CN104016691B - 一种用于rh真空精炼炉的镁尖晶石砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖及其制备方法，其中，镁尖晶石砖中各成分的重量百分数为：MgO80～90％；Al₂O₃6～10％；C1～5％；其它0～5％。制备方法包括以下步骤：将镁尖晶石砖的各原料混合后，经模压干燥而成；所述镁尖晶石砖的原料的重量份组成为：镁铝尖晶石A75～85；镁铝尖晶石B10～15；酚醛树脂2.5～3；石墨0～3；铝镁合金粉3～4。本发明提供的用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖，制备方法简单，省却了烧结的过程，且制备得到的镁尖晶石砖中不含铬，环境污染小。

Description

一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖及其制备方法。

背景技术

RH真空精炼炉是一种炉外精炼设备，对于冶炼品种钢具有较好的性价比，因此，得到了广泛使用和推广。

RH真空槽(RH真空精炼炉的内部)用耐火材料，在使用过程中要受到钢水的剧烈冲刷和高温辐射、钢渣的侵蚀熔损、冷热交替的应力损坏等影响，因此，需要为RH真空槽选择合适的内衬材料，经过长期的优化选择，烧成镁铬砖成为主流内衬材料，目前仍在使用。

现有技术中对于烧成镁铬砖的制备方法已有报道，例如，授权公告号为CN102731121B的发明公开了一种RH精炼炉浸渍管与有色冶炼炉用高性能镁铝铬复合尖晶石砖，其由如下原料、配比组成：低铬电熔镁铬砂(Cr₂O₃6～8％，MgO≥78％)，14.0～20.0份；高纯度电熔镁砂，71.6～82.0份；纳米级Cr₂O₃粉体，2.0～4.4份；uf-Al2O3微粉，2.0～4.0份；结合剂2～4份。经混炼、成型、干燥、烧成等工序。

该发明中制备得到的镁铝铬复合尖晶石砖中Cr₂O₃≤6％，在碱性条件下高温使用过程中，以及用后处理镁铝铬复合尖晶石砖的过程中均会产生Cr⁶⁺离子，Cr⁶⁺离子会溶解在水里，对人体和环境造成危害，不利于环保。更进一步地，由于原料中使用了Cr₂O₃，因此，在生产镁铝铬砖的环节中也会产生Cr⁶⁺离子，这些Cr⁶⁺离子都有可能造成环境污染。

由于近年来环境问题的日益突出，用于RH真空精炼炉的无铬化耐火材料的研究越来越受到重视，但是因为RH真空精炼炉的使用环境稳定较高，耐火材料的研发难度较大，故大多数研究工作处在实验室或工业初试阶段。

目前已经开发的材料体系基本都以碱性或偏碱性为主，中性或偏酸性的材料被证明不适合，而碱性或偏碱性材料基本都是镁质材料的改性产品，技术比较成熟的是镁尖晶石砖。

由于现有文献报道的镁尖晶石砖都是高温烧成品，生产过程能耗大，成本高，不利于推广，并且为了促进烧结，这些材料中都加入了不同含量的各种烧结剂，加入的促烧结剂都不同程度的降低了材料的高温性能，同时也降低了材料的性价比。

发明内容

本发明提供了一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖及其制备方法，制备方法简单，省却了烧结的过程，且制备得到的镁尖晶石砖中不含铬，环境污染小。

一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖，所述镁尖晶石砖中各成分的重量百分数为：

在镁尖晶石砖的制备过程中，原料中可能会含有微量元素，因此，在最终制备得到的镁尖晶石砖中也会含有少量的微量元素，这些微量元素即构成镁尖晶石砖的中的其它，这些微量元素主要为SiO₂，Fe₂O₃，CaO，Na₂O以及各种助剂的残留成分等。

进一步优选，所述镁尖晶石砖中各成分的重量百分数为：

本发明提供的镁尖晶石砖的显气孔率≤9％，在1100℃下的热震稳定次数≥4次，渣蚀指数≤60％，性能优于现有技术中的镁尖晶石砖，且在实际的工业炉上使用，变质层≤5mm，熔损速率小于镁铬砖，使用效果较好。

本发明还提供了一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，用于制备所述的镁尖晶石砖。

一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：

将镁尖晶石砖的各原料混合后，经模压干燥而成；

所述镁尖晶石砖的原料的重量份组成为：

其中，镁铝尖晶石A的粒度级配为：

镁铝尖晶石B的颗粒中位径≤5um；

镁铝尖晶石A和镁铝尖晶石B的成分相同，其主要成分均为：

MgO88～91wt％；

Al₂O₃8～10wt％；

且MgO和Al₂O₃的重量百分数之和≥98％。

本发明提供的镁尖晶石砖为干燥后即可使用的不烧镁尖晶石砖，不是通过烧结来完善镁尖晶石砖的内部结构，而是通过后续使用过程中的高温来实现镁尖晶石砖的内部烧结，完善镁尖晶石砖的内部结构发育，使镁尖晶石砖的结构稳定，降低了制备过程中的能耗。

镁铝尖晶石A中的MgO以及Al₂O₃的重量百分数以镁铝尖晶石A的重量计，例如，若镁铝尖晶石A的重量为100kg，则MgO的重量为88～91kg，MgO和Al₂O₃的重量之和≥98kg，镁铝尖晶石B同理。

镁铝尖晶石A的粒度级配为：

本申请中所述粒度级配中的百分数是指重量百分数，例如：3～1mm40wt％是指：若镁铝尖晶石A的总重量为100kg，则3～1mm粒度的镁铝尖晶石A的重量为40kg。

在制备镁铝尖晶石砖的原料中适量添加石墨能够改善镁铝尖晶石砖的性能，纯净石墨的熔点为3850℃，耐火度非常好，化学稳定性高，能耐酸碱盐以及有机物的侵蚀，热震稳定性好，石墨的碳成分能够渗透到砖体中的颗粒空隙以及空隙之间，形成脉状网络碳链结构，从而降低镁铝尖晶石砖的显气孔率，提升镁铝尖晶石砖的高温强度，但是石墨的加入量过多，会影响镁铝尖晶石砖的抗氧化性能，也不适用于炼制低碳钢的场合。

石墨的粒径越小，则分散性越好，最终得到的镁尖晶石砖的抗渣性也越好，优选地，石墨的粒径为≤1000目。

原料中使用的镁铝尖晶石B的中位径≤5um，也即为镁铝尖晶石的微粉，可以利用镁铝尖晶石A研磨而成，通过加入镁铝尖晶石B，能够填补大颗粒的镁铝尖晶石A的空隙，提高成品砖的体积密度，同时，镁铝尖晶石B也能改善成品砖的烧结性能，减弱高温时的体积膨胀。

耐火材料领域中，酚醛树脂为常用的结合剂，铝镁合金粉为常用的抗氧化剂，铝镁合金粉中铝和镁的重量份各占一半。

优选地，所述镁铝尖晶石A和镁铝尖晶石B均由电熔法制备得到。

电熔法制备得到的镁铝尖晶石中，以方镁石和尖晶石为主要矿相，方镁石中的主要成分MgO的耐火度达到2800℃，是性能优异的耐火材料，对碱性渣具有很好的抗蚀作用，但是MgO的高温膨胀系数大，弹性模量值大，导致其热震性能差；尖晶石同时具有良好的耐火度，优异的热震稳定性以及优良的抗渣渗透性，故以方镁石为主要矿相，以尖晶石为结合相的镁尖晶石砖耐火材料，综合了方镁石和尖晶石的优点，具有较高的耐火度，较好的热震稳定性以及较好的抗碱性渣的熔损性能。

原料中各种组分相互之间具有协同作用，首先就粒径而言，镁铝尖晶石A、镁铝尖晶石B、石墨以及铝镁合金粉之间，需要具有合理的粒径分配，以最大程度地减小颗粒间的孔隙，降低成品砖的显气孔率，增加体积密度；其次，原料中的Al₂O₃与MgO的比例会影响最终的镁尖晶石砖中的晶相结构，进而对显气孔率以及体积密度产生影响；最后，为平衡镁尖晶石砖的各项性能，石墨以及镁铝尖晶石B的加入量不应过多，石墨加入过多可能导致抗氧化性能降低，镁铝尖晶石B加入过多可能导致强度降低。

为了使镁尖晶石砖具有更加优异的性能，进一步优选，所述镁尖晶石砖的原料的重量份组成为：

本发明提供的制备方法不需要高温烧成，在较低的干燥温度下干燥即可，优选地，干燥温度为180～200℃。干燥时间为4～6h。

为了各原料混合后具有更均匀的分布，优选地，将镁尖晶石砖的各原料混合时，先将粒径为1～0mm以上大小的颗粒混合均匀，然后将得到的混合物依次与酚醛树脂、其余组分混匀。即将得到的混合物先与酚醛树脂混合均匀，然后再将混有酚醛树脂的混合物与其余组分混匀。

本发明采用预先合成的电熔镁铝尖晶石A为主要原料，一方面添加电熔镁铝尖晶石微粉，利用电熔镁铝尖晶石微粉的活性，提高成品砖的致密度以及成品砖在使用过程中的烧结性能，防止成品砖因高温体积膨胀大而导致开裂，避免材料组分偏析进而影响性能；另一方面添加石墨，利用石墨防止碱性钢渣的侵蚀和渗透，增大成品砖的导热性能，减少热应力的产生以及成品砖的热剥落和结构剥落。

本发明提供的镁尖晶石砖经低温干燥，即可达到或超过烧成镁铬砖的使用效果，由于不需要高温烧成，能够实现节能降耗，绿色环保生产。

具体实施方式

实施例1～3

各实施例中的镁尖晶石砖的制备方法如下：

(1)将镁尖晶石砖原料中粒径为1～0mm以上大小的颗粒混合搅拌2min；

(2)将步骤(1)中得到的混合物与酚醛树脂混合搅拌5min；

(3)将步骤(2)中混有酚醛树脂的混合物与其余组分混合搅拌10min；

(4)将步骤(3)的最终产物在220℃条件下，干燥5h，得到镁尖晶石砖。

镁尖晶石砖的原料的重量份组成如表1所示，表1中的粒径均为平均粒径。

表1

各实施例制备得到的镁尖晶石砖的性能测试结果见表2，表2中的对比例1的制备方法如下：

将15份5～3mm粒径的电熔镁铝尖晶石A、30份3～1mm粒径的电熔镁铝尖晶石A、12份-2um电熔镁铝尖晶石B、1份-1250目石墨、在搅拌机中混合2min，然后加入2.5份酚醛树脂搅拌5min，最后加入3份-180目镁铝合金粉、30份1～0mm粒径的电熔镁铝尖晶石A、5份-0.088mm电熔镁铝尖晶石A、搅拌10min，所得混合物模压成型后，在220℃条件下，干燥5h，得到镁尖晶石砖。

表2

表2中的渣蚀指数测试采用静态坩埚抗渣实验，采用的钢渣成分为：CaO45.10％；MgO6.70％；Al₂O₃7.60％；SiO₂11.15％；FeO10.80％。

从表2的性能指标可以看出，本发明生产的镁尖晶石砖性能优于烧成镁铬砖，完全能适应RH精炼炉的工况要求，且采用本发明生产的镁尖晶石砖在实际工业炉上使用，变质层≤5mm，熔损速率小于烧成镁铬砖，使用效果好于烧成镁尖晶石砖。

Claims (4)

1.一种用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将镁尖晶石砖的各原料混合后，经模压干燥而成；

所述镁尖晶石砖的原料的重量份组成为：

其中，镁铝尖晶石A的粒度级配为：

镁铝尖晶石B的颗粒中位径≤5um；

镁铝尖晶石A和镁铝尖晶石B的成分相同，其主要成分均为：

MgO88～91wt％；

Al₂O₃8～10wt％；

且MgO和Al₂O₃的重量百分数之和≥98％。

2.如权利要求1所述的用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，其特征在于，所述镁铝尖晶石A和镁铝尖晶石B均由电熔法制备得到。

3.如权利要求1所述的用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，其特征在于，干燥温度为180～200℃。

4.如权利要求3所述的用于RH真空精炼炉的镁尖晶石砖的制备方法，其特征在于，干燥时间为4～6h。