CN104311078B - 一种精炼钢包渣线工作层用浇注料、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐火材料领域，特别涉及一种精炼钢包渣线工作层用浇注料、制备方法及应用。本发明的一种精炼钢包渣线工作层用浇注料，按质量份，包括骨料、基质粉料以及纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂。本发明耐火浇注料的抗渣渗透和侵蚀性能与砖砌镁碳砖相当，但基质与骨料结合强度更高，整体性更强，具有优良的耐冲刷性与抗热震性，适用于渣线部位的整体浇注，进而实现精炼钢包包底、包壁和渣线部位全部浇注，大大缩短了施工时间，节省了劳动力，一次使用后实行整体套补，可减少大量耐材消耗。

Description

一种精炼钢包渣线工作层用浇注料、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，特别涉及一种精炼钢包渣线工作层用浇注料、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，耐火材料技术发展的主要趋势是整体材料或不定形耐火材料的不断增加，特别是耐火浇注料的使用，其在许多国家浇注料的产量已占耐火材料总产量的一半以上。钢包工作层耐火浇注料因其具有对钢水不增碳、无污染、施工简洁高效、优良的保温效果以及连续套浇带来的材料消耗和生产成本的降低等优势，所以采用耐火浇注料对钢包整体浇注成为耐材技术发展的重要方向。

目前，整体浇注料在非精炼钢包的包底、包壁和渣线上的使用已经非常成熟，但在精炼钢包中，渣线部位因其特殊的使用条件砌筑镁碳砖仍然是唯一的选择。从炼钢精炼技术角度出发，采用二次精炼生产超洁净钢，减少钢中夹杂，提高钢的品种和质量是大势所趋，但渣线镁碳砖的使用成为钢水增碳和保温的瓶颈。

经检索发现，CN101397212B的专利提供了一种纳米复合氧化物陶瓷结合铝-尖晶石耐火浇注料及其制造方法。其配料组成是采用各种不同粒级的特级矾土熟料、棕刚玉或亚白刚玉、白刚玉或板状刚玉、铝镁尖晶石为骨料；以白刚玉或板状刚玉、铝镁尖晶石粉、烧结MgO、电熔MgO、煅烧α-Al₂O₃超细粉、活性氧化铝超微粉、纯铝酸钙水泥、硅灰和纳米氢氧化物胶体悬浮液结合剂。将上述配料经混合搅拌制成纳米Al₂O₃-MgO复合陶瓷结合铝-尖晶石耐火浇注料。

但是该浇注料主要是使用在钢包的包壁和包底等使用条件并不苛刻的位置，精炼钢包渣线工作层用浇注料仍为一项技术空白，本发明提供了一种可以代替镁碳砖使用在精炼钢包渣线部位的浇注料。通过在渣线部位引入浇注料，使精炼钢包从包底、包壁到渣线实现全面整体浇注，该工艺使钢包用耐材的施工工艺大大简化，耐材的综合成本大大降低、使钢包在保温效果、钢水质量方面得到极大提升，对钢铁冶炼尤其是品种钢的冶炼意义重大，是钢包工作层用耐材的一次重大变革，具有划时代的意义。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种精炼钢包渣线工作层用浇注料。

本发明的第二目的是提供一种精炼钢包渣线工作层用浇注料的制备方法。

本发明的第三目的是提供一种精炼钢包渣线工作层用浇注料的应用。

为达到本发明的第一目的，采用如下的技术方案：

一种精炼钢包渣线工作层用浇注料，包括骨料、基质粉料以及纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂；

按质量份，所述骨料包括20-23份8mm＜粒径≤25mm的板状刚玉，10-13份5mm＜粒径≤8mm的板状刚玉，7-10份3mm＜粒径≤5mm的板状刚玉，17-20份1mm＜粒径≤3mm的板状刚玉，12-15份0.1mm＜粒径≤1mm的板状刚玉；

所述基质粉料按质量份包括8-11份粒径180～320目的电熔镁铝尖晶石，4-6份粒径180～320目的板状刚玉粉，5-7份粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，4-6份粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，2-4份热裂解法纳米炭黑，2-4份水合ρ-Al₂O₃微粉，0.06-0.18份复合防爆剂；

所述纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂按质量份包括3-5份纳米氢氧化物，0.05-0.2份六偏磷酸钠，0.05-0.2份三聚磷酸钠，0-0.05份柠檬酸，3-5份水。

优选地，本发明所述精炼钢包渣线工作层用浇注料按质量份包括70-75份的骨料、25-30份的基质粉料以及6-10份纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂。

其中，按质量份，所述骨料包括20份8mm＜粒径≤25mm的板状刚玉，12份5mm＜粒径≤8mm的板状刚玉，8份3mm＜粒径≤5mm的板状刚玉，17份1mm＜粒径≤3mm的板状刚玉，13份0.1mm＜粒径≤1mm的板状刚玉。

进一步，按质量份，所述基质粉料包括10份粒径为180目的电熔镁铝尖晶石，5份粒径为180目的板状刚玉粉，6份粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，5份粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，2份热裂解法纳米炭黑，2份水合ρ-Al₂O₃微粉，0.02份金属铝粉，0.06份低熔点有机纤维。

更进一步，按质量份，所述纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂包括2份氢氧化铝，2份氢氧化镁，0.15份六偏磷酸钠，0.10份三聚磷酸钠，0.02份柠檬酸，4份水。

本发明中耐火骨料约占总料量70-75％左右，其材质选择和颗粒级配对浇注料结构、使用性能等具有关键作用，本发明选用粒度级配0-25mm的板状刚玉作为骨料，并适当增加大颗粒在浇注料中所占的比重，保障了浇注料颗粒部分的抗冲刷、抗侵蚀和抗渗透性能。

本发明所述的基质粉料的配料主要根据精炼钢包渣线部位苛刻的使用条件进行针对性的研究，在浇注料中成功引入了热裂解法纳米炭黑，开发和应用了复合微粉技术和基质粉料的高纯化技术。

热裂解法纳米炭黑的使用将原来镁碳砖的独有特性引入到了该渣线浇注料中，大大提升了浇注料的抗渣渗透和侵蚀性能；复合微粉技术的应用实现了基质微粉(粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，热裂解法纳米炭黑，水合ρ-Al₂O₃微粉)和细粉(粒径180～320目的电熔镁铝尖晶石，粒径180～320目的板状刚玉粉)的最优级配，有效的减少了浇注料的加水量，使其具有了良好的致密性、烧后线变化率及抗热震性能，综合提升了浇注料的强度、抗渣渗透和侵蚀性能。基质粉料的高纯化技术主要从结合体系和基质选择方面彻底的避免了CaO、SiO₂、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等成分带入浇注料中，使得本发明的浇注料在受热过程中彻底避免了与其它组分之间生成不利于浇注料高温性能的结合相，进而大大提高了该渣线浇注料的抗熔渣渗透性和抗侵蚀性，从而确保渣线部位的使用安全性，并提高了其使用寿命。

本发明的纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂均匀地分散在基质粉料中，为纳米微观致密结构基质的形成提供了可行条件，同时也为浇注料结构的改善、性能的提高以及使用的强化奠定了良好的基础。在高温使用过程中，该纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合浇注料内部发生二次尖晶石的合成反应，伴随着膨胀并在约束下发生致密化，从而导致宏观和微观结构改善、性能的提高、耐用性增强。

为了达到使粒度级配更合理，浇注料的综合使用性能更佳，所述电熔镁铝尖晶石的粒径为180目，所述板状刚玉粉的粒径为180目。

为了增强了渣线部位用耐火材料的抗热震性能，和抗渣侵蚀、渗透和冲刷等性能，所述热裂解法纳米炭黑为THERMAX。是加拿大CANCARBLIMITED公司生产的天然气中粒子热裂解法炭黑的注册商标。

所述复合防爆剂由0.01-0.08份金属铝粉和0.01-0.1份低熔点有机纤维组成。低熔点有机纤维可选用现有技术中的任一产品，例如沈阳市斯帝恩化学纤维有限公司生产的F105型低熔点防爆纤维或巩义市盛世耐材有限公司生产的低熔点防爆纤维。

具体的，本发明纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂的配料中所述纳米氢氧化物由2-3份纳米氢氧化铝和1-2份纳米氢氧化镁组成。

纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁可选用现有技术中的任一产品，例如纳米氢氧化铝可采购自上海谱振生物科技有限公司、杭州万景新材料有限公司或温州精成化工有限公司等，纳米氢氧化镁可采购自无锡市泽辉化工有限公司等。

本发明纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂的制备方法为按照各配料的使用量进行配料，然后将所有配料组成的混合物在搅拌机中搅拌6-10小时，密封包装后待用。优选采用GW750搅拌机。

本发明所述的纳米Al(OH)₃和Mg(OH)₂复合溶胶悬浮液结合剂经过分散和溶胶化处理后，直接加入到混合料中，使该浇注料在高温下使用时，形成以氧化铝和尖晶石占全部晶相的铝尖晶石纳米结构材质。本发明将纳米技术和纳米材料在渣线浇注料中进行了应用，解决了以往普通钢包工作层浇注料在组织结构和技术性能方面存在的缺陷，全面提升和改善了耐火浇注料的组织结构，尤其是微观显微结构。纳米材料的功能和特性得到很好发挥的同时，实现了材料结构和材质在抗侵蚀和抗渗透方面的全面提升。

作为本发明的一种优选实施方式，本发明的一种精炼钢包渣线工作层用浇注料的配料按质量份包括70-75份的骨料、25-30份的基质粉料以及6-10份纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂；

所述骨料按质量份包括20份粒径为8-25mm的板状刚玉，12份粒径为5-8mm的板状刚玉，8份粒径为3-5mm的板状刚玉，17份粒径为1-3mm的板状刚玉，13份0.1mm＜粒径≤1mm的板状刚玉；

所述基质粉料按质量份包括10份粒径为180目的电熔镁铝尖晶石，5份粒径为180目的板状刚玉粉，6份粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，5份粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，2份热裂解法纳米炭黑，2份水合ρ-Al₂O₃微粉，0.02份金属铝粉，0.06份低熔点有机纤维；

所述纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂按质量份包括2份氢氧化铝，2份氢氧化镁，0.15份六偏磷酸钠，0.10份三聚磷酸钠，0.02份柠檬酸，4份水。

本发明所提供的一种精炼钢包渣线工作层用浇注料的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性均有显著提高，能够满足二次精炼钢包渣线部位的使用需求。本发明的浇注料在渣线部位使用能够使钢包的渣线和包壁寿命得到匹配，提高钢包使用寿命，减少小修次数，为二次精炼钢包实施渣线整体浇注带来了可行条件，为钢铁工业二次精炼的快速发展提供了更优质的服务。

为了达到本发明的第二目的，具体采用如下的技术方案：本发明精炼钢包渣线工作层用浇注料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将骨料和基质粉料在搅拌机中干混3-5分钟，得混合料；

(2)将纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂加入到步骤(1)所得混合料中，继续在搅拌机中湿混搅拌5-8分钟，混合过程中添加水，水的加入质量占所搅拌的所有物质质量的0.5-2％。

具体的，所述搅拌机选用GW750搅拌机。

本发明提供的制备方法能使该结合剂中的纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁在基质粉料中得到充分分散，最终得到纳米粒子分散均匀、团聚少的耐火浇注料。

本发明的第三目的为浇注料在精炼钢包渣线工作层中的应用。精炼钢包渣线工作层用浇注料的施工是在钢包包壁整体浇注施工完成的基础上进行的，具体的，本发明所述的浇注料在精炼钢包渣线工作层中应用的施工工艺，包括以下步骤：

(1)振动成型：将浇注料均匀布料到精炼钢包渣线内衬模型中，在布料过程中保持振动，直到基本没有气泡排出为止，浇注料完成振动成型；

(2)脱模及养护：振动成型完毕10-14小时后脱模，脱模后在室温下养护24-36小时；

(3)烘烤：将脱模后的浇注料在900-1100℃的条件下烘烤12-24小时后，钢包即具备了投入使用的要求。

具体的，步骤(1)湿混合后的浇注料经过自动加料装置加入到钢包内衬模型中。

步骤(2)采用震动棒震动成型。

本发明的耐火浇注料适用于渣线部位的整体浇注，进而实现精炼钢包包底、包壁和渣线部位全部浇注，大大缩短了施工时间，节省了劳动力，一次使用后实行整体套补，可减少大量耐材消耗。本发明耐火浇注料的抗渣渗透和侵蚀性能与砖砌镁碳砖相当，但因其基质是纳米级结构，基质与骨料结合强度更高，整体性更强，具有优良的耐冲刷性与抗热震性，所以在杜绝砖缝夹钢，砖与永久层之间夹钢等安全隐患方面比镁碳砖优势明显，经使用后对比，钢包渣线部位平均使用寿命较镁碳砖提高了5-10％。在减少钢水增碳方面，该浇注料也是冶炼洁净钢的首选材料。从社会效益经济效益来看，精炼钢包的整体浇注是未来钢包发展方向，本发明具有巨大的开创性意义。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中，精炼钢包渣线工作层用浇注料的配料包括以下各组分：

其中，8.27份纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂的配料包括2份纳米氢氧化铝，2份纳米氢氧化镁，0.15份六偏磷酸钠，0.10份三聚磷酸钠，0.02份柠檬酸，4份水。

实施例2

本实施例以实施例1中给出的配料进行精炼钢包渣线工作层用浇注料的制备，制备方法包括以下步骤：

(1)按照实施例1给出的纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂的配料配制500kg原料，将该原料在GW750搅拌机中搅拌8小时，制成纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂；分别密封包装后待用。

(2)将骨料和基质粉料按照实施例1给出的配料一次配制1000.8kg原料，将以上的原料在GW750搅拌机中干混3-5分钟，得混合料；多次配置混合完毕的混合料，分别密封包装后待用。

(3)将步骤(1)中已配制好的的纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂按照实施例1的比例加入到步骤(2)得到的混合料中，继续在GW750搅拌机中湿混搅拌5-8分钟，混合过程中添加质量比为0.5％的水。

实施例3-5

与实施例1相比，区别点仅在于：实施例3-5中精炼钢包渣线工作层用浇注料的配料由以下原料组成，具体如下表：

实施例6

本实施例公开了浇注料的在渣线工作层的施工工艺，具体包括以下步骤：

(1)振动成型：湿混完毕后的浇注料均匀布料到精炼钢包渣线内衬模型中，在布料过程中，采用震动棒连续振动，每一吨料平均振动时长8-10分钟，每次下振动棒位置相距300-400mm；振动至浇注料表面泛浆基本没有气泡排出为止，该渣线工作层浇注料的震动成型完成；

(2)脱模及养护：该渣线浇注料施工完毕12小时后进行脱模，脱模后在自然条件下养护24小时；

(3)烘烤：将脱模后的浇注料在900℃的条件下烘烤24小时后，钢包即具备了投入使用的要求。

本实施例进一步以现有的镁碳砖为对比例，对其渣线部位寿命和渣线部位钢包外壳平均温度进行了检测，检测结果见下表。

该技术方案采用纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合渣线工作层浇注料。在A钢厂100％LF+50％RH精炼钢包渣线部位按上述工艺整体浇注使用后，渣线部位寿命最高达到46炉；钢包渣线部位的较砌筑镁碳砖的钢包寿命提高6炉，钢包外壳温度均有所降低，同时渣线部位吨钢耐材成本降低18％，本发明对减少因镁碳砖引起的钢水增碳以及碳排放有显著效果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种精炼钢包渣线工作层用浇注料，其特征在于：包括骨料、基质粉料以及纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂；

按质量份，所述骨料包括20-23份8mm＜粒径≤25mm的板状刚玉，10-13份5mm＜粒径≤8mm的板状刚玉，7-10份3mm＜粒径≤5mm的板状刚玉，17-20份1mm＜粒径≤3mm的板状刚玉，12-15份0.1mm＜粒径≤1mm的板状刚玉；

按质量份，所述基质粉料包括8-11份粒径180～320目的电熔镁铝尖晶石，4-6份粒径180～320目的板状刚玉粉，5-7份粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，4-6份粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，2-4份热裂解法纳米炭黑，2-4份水合ρ-Al₂O₃微粉，0.06-0.18份复合防爆剂；

按质量份，所述纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂包括3-5份纳米氢氧化物，0.05-0.2份六偏磷酸钠，0.05-0.2份三聚磷酸钠，0-0.05份柠檬酸，3-5份水；

所述纳米氢氧化物由2-3份氢氧化铝和1-2份氢氧化镁组成。

2.根据权利要求1所述的浇注料，其特征在于：所述电熔镁铝尖晶石的粒径为180目，所述板状刚玉粉的粒径为180目。

3.根据权利要求1所述的浇注料，其特征在于：所述复合防爆剂由0.01-0.08份金属铝粉和0.01-0.1份低熔点有机纤维组成。

4.根据权利要求1所述的浇注料，其特征在于：按质量份，包括70-75份的骨料、25-30份的基质粉料以及6-10份纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂。

5.根据权利要求1-4任一项所述的浇注料，其特征在于：按质量份，所述骨料包括20份8mm＜粒径≤25mm的板状刚玉，12份5mm＜粒径≤8mm的板状刚玉，8份3mm＜粒径≤5mm的板状刚玉，17份1mm＜粒径≤3mm的板状刚玉，13份0.1mm＜粒径≤1mm的板状刚玉。

6.根据权利要求1-4任一项所述的浇注料，其特征在于：按质量份，所述基质粉料包括10份粒径为180目的电熔镁铝尖晶石，5份粒径为180目的板状刚玉粉，6份粒径1-2um的活性α-Al₂O₃微粉，5份粒径3-5um的活性α-Al₂O₃微粉，2份热裂解法纳米炭黑，2份水合ρ-Al₂O₃微粉，0.02份金属铝粉，0.06份低熔点有机纤维。

7.根据权利要求1-4任一项所述的浇注料，其特征在于：按质量份，所述纳米氢氧化物复合溶胶悬浮液结合剂包括2份氢氧化铝，2份氢氧化镁，0.15份六偏磷酸钠，0.10份三聚磷酸钠，0.02份柠檬酸，4份水。

8.权利要求1-7任一项所述浇注料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将骨料和基质粉料在搅拌机中干混3-5分钟，得混合料；

(2)将纳米氢氧化物溶胶悬浮液结合剂加入到步骤(1)所得混合料中，继续在搅拌机中湿混搅拌5-8分钟，混合过程中添加水，水的加入质量占所搅拌的所有物质质量的0.5-2％。

9.权利要求1-7任一项所述浇注料在精炼钢包渣线工作层中的应用。