CN104177108A - 连铸控流耐火材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连铸控流耐火材料及其应用，其包括如下重量份的组分：白刚玉24-30份，棕刚玉29-35份，电熔锆莫来石9-11份，氧化锆18-22份，活性氧化铝3-5份，鳞片石墨4-6份，碳化硅0.5-1.5份和结合剂5-7份；其保证了连铸控流耐火材料的高强度，高温耐侵蚀性、高温耐磨性、耐剥落性等要求，同时可进一步延长其控流时间。该连铸控流耐火材料特别是适合应用于长水口及其碗部、座砖及其碗部等连铸控流功能件。

Description

连铸控流耐火材料及其应用

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别公开一种连铸控流耐火材料及其应用。

背景技术

自20世纪60年代进入商业化以来，连铸工艺得取得了巨大的发展，今天约有80％的钢是用这种方法浇铸的。连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。连铸的工艺流程为：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。

为防止浇铸时钢水从钢包进入中间包发生二次氧化，采用了钢包长水口。大多数应用过程中，水口采用冷开浇方式，这意味着材料必须经受极端的热冲击工作条件，即温度瞬间从室温升到1560℃。钢包长水口的内孔壁还与高速流动的钢水接触，这就要求具有很高的抗钢水侵蚀性。连铸工艺要求材料具有高强度、耐高温冲击的性质，所以起初功能件是用熔融石英制造而成的。可是，熔融石英产品有很多局限性：主要问题是材料磨砂和温度高于900℃形成方英石，并且在铸造高锰钢时耐冲蚀性很差。

张圣鑫等在《新型钢包透气砖座砖的研制》公开一种钢包透气砖座砖，采用电熔刚玉、锆莫来石为骨料，加入适量的电熔刚玉细粉、3％的氧化铬细粉(还特别强调：当ZrO₂外加量为3％左右时，相变产生的微裂正好可以抑制裂纹的扩展；加入量过少，作用不明显，过多则在砖烧成的过程中产生大量的裂纹而减弱了抑制作用)，用加入量为5.3％的自制磷酸铝铬为结合剂，经160℃/24h干燥、1600℃/3hr高温烧成，可以大大提高制成的透气砖座砖的性能，尤其是制品的热震稳定性。但是其高温耐磨性、耐剥落性等表现相对较差，控流时间也相对较短，导致钢厂的生产成本相对较高。

专利CN102294470A公开了一种防堵式长水口碗部，其由以下重量份的材料构成：稳定氧化锆8份，电熔锆莫来石8-10份，板状刚玉10-30份，电熔白刚玉10-30份，鳞片石墨4-5份，轻烧氧化铝6份，碳化硅1份，金属镁粉0.5份，金属硅0.5份，镁铝尖晶石10份，轻质耐火粘土8-10份，液态树脂10-13份。其高温性能好、抗冲刷能力强，在长时间使用过程中不炸裂、不剥落、不会堵塞长水口的通孔，同时也不会影响防堵式长水口碗部和铝碳塞棒之间的密封性，因此使用的寿命比较长，控流时间长达20-22hr。

但是，连铸工艺的功能件价格昂贵，使用短时间就需要停浇、更换，则大大增加钢厂的生产成本。因此，市场仍急一款高温耐侵蚀性、高温耐磨性、耐剥落性等表现优异，同时控流时间可进一步延长的连铸控流耐火材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸控流耐火材料，其具有高强度，高温耐侵蚀性、高温耐磨性、耐剥落性等表现优异，同时可进一步延长其控流时间，进一步降低钢厂的生产成本。

本发明的又一目的在于提供一种连铸控流耐火材料在连铸工艺功能件中的应用。

本发明提供一种连铸控流耐火材料，包括如下重量份的组分：白刚玉24-30份，棕刚玉29-35份，电熔锆莫来石9-11份，氧化锆18-22份，活性氧化铝3-5份，鳞片石墨4-6份，碳化硅0.5-1.5份和结合剂5-7份。

优选的，所述的连铸控流耐火材料包括如下重量份的组分：白刚玉27-30份，棕刚玉29-32份，电熔锆莫来石10-11份，氧化锆20-22份，活性氧化铝4-5份，鳞片石墨4-6份，碳化硅0.5-1.5份和结合剂5-7份。

进一步优选的，所述的连铸控流耐火材料包括如下重量份的组分：白刚玉27份，棕刚玉32份，电熔锆莫来石10份，氧化锆20份，活性氧化铝4份，鳞片石墨5份，碳化硅1份和结合剂5-7份。

其中，白刚玉是人造磨料的一种，其化学成分视粒度大小而不同。白刚玉以工业氧化铝粉为原料，于电弧中经2000℃以上高温熔炼后冷却制成，经粉碎整形，磁选去铁，筛分成多种粒度，其质地致密、硬度高，粒形成尖角状，可用于制造高级耐火材料。

优选的，所述白刚玉中：Al₂O₃的含量≥99.3wt.％，K₂O+Na₂O的含量≤0.4wt.％，Fe₂O₃的含量≤0.2wt.％，磁性物的含量≤0.06wt.％，SiO₂的含量≤0.05wt.％。

优选的，所述白刚玉的颗粒直径为0.1-5mm，所述白刚玉的真密度≥3.3g/cm³。粒度过细会产生过烧现象，粒度过大不利于成品组分间的化学反应及晶格的形成。

其中，棕刚玉，俗名又称金刚砂，是用矾土、碳素材料、铁屑三种原料在电炉中经过融化还原而制得的棕褐色人造刚玉。棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低，耐腐蚀的特点，可用于制造高级耐火材料。

优选的，所述棕刚玉中：Al₂O₃的含量≥95wt.％，SiO₂的含量≤1wt.％，Fe₂O₃的含量≤0.2wt.％，TiO₂的含量≤3.2％。

优选的，所述棕刚玉的颗粒直径为3-5mm，所述棕刚玉的真密度≥3.8g/cm³。粒度过细会产生过烧现象，粒度过大不利于成品组分间的化学反应及晶格的形成。

本发明的连铸控流耐火材料以白刚玉、棕刚玉和电熔锆莫来石为骨料，且白刚玉和棕刚玉的比例控制在接近1:1的范围，加入高比例的氧化锆以提高其抗化学侵蚀、耐热震，并降低膨胀系数。

活性氧化铝具有多孔结构，高比表面积；其微孔表面具备吸附性能、表面活性、优良的热稳定性等特性。

添加的鳞片石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的热传导性、导电性、抗热震性，耐腐蚀性等。在非氧化条件下，片状石墨具有极高的耐火性：鳞片石墨可在耐火材料晶粒和碳结合剂间形成细密的“缓冲带”，可吸收热应力。由于其的不润湿特性，可阻止保护渣的侵入，故而能显著地提高连铸控流耐火材料的热震稳定性和抗渣侵蚀能力。

同时，为了防止鳞片石墨在使用过程中的氧化，一般均需外加复合添加剂。本发明的配方采用碳化硅作为预防鳞片石墨氧化的脱氧剂，同时作为铸铁晶体组织的改良剂。其次，碳化硅本身具有耐腐蚀、耐高温、高强度、导热性能良好、抗冲击性优异等特点。故而保证了连铸控流耐火材料的高强度，高温耐侵蚀性、高温耐磨性、耐剥落性等要求，同时可进一步延长其控流时间。

较佳的，所述结合剂为树脂结合剂。树脂结合剂是以树脂为粘结材料，以金属粉末、金属氧化物、普通磨料为填充物混制成结合剂。其结合强度高，树脂具有良好的成型性能，又有很好的韧性，且便于调整结构和性能。该类碳结合剂是在较低的温度(800-1000℃)下开发，在高于1600℃的温度下仍能保持稳定。由抗氧化剂和低温玻璃相联合体进行保护，它们形成一道致密屏障，可防止氧的侵入。

优选的，所述结合剂为酚醛树脂。酚醛树脂结合剂由酚醛树脂的初生核热分解而产生的，酚醛树脂的初生核产生相互连接的象碳素带的晶格，可使其强度更高。

本发明还提供上述的连铸控流耐火材料在长水口及其碗部、座砖及其碗部等连铸控流功能件中的应用。

本发明的有益效果有：本发明的连铸控流耐火材料以白刚玉、棕刚玉和电熔锆莫来石为骨料，且白刚玉和棕刚玉的比例控制在接近1:1的范围，加入高比例的氧化锆以提高其抗化学侵蚀、耐热震，并降低膨胀系数。再添加鳞片石墨、碳化硅和活性氧化铝，提高其热震稳定性和抗渣侵蚀能力，并保证了连铸控流耐火材料的高强度，高温耐侵蚀性、高温耐磨性、耐剥落性等要求，同时可进一步延长其控流时间；特别是适合应用于长水口及其碗部、座砖及其碗部等连铸控流功能件。

下面将结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的具体实施例和比较实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。具体实施例和比较实施例中没有详细叙述的部分是采用现有技术、公知技术手段和行业标准获得的。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数。

实施例1 上座砖碗部

按表1中实施例1的配方比例将原材料、粘合剂混合在一起制成批料；将批料喂入模具中，并压制成型制作上座砖碗部；脱模后进行干燥、硬化处理。

实施例2 上座砖碗部

该实施例的实施过程与实施例1基本相同，其配方的调整详见表1。

实施例3 长水口碗部

按表1中实施例3的配方比例将原材料、粘合剂混合在一起制成批料；将批料喂入模具中，并压制成型制作上座砖碗部；脱模后进行干燥、硬化处理。

实施例4 长水口碗部

该实施例的实施过程与实施例3基本相同，其配方的调整详见表1。

表1 连铸控流功能件的配方

比较例1 长水口碗部

将下述组分材料：稳定氧化锆8kg，电熔锆莫来石10kg，板状刚玉20kg，电熔白刚玉20kg，鳞片石墨5kg，轻烧氧化铝6kg，碳化硅1kg，金属镁粉0.5kg，金属硅0.5kg，镁铝尖晶石10kg，轻质耐火粘土10kg混合均匀后，加入液态酚醛树脂13kg并搅拌均匀；并将混合料放入模具中利用压机压制成型，并将成型的长水口碗部进行干燥、硬化处理。

比较例2 钢包透气砖座砖

采用电熔刚玉、锆莫来石为骨料，加入适量的电熔刚玉细粉、氧化铬细粉，外加一定量的氧化锆细粉，用自制磷酸铝铬为结合剂，制作钢包透气砖座转。具体的配方为：电熔刚玉：5-3mm的占22.5％，3-1mm的占10％，1-0mm的占15％，<0.088mm的占27.5％；锆莫来石(2.5-0.5mm)20％；氧化铬(<0.088mm)5％。混合料在200t液压机上成型，成型压力为90t，成型试样的规格为φ50mm×50mm、160mm×40mm×40mm，并对制品进行了烘干、烧结。

比较例3 上座砖碗部

该比较例的实施过程与实施例2基本相同，其配方的调整详见表1。

比较例4 长水口碗部

该比较例的实施过程与实施例4基本相同，其配方的调整详见表1。

表2还给出了实施例1至4和比较例1至4的方法制得的连铸控流功能件的性能测试结果。

表2 连铸控流功能件的性能测试结果

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种连铸控流耐火材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：白刚玉24-30份，棕刚玉29-35份，电熔锆莫来石9-11份，氧化锆18-22份，活性氧化铝3-5份，鳞片石墨4-6份，碳化硅0.5-1.5份和结合剂5-7份。

2.根据权利要求1所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：白刚玉27-30份，棕刚玉29-32份，电熔锆莫来石10-11份，氧化锆20-22份，活性氧化铝4-5份，鳞片石墨4-6份，碳化硅0.5-1.5份和结合剂5-7份。

3.根据权利要求1所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：白刚玉27份，棕刚玉32份，电熔锆莫来石10份，氧化锆20份，活性氧化铝4份，鳞片石墨5份，碳化硅1份和结合剂5-7份。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述白刚玉中：Al₂O₃的含量≥99.3wt.%，K₂O+Na₂O的含量≤0.4 wt.%，Fe₂O₃的含量≤0.2 wt.%，磁性物的含量≤0.06 wt.%，SiO₂的含量≤0.05 wt.%。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述白刚玉的颗粒直径为 0.1-5mm，所述白刚玉的真密度≥3.3g/cm³。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述棕刚玉中：Al₂O₃的含量≥95wt.%，SiO₂的含量≤1 wt.%，Fe₂O₃的含量≤0.2 wt.%，TiO₂的含量≤3.2%。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述棕刚玉的颗粒直径为 3-5mm，所述棕刚玉的真密度≥3.8g/cm³。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述结合剂为树脂结合剂。

9.根据权利要求8所述的连铸控流耐火材料，其特征在于：所述结合剂为酚醛树脂。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的连铸控流耐火材料在连铸控流功能件中的应用。