：1～0mm50wt％；-180目50wt％；
表1
实施例2
采用与实施例1相同的制备方法，板状刚玉、镁砂、镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉、活性氧化硅超微粉、镁铝尖晶石以及水的重量份配比见表2。
表2
实施例3
采用与实施例1相同的制备方法，板状刚玉、镁砂、镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉、活性氧化硅超微粉、镁铝尖晶石以及水的重量份配比见表3。
表3
性能测试
实施例1～3的性能测试结果如表4所示。
表4
由表4可以看出，各实施例制备得到的板状刚玉砖具有较高的体积密度，在高温下的耐压强度非常高，同时，在高温下能够保持较小的残余线膨胀率。
Claims (10)
1.一种用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将板状刚玉砖的各原料混合均匀后，依次经压制成型、低温烘烤得到所述的板状刚玉砖；
板状刚玉砖的原料的重量份组成如下：
2.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述板状刚玉中Al2O3的质量分数≥98.5％，粒度级配为：
3.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述镁砂中MgO的质量分数≥96.5％，粒度级配为：
1～0mm 25～75wt％；
-180目 25～75wt％。
4.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述镁铝尖晶石中Al2O3的质量分数为66～90％，MgO和Al2O3的总的质量分数≥97％，粒度级配为：
1～0mm 15～85wt％；
-180目 15～85wt％。
5.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述活性氧化铝超微粉中Al2O3的质量分数≥98.5％，粒度D50≤5μm。
6.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述活性氧化硅超微粉中SiO2的质量分数≥94％，粒度D50≤1μm。
7.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述镁铝胶结剂中MgO和Al2O3的总的质量分数≥50％，粒度为-180目。
8.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，板状刚玉砖的原料的重量份组成如下：
9.如权利要求1所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，将板状刚玉砖的各原料混合时，首先将板状刚玉和镁砂混合均匀，然后依次加入镁铝胶结剂和水，最后加入由镁铝尖晶石、活性氧化铝超微粉以及活性氧化硅超微粉组成的混合粉，混合均匀。
10.如权利要求1～9任一所述的用于无碳钢包工作衬的板状刚玉砖的制备方法，其特征在于，所述低温烘烤的温度为150～280℃，低温烘烤的时间为6～10h。
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