CN104084574A - 一种新型环保型中间包工作衬及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型环保型中间包工作衬及其成型方法，该新型环保型中间包工作衬采用了新的环保型干式料，其包括镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂；其中所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂的重量份数比为80～93：2～5：2～4：0.05～0.3：0.4～0.7。本发明的环保型干式料采用铝硅凝胶材料作结合剂，避免了目前市场上无机盐结合环保干式料采用大量的低熔点物质而影响了产品的使用寿命。铝硅凝胶材料在少量水存在的情况下，可以使采用本发明的环保型干式料的环保型中间包工作衬的抗折强度(110℃×24h)保持在6MPa以上,耐压强度(110℃×24h)大于10MPa。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域，具体涉及一种环保型干式料以及使用该环保型干式料的新型环保型中间包工作衬及其成型方法。
背景技术
为了适应高效连铸的发展。国内莱钢炼钢厂率先开发了连铸中间包定径水口快速更换与中包长寿技术，由此中间包对其工作衬使用寿命提出了更高的要求，干式料于20世纪90年代末应运而生，现正逐步取代涂料。干式料一出现就显示出了强大的优势，它把绝热板和涂料的优点结合起来，相对绝热板和涂料有以下优点：由于它属非水系材料。采用机械振动施工，施工方便；施工完后即可上线使用，加快了中间包的周转；使用寿命长(寿命是涂料2～4倍)，降低吨钢耐火材料成本；残衬解体性好，脱包容易；工作衬在浇钢过程中逐步烧结且烧结层薄，永久衬不会挂钢挂渣，利于永久衬寿命的提高。干式料具有上述优越的性能，其使用实现了以下目标：连浇时间延长，永久衬寿命延长；中间包热效率提高；中间包周转加快；渣壳清除率提高；中间包容量稳定；能耗需求量减少；出钢温度降低。钢材质量提高；设备维护少、复杂程度降低。但传统干式料由于使用酚醛树脂作为结合剂，施工、烘工和使用过程中产生有毒烟雾，在使用过程中钢水发生增碳现象。
专利CN200910095277.6提供了一种环保型干式料，该环保型干式料采用无机盐结合或天然有机物，不引入碳，因此不会引起钢水增碳，有利于高级品种钢的冶炼，且环境友好，所以受到用户好评，市场上已逐步推广开来。但是只采用无机盐的干式料强度低，且其引入一定量的低熔点物，因此使用寿命不会高。而无机盐结合或天然有机物复合的环保型干式料，虽说有毒烟雾不产生，但产生烟排放还是明显的，同时浪费很多糖类等天然有机物资源。
发明内容
鉴于上述不足，本发明的目的是提供一种新的环保型干式料和新型环保型中间包工作衬及其成型方法。
本发明的技术方案如下：
一种环保型干式料，包括镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂；其中所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂的重量份数比为80～93：2～5：2～4：0.05～0.3：0.4～0.7。
其中，所述环保型干式料还包括抗爆裂剂，所述抗爆裂剂与所述镁砂的重量份数比为0.4～0.7：80～93。
其中，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为84～92：3～5：2.5～3.5：0.05～0.2：0.4～0.6：0.4～0.6。
其中，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为91.9:4:3:0.1:0.5:0.5。
其中，所述凝胶粉为α－Al2O3或铝硅凝胶粉的一种或两种的混合物。
其中，所述抗爆裂剂为铝粉或防爆纤维中的一种或两种的混合物。
其中，所述镁砂由多种不同粒径的镁砂组成。
其中，所述保水剂为甘油或吐温-80。
本发明还提供一种新型环保型中间包工作衬，由上述的环保型干式料制备而成。
其中，所述新型环保型中间包工作衬的表面覆盖一层水玻璃涂层。
上述新型环保型中间包工作衬的成型方法，包括如下步骤：
(1)按上述配比配制所述环保型干式料；
(2)在步骤(1)得到的环保型干式料中加入一定量的水并搅拌均匀得到半湿料；加入的水量为所述环保型干式料的重量的3％～6％；
(3)将步骤(2)得到的半湿料在中间包的包底平铺一层，然后对平铺在包底的所述半湿料进行捣打处理；
(4)放置中间包胎膜，然后继续添加步骤(2)中得到的半湿料并对所述半湿料进行振动处理和捣打处理；直至所述半湿料的高度与所述中间包的上端面平齐，得到第一成型物；
(5)对所述第一成型物进行补料和捣打处理直至半湿料的高度与所述中间包的高度完全平齐得到第二成型物；
(6)对所述第二成型物进行脱模处理即可得到所述新型环保型中间包工作衬。
其中，在所述脱模处理之后还包括加固处理，所述加固处理是采用所述环保型干式料和水的混合物对所述新型环保型中间包工作衬上的残缺部位进行修补。
其中，在所述脱模处理或所述加固处理之后还包括喷涂处理，所述喷涂处理是在所述新型环保型中间包工作衬的表面喷涂一层水玻璃溶液。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的环保型干式料采用铝硅凝胶材料作结合剂。避免了目前市场上无机盐结合环保干式料采用大量的低熔点物质而影响了产品的使用寿命。铝硅凝胶材料在少量水存在的情况下，可以使采用本发明的环保型干式料的环保型中间包工作衬的抗折强度(110℃×24h)保持在6MPa以上,耐压强度(110℃×24h)大于10MPa。
(2)本发明的新型环保型中间包工作衬的成型方法采用半干法振动捣打的工艺设计，拓宽了镁质干式料的结合剂材料的选择范围。在传统干式料中，酚醛树脂和糖类等天然有机物的结合原理为加热软化，加热分解聚合硬化产生强度，而含结晶水的无机盐则是加热脱水再胶结硬化产生强度。传统干法成型中，以往的超微粉、水泥、凝胶等结合体系由于需要水作介质均无法运用。本发明的成型方法采用了无机结合体系，无需运用有机类结合剂。
(3)本发明的新型环保型干式料中含有少量的高效有机上浆剂CMC，实现了半干式料层振动捣打成型后即刻脱模。CMC的用水量少，但产生的湿态粘性强度却比较大，因此脱模后、吊运至烘烤平台前的过程中料层不会发生塌落现象。
(4)本发明从材料和施工方法两方面入手来解决环保型干式料的使用寿命问题。本发明选择凝胶材料作为结合剂同时结合半干法成型的成型方式，本发明所采用的结合剂的强度高，再者本发明没有使用低熔点物质，提高了干式料耐火度等高温性能指标，干式料的使用寿命长。同时由于成型过程中烘干挥发物只是辅助凝胶材料结合的水，真正做到无烟无味，并且本发明的环保型干式料中不含碳，不会发生增碳现象。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种环保型干式料，其包括镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素(CMC)和保水剂；其中所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂的重量份数比为80～93：2～5：2～4：0.05～0.3：0.4～0.7。
硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，是由天然石英或熔融石英经破碎、球磨、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉，或者硅微粉的另一来源是大工业冶炼中的副产物，一般的铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。凝胶粉是白色或类白色细腻粉末，其由动物皮、骨熬煮后加酸抽胶，浓缩，干燥而成，其成份80％左右为蛋白质，不含碳水化合物和脂肪。凝胶粉能够填充到镁砂的骨料间隙以及大颗粒粉体粒子之间所残留的空隙中，并且其在大颗粒之间起润滑剂的作用，可以最大程度的减少浇注料的松散现象，可以减少加水量。本实施例采用了铝硅凝胶材料作结合剂，避免了目前市场上无机盐结合环保干式料由于引入大量的低熔点物质而影响了产品的使用寿命。铝硅凝胶材料在少量水存在的情况下，使新型无碳环保中间工作衬料抗折强度(110℃×24h)保持在6MPa以上,耐压强度(110℃×24h)大于10MPa。
CMC是一种高效有机上浆剂。CMC的加入能够实现半干式料层振动捣打成型后即刻脱模。很少量的CMC的需用水量少，但产生的湿态粘性强度却比较大，足以避免内模脱去后、吊运至烘烤平台前的过程中料层发生塌落现象。同时一般的镁质材料在少量水(3－6％)搅拌至成型完成这段时间存在水分挥发现象，导致中间包工作衬料成型后胶凝结合系统不能产生足够的强度，本实施例采用少量保水剂就可以解决这个问题，确保足够的施工时间与料层强度。
较佳的，作为一种可实施方式，环保型干式料还包括抗爆裂剂，所述抗爆裂剂与所述镁砂的重量份数比为0.4～0.7：80～93。加入抗爆裂剂能够使本发明的环保型干式料具有良好的防爆性能。
较佳的，作为一种可实施方式，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为84～92：3～5：2.5～3.5：0.05～0.2：0.4～0.6：0.4～0.7。
较佳的，作为一种可实施方式，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为91.9:4:3:0.1:0.5:0.5。
较佳的，作为一种可实施方式，所述凝胶粉为α－Al2O3(活性氧化铝)或铝硅凝胶粉的一种或两种的混合物。活性氧化铝是经过充分细磨、以原晶尺寸小于1μm的α－Al2O3为基本组成(20％～90％)的煅烧氧化铝。铝硅凝胶粉是二氧化硅和α－Al2O3的混合物。
较佳的，作为一种可实施方式，所述抗爆裂剂为铝粉或防爆纤维中的一种或两种的混合物。
较佳的，作为一种可实施方式，所述镁砂由多种不同粒径的镁砂组成。本实施例中的镁砂包括粒径为5～3mm镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径小于1mm的镁砂以及粒径为200目的镁砂。其中粒径为5～3mm镁砂、粒径为3～1mm的镁砂、粒径小于1mm的镁砂以及粒径为200目的镁砂的重量份数比为15～25:20～30:15～25:20～25。
本发明还提供一种新型环保型中间包工作衬，其由上述任意实施例的环保型干式料制备而成。
较佳的，作为一种可实施方式，所述新型环保型中间包工作衬的表面覆盖一层水玻璃涂层。
上述新型环保型中间包工作衬的成型方法，包括如下步骤：
(1)按上述配比配制所述环保型干式料；
(2)在步骤(1)得到的环保型中间包干式料中加入一定量的水并搅拌均匀得到半湿料；加入的水量为所述环保型中间包干式料的重量的3％～6％；
(3)将步骤(2)得到的半湿料在中间包的包底平铺一层，然后对所述半湿料进行捣打处理；
(4)放置中间包胎膜，然后继续添加步骤(2)中得到的半湿料并对所述半湿料进行振动处理和捣打处理；直至所述半湿料的高度与所述中间包的上端面平齐；得到第一成型物；
(5)对所述第一成型物进行补料和捣打处理直至半湿料的高度与所述中间包的高度完全平齐得到第二成型物；
(6)对所述第二成型物进行脱模处理即可得到所述环保型中间包工作衬。
较佳的，作为一种可实施方式，在所述脱模处理之后还包括加固处理，所述加固处理是采用环保型中间包干式料和水的混合物对环保型中间包工作衬上的残缺部位进行修补。
较佳的，作为一种可实施方式，在所述脱模处理或所述加固处理之后还包括喷涂处理，所述喷涂处理是在所述新型环保型中间包工作衬的表面喷涂一层水玻璃溶液。进行喷涂处理后，加强了工作衬的表面强度，而且由于仅喷在工作衬的表面，只影响了表面材料的耐火度，不会影响整个工作衬的高温性能。
较佳的，作为一种可实施方式，在浇钢使用之前还包括对上述新型环保型中间包工作衬的烘烤处理。烘烤处理的参数一般为首先在低于300℃的条件下烘烤并保温10～20分钟，接下来在300～700℃之间烘烤并保温40～50分钟，然后在700℃左右保温15分钟，之后在700～900℃之间烘烤保温20～30分钟，之后在900℃保温10分钟，最后在900～1100℃烘烤并保温15分钟即可。
以下通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。实施例中所用的原料和设备均为市售。
实施例一
环保型干式料的组成和质量份数：
镁砂(粒径为5～3mm)80，硅微粉2，α-Al2O34，CMC0.05，甘油0.4。
新型环保型中间包工作衬的成型方法，包括如下步骤：
(1)按上述配比配制环保型干式料；
(2)在步骤(1)得到的环保型干式料中加入一定量的水并搅拌均匀；加入的水量为所述环保型干式料的重量的3％；
(3)将步骤(2)得到的半湿料在中间包的包底平铺一层，然后对平铺在包底的所述半湿料进行捣打处理；本实施例中的捣打处理用小型筑路用振动机进行捣打；
(4)对包底的半湿料捣打一遍后放置中间包胎膜，然后继续添加步骤(2)中得到的半湿料至中间包高度的1/2(中间包料层高度大时可以加料至1/3处)后，开启胎膜振动机振动2～5分钟，再用气锤式振动机沿胎膜捣打一次；接下来再加料至中间包的上端水平位置，同样开启胎膜振动机振动2～5分钟并用气锤式振动机沿胎膜捣打，得到第一成型物；本实施例中加料步骤分段进行，加料之后进行捣打处理；
(5)对所述第一成型物进行补料和捣打处理直至半湿料的高度与所述中间包的高度完全平齐得到第二成型物；此时振动捣打成型步骤完成；
(6)对所述第二成型物进行脱模处理即可得到所述环保型中间包工作衬。在振动捣打成型步骤完成后10～15分钟后用吊车轻吊中间包胎膜，使中间包胎膜与半干式料层分离；
(7)加固处理：脱模时不小心碰坏的小块料层，用加入8％～12％的水的环保型干式料对步骤(6)得到的环保型中间包工作衬进行修补平整处理；
(8)喷涂处理：在脱模和加固后的料层表面喷涂一层水玻璃溶液，其中水玻璃溶液中水玻璃和水的质量份数比为1:2。水玻璃溶液的厚度为1cm至2cm。
实施例二
环保型干式料的组成和质量份数：
镁砂(粒径为5～3mm)93，硅微粉5，铝硅凝胶粉2，CMC0.3，吐温-800.7。
新型环保型中间包工作衬的成型方法和实施例一相同。其中不同之处在于步骤(2)中水的加入量为6％。
实施例三
环保型干式料的组成和质量份数：
镁砂84，硅微粉3，凝胶粉2.5，CMC0.1，吐温-80 0.5，抗爆裂剂0.7。其中镁砂由15质量份的粒径为5～3mm的镁砂、20质量份的粒径为3～1mm的镁砂、15质量份的粒径小于1mm的镁砂以及20质量份的粒径为200目的镁砂组成。且凝胶粉为α－Al2O3和铝硅凝胶粉的混合物，其中α－Al2O3和铝硅凝胶粉可以为任意比例。抗爆裂剂为铝粉和防爆纤维的混合物，铝粉和防爆纤维的比例可以为任意比例。
新型环保型中间包工作衬的成型方法和实施例一相同。
实施例四
环保型干式料的组成和质量份数：
镁砂91.9，硅微粉4，铝硅凝胶粉3，CMC0.1，甘油0.5，铝粉0.5。其中镁砂由20质量份的粒径为5～3mm的镁砂、25质量份的粒径为3～1mm的镁砂、25质量份的粒径小于1mm的镁砂以及21.9质量份的粒径为200目的镁砂组成。
新型环保型中间包工作衬的成型方法和实施例一相同。
实施例五
环保型干式料的组成和质量份数：
镁砂92，硅微粉4，铝硅凝胶粉3.5，CMC0.2，甘油0.6，防爆纤维0.6。其中镁砂由25质量份的粒径为5～3mm的镁砂、30质量份的粒径为3～1mm的镁砂、20质量份的粒径小于1mm的镁砂以及25质量份的粒径为200目的镁砂组成。
新型环保型中间包工作衬的成型方法和实施例一相同。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (13)
1. 一种环保型干式料，其特征在于，包括镁砂 、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂；其中所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素和保水剂的重量份数比为80~93：2~5：2~4：0.05~0.3：0.4~0.7。
2.根据权利要求1所述的环保型干式料，其特征在于，所述环保型干式料还包括抗爆裂剂，所述抗爆裂剂与所述镁砂的重量份数比为0.4~0.7：80~93。
3.根据权利要求2所述的环保型干式料，其特征在于，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为84~92：3~5：2.5~3.5：0.05~0.2：0.4~0.6：0.4~0.6。
4.根据权利要求3所述的环保型干式料，其特征在于，所述镁砂、硅微粉、凝胶粉、羧甲基纤维素、保水剂和抗爆裂剂的重量份数比为91.9:4:3:0.1:0.5:0.5。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的环保型干式料，其特征在于，所述凝胶粉为α－Al2O3或铝硅凝胶粉的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求5所述的环保型干式料，其特征在于，所述抗爆裂剂为铝粉或防爆纤维中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求5所述的环保型干式料，其特征在于，所述镁砂由多种不同粒径的镁砂组成。
8.根据权利要求5所述的环保型干式料，其特征在于，所述保水剂为甘油或吐温-80。
9.一种新型环保型中间包工作衬，其特征在于，由权利要求1至8任意一项所述的环保型干式料制备而成。
10.根据权利要求9所述的新型环保型中间包工作衬，其特征在于，所述新型环保型中间包工作衬的表面覆盖一层水玻璃涂层。
11.一种新型环保型中间包工作衬的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按上述配比配制所述环保型干式料；
（2）在步骤（1）得到的环保型干式料中加入一定量的水并搅拌均匀得到半湿料；加入的水量为所述环保型干式料的重量的3%~6%；
（3）将步骤（2）得到的半湿料在中间包的包底平铺一层，然后对平铺在包底的所述半湿料进行捣打处理；
（4）放置中间包胎膜，然后继续添加步骤（2）中得到的半湿料并对所述半湿料进行振动处理和捣打处理；直至所述半湿料的高度与所述中间包的上端面平齐，得到第一成型物；
（5）对所述第一成型物进行补料和捣打处理直至半湿料的高度与所述中间包的高度完全平齐得到第二成型物；
（6）对所述第二成型物进行脱模处理即可得到所述新型环保型中间包工作衬。
12. 根据权利要求11所述的新型环保型中间包工作衬的成型方法，其特征在于，在所述脱模处理之后还包括加固处理，所述加固处理是采用所述环保型干式料和水的混合物对所述新型环保型中间包工作衬上的残缺部位进行修补。
13.根据权利要求11或12所述的新型环保型中间包工作衬的成型方法，其特征在于，在所述脱模处理或所述加固处理之后还包括喷涂处理，所述喷涂处理是在所述新型环保型中间包工作衬的表面喷涂一层水玻璃溶液。
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