CN104402468B - 一种钢包倒渣部位用复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢包倒渣部位复合材料，包括以下主要成分：电熔镁砂、电熔镁砂细粉、矾土、棕刚玉、碳化硅、石墨、焦油沥青粉、酚醛树脂、抗氧化剂和复合添加剂，通过原料各组分的配比和粒径选择以及制备工艺，大大提高了复合材料的抗氧化、耐急冷急热性能，从而达到提高钢包的使用寿命，节约成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种钢包倒渣部位用碳质复合材料及其制备工艺。
背景技术
钢包在出钢过程中，由于钢渣残余在某一固定部位，在钢水排完后，随着温度急剧下降和空气进入，倒渣部位收缩比加大，传统的产品因温度下降收缩应力大而造成崩裂剥落，影响钢包的使用寿命。
因此，为满足钢厂的使用要求，目前市场上需要一种能满足钢包倒渣部位抗氧化、耐急冷急热的复合材料。
发明内容
为满足客户需求，延长钢包的使用寿命，提高其抗氧化、耐急冷急热的性能，本发明提供了一种钢包倒渣部位用复合材料，本发明还提供了上述钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺。
一、本发明提出的钢包倒渣部位用复合材料，它包括以下重量百分比的组分：
优选的，所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97％；
优选的，所述的电熔镁砂中粒径为3-6mm的电熔镁砂：粒径为0-3mm的电熔镁砂的比例为2:3；
优选的，所述的电熔镁砂细粉的粒径为小于0.088mm；
优选的，所述的矾土中氧化铝的含量大于88％，矾土的粒径为小于3mm；
优选的，所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95％，棕刚玉的粒径为小于1mm；
优选的，所述的石墨为-197石墨；
优选的，所述焦油沥青粉的粒径为小于0.088mm；
优选的，所述抗氧化剂为碳化硼。
优选的，所述的复合添加剂为铝镁合金。
下面分别对各组分进行分析：
1、镁砂
由于镁砂原料的主要成分为方镁石，高温下稳定性好基质部分引入一定的电熔镁砂细粉，可以提高烧结性，且电熔镁砂杂质少，不易产生低熔相。
由实验可知，极少量CaO不会对氧化镁-Si02材料的高温性能产生副作用；Ca含量较多时，容易和镁铝生产熔点1350℃左右的化合物，影响产品的抗高温性能。在1580℃，只要CaO/SiO2小于0.2，氧化镁-CaO-SiO2系就不会产生液相；而CaO/SiO2＝0.16～0.17时，只有温度上升到约1680℃时，才能出现液相。
所以，我们在选用镁砂做主原料时，不管是电熔镁砂还是烧结镁砂，都要求原料中Ca0/Si02比很小，即选用低Ca高Si镁砂。在选用其他添加剂时，应控制系统中的SiO2和CaO含量，尽量不带进CaO含量，以保证中间包镁质涂料体系中的CaO/Si02小于O.2。
本发明选用的镁砂为电熔镁砂，其中氧化镁的含量大于97％。
2、矾土
矾土以刚玉和莫来石为主晶相，结构稳定。矾土抗酸、碱性熔渣侵蚀的能力强，高温强度高，广泛应用于钢铁、有色等行业，但其抗急冷热能力差、高温体积稳定性不好，导致材料的变形和剥落，降低材料的使用寿命。
本发明中的矾土主要和电熔镁砂在高温使用过程中二次结合反应生成镁铝尖晶石结构，本发明在复合材料中加入了棕刚玉和碳化硅细粉，以进一步改善基质部分抗氧化侵蚀性能。
3、棕刚玉
棕刚玉主要化学成份是AL2O3，其含量在94.5％-97％，另含有少量的Fe，Si，Ti等。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。
4、碳化硅
碳化硅俗称金刚砂，它具有化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好的特点。在复合材料中加入棕刚玉和碳化硅细粉，可以将复合材料基质部分由单纯的镁铝尖晶石结构变为刚玉和镁铝尖晶石混合晶相，从而改变复合材料的热震稳定性，提高其的耐急冷急热性能。
5、石墨
因为碳的含量会影响产品的导热性，碳含量越高，产品的导热越快，不利于钢酚醛树脂在钢包中的保温，同时碳含量过低会降低复合材料的抗热震稳定性，耐剥落性和抗侵蚀性能。本发明采用-197石墨，由于石墨在使用过程中易被氧化，故根据实验在加入多种抗氧化剂的基础上，将碳的含量控制在6-10％。
6、焦油沥青
本发明中加入焦油沥青主要是利用其在高温下的粘结性，提高复合材料的耐急冷急热性能。
7、抗氧化剂
本发明的抗氧化剂包含碳化硼。主要起到对碳的保护，防止碳被氧化的作用。
8、复合添加剂
本发明的复合添加剂为铝镁合金，少量加入可显著提高石墨抗氧化性能。
9、结合剂
本发明采用酚醛树脂做耐火材料的结合剂。
一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌3-5min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌3-5min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌15-20min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥；
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为200-230℃，烘烤时间为12-16h；
E、检测、入库。
本发明采用梯次加压成型的工艺对复合材料进行加压成型，尽可能排出空气，有效地提高了复合材料的密度和紧实度。
本发明提供的钢包倒渣部位用碳质复合材料，通过原料各组分的配比和粒径选择以及制备工艺，大大提高了复合材料的抗氧化、耐急冷急热性能，从而达到提高钢包的使用寿命，节约成本的目的。
具体实施方式
实施例1：
一种钢包倒渣部位用复合材料，它包括以下重量百分比的组分：
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97％；
所述的矾土中氧化铝的含量大于88％；
所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95％；
所述的石墨为-197石墨；
所述的铝镁合金粉中铝镁的摩尔比为7:3。
一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺为：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌5min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌4min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌20min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥；
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为200-230℃，烘烤时间为14h；
E、检测、入库；
实施例2：
一种钢包倒渣部位用复合材料，它包括以下重量百分比的组分：
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97％；
所述的矾土中氧化铝的含量大于88％；
所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95％；
所述的石墨为-197石墨；
所述的铝镁合金粉中铝镁的摩尔比为1:1。
一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺为：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌4min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌5min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌15min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥。
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为300-350℃，烘烤时间为14h。
E、检测、入库。
实施例3
一种钢包倒渣部位用复合材料，它包括以下重量百分比的组分：
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97％；
所述的矾土中氧化铝的含量大于88％；
所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95％；
所述的石墨为-197石墨；
所述的铝镁合金粉中铝镁的摩尔比为1:2。
一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺为：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌4min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌3min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌17min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥。
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为300-350℃，烘烤时间为10h。
E、检测、入库。
实施例4：
一种钢包倒渣部位用复合材料，它包括以下重量百分比的组分：
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97％；
所述的矾土中氧化铝的含量大于88％；
所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95％；
所述的石墨为-197石墨；
所述的铝镁合金粉中铝镁的摩尔比为7:3。
一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺为：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌3min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌3min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌18min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥。
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为300-350℃，烘烤时间为12h。
E、检测、入库。
表1是本发明的钢包倒渣部位用复合材料与市场上的现有样品的耐用性能的对比数据。
由表1可知，随着棕刚玉和氮化硅粉末加入量的增大，钢包倒渣部位用的复合材料的使用寿命呈明显上升趋势，棕刚玉和氮化硅的加入量对本发明的效果是非常重要的。
此检测数据只针对上述检测样品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌3-5min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌3-5min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌15-20min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥；
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为200-230℃，烘烤时间为12-16h；
E、检测、入库；
所述的钢包倒渣部位用复合材料，包括以下重量百分比的组分：
电熔镁砂50-65%
电熔镁砂细粉6-12%
矾土5-10%
棕刚玉3-7%
碳化硅2-5%
石墨6-10%
焦油沥青粉1-2%
碳化硼1-3%
铝镁合金3-7%
酚醛树脂3-3.5%；
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97%；所述的电熔镁砂中粒径为3-6mm的电熔镁砂：粒径为0-3mm的电熔镁砂的比例为2:3；所述的电熔镁砂细粉的粒径为小于0.088mm；所述的矾土中氧化铝的含量大于88%，矾土的粒径为小于3mm；所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95%，棕刚玉的粒径为小于1mm；所述焦油沥青粉的粒径为小于0.088mm；
所述的石墨为-197石墨。
2.如权利要求1所述的钢包倒渣部位用复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、搅拌：将搅拌机以90r/min的速度运转，先后加入粒径3-6mm电熔镁砂、粒径0-3mm电熔镁砂、矾土，搅拌5min，将搅拌速度提高至120r/min，加入电熔镁砂细粉、焦油沥青粉、碳化硅及酚醛树脂，搅拌4min，将搅拌速度提高至250r/min，加入石墨、抗氧化剂、复合添加剂，搅拌20min，出料；
B、加压成型：将复合材料放入电动数控螺旋压砖机中，调节好压砖机的打击力度、滑块行程，轻打排气2次，重打5次；
C、凉坯，使其自然干燥；
D、在干燥窑中烘烤，保持窑体内热风温度为200-230℃，烘烤时间为14h；
E、检测、入库；
所述步骤A中各组分的重量百分比如下：
电熔镁砂3-6mm24%
电熔镁砂≤3mm36%
电熔镁砂细粉≤0.088mm6%
矾土≤3mm5%
棕刚玉≤1mm4%
碳化硅5%
石墨10%
焦油沥青粉≤0.088mm1.5%
碳化硼1%
铝镁合金粉4%
酚醛树脂3.5%
所述的电熔镁砂及电熔镁砂细粉中氧化镁的含量大于97%；
所述的矾土中氧化铝的含量大于88%；
所述的棕刚玉中氧化铝的含量大于95%；
所述的石墨为-197石墨；
所述的铝镁合金粉中铝镁的摩尔比为7:3。
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