CN104591752B - 一种用于rh精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖及其制备方法，该烧成镁尖晶石砖中各原料的重量份组成为：电熔镁砂颗粒50～75份；电熔镁砂细粉15～35份；电熔尖晶石颗粒1～5份；电熔尖晶石细粉3～5份；氧化铝颗粒0～2份；氧化铝微粉0～8份；结合剂2～6份。与现有技术相比，本发明采用特定的原料配比，并通过在烧成镁尖晶石砖中设定氧化铝颗粒的含量及氧化铝微粉的粒度与含量，可以在材料内部原位形成一定量的尖晶石环状结构和尖晶石结合相，大幅度提高了材料的热态强度、抗热震稳定性与抗钢水和熔渣侵蚀和渗透能力，作为RH精炼炉浸渍管和环流管的内衬材料能够大幅度提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖及其制备方法。
背景技术
RH精炼炉(简称：RH炉)是钢水二次精炼中使用最为普遍的一种精炼装置，在冶炼过程中需承担脱氧、脱氢、脱碳、合金化处理以及均匀钢水温度等多种功能。RH精炼炉在使用过程中条件极为苛刻，其浸渍管和环流管对内衬材料要求极高，要求材料具有热态强度高、热膨胀系数低、高温下体积稳定、热震稳定性好以及优良的抗钢水和熔渣渗透和侵蚀能力。在之前很长一段时间内，只有高性能镁铬砖才能满足RH精炼炉长寿命的需要。但是，镁铬砖在生产和使用过程中会产生六价铬离子，对环境造成很大的污染。随着人们对环境意识保护的增强，传统镁铬砖正在逐渐被无铬产品取代。
目前，国内外关于RH精炼炉用无铬产品的研究和报道很多，主要集中在镁碳砖、镁锆砖、镁铝锆砖、镁铝钛砖、刚玉尖晶石整体浇注料以及不烧镁尖晶石砖等，例如：
1、范忠平，姚崇.RH炉环流系统用耐火材料及其制备方法.中国发明专利，公开号CN 101591188A；
2、周辉，宋仪杰等.一种RH炉真空室用无铬砖及其制备方法.中国发明专利，公开号CN103819207A；
3、陈荣荣，牟济宁等.一种RH真空炉衬用无铬耐火材料.中国发明专利，公开号CN1715246A；
4、方斌祥，王强等.镁尖晶石砖及生产方法和用该砖制备RH炉环流管的方法.中国发明专利，公开号CN102627465A。
然而，上述不同材质的产品在生产和使用过程中还存在很多问题，难以满足RH精炼炉的需要。例如，镁碳砖作为RH炉内衬材料会对低碳钢和超低碳钢的冶炼造成增碳问题。镁锆砖、镁铝锆砖和镁铝钛砖存在着生产成本高和工艺难以控制等问题。刚玉尖晶石整体浇注料存在烘烤过程易开裂、高温下体积不稳定、侵蚀速率过快以及使用过程中易出现大块剥落等问题。迄今为止，以不烧镁尖晶石砖取代镁铬砖成为国内外RH炉无铬化发展的主流，且不烧镁尖晶石砖在RH炉上的使用技术也越来越成熟。
目前，现有的RH炉浸渍管和环流管用不烧镁尖晶石砖主要是以电熔或烧结镁砂作为骨料、以镁砂细粉、镁铝尖晶石粉、添加剂如Al粉、Al-Mg合金粉、Si粉等作为基质，加入酚醛树脂作为结合剂，经配料、混碾、困料和机压成型，然后于干燥窑中经200℃左右处理而成。不烧镁尖晶石砖中一般加入添加剂，可以起到提高材料中高温强度的作用。然而，这种砖在高温使用过程中，镁砂会与添加剂反应生成尖晶石等陶瓷相，体积膨胀大，使得材料较易剥落。另一方面，不烧镁尖晶石砖通常以酚醛树脂作为结合剂，使用过程中酚醛树脂裂解产生残留碳，残留碳较易发生氧化而使材料剥落。同时，在冶炼超低碳钢过程中，残留碳会对钢水产生增碳作用。
综上所述，传统技术中，RH精炼炉浸渍管和环流管使用烧成镁铬砖作为内衬材料，容易造成环境污染；而现有技术中，主要是以不烧镁尖晶石砖作为内衬材料，来实现无铬化；然而，不烧镁尖晶石砖在使用过程中又存在一系列的技术问题。因此，为了提高RH精炼炉浸渍管和环流管的使用寿命，有必要对现有技术中采用的内衬材料进行改进。目前，在RH精炼炉浸渍管和环流管的领域还未有采用烧成镁尖晶石砖作为内衬材料的相关报道。
发明内容
本发明提供了一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖及其制备方法，该烧成镁尖晶石砖的热态强度高、热膨胀系数低、高温下体积稳定、热震稳定性好以及抗钢水和熔渣渗透和侵蚀能力强，可大幅度延长RH精炼炉浸渍管和环流管的使用寿命。
一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖，所述烧成镁尖晶石砖中各原料的重量份组成为：
本发明提供的烧成镁尖晶石砖的高温抗折强度为6～12MPa(1500℃×0.5h)，在1100℃水冷条件下热震稳定性次数≥4次，从室温至1500℃的热膨胀率为1.20～1.48％，在渣碱度为2.8的条件下于1650℃保温5小时的熔渣渗透深度为2.0～4.0mm，渣侵蚀指数为5.5～8.5％，性能优于现有技术中的用于RH精炼炉浸渍管和环流管的不烧镁尖晶石砖，且使用寿命大幅度延长，最高达143次。
作为优选，所述的电熔镁砂颗粒和细粉的化学成分及其百分含量为：MgO≥97.0wt％，CaO≤1.8wt％，SiO2≤0.9wt％；
所述电熔镁砂颗粒的粒度级配为：
5～3mm 10～15份；
2.999～1mm 25～40份；
0.999～0.089mm 15～20份；
所述电熔镁砂细粉的粒度级配为：
0.088～0.045mm 5～10份；
＜0.045mm 10～25份。
作为优选，所述的电熔尖晶石颗粒和细粉的化学成分及其百分含量为：Al2O3为60～80wt％，Al2O3+MgO≥97.0wt％；
所述电熔尖晶石颗粒的粒度级配为：
3～1mm 1～3份；
0.999～0.089mm 0～2份；
所述电熔尖晶石细粉的粒度级配为：
0.088～0.045mm 1～2份；
＜0.045mm 2～3份。
作为优选，所述氧化铝颗粒的化学成分为Al2O3≥99.0wt％，粒度为3～1mm。
更为优选，所述氧化铝微粉的化学成分为Al2O3≥99.0wt％，粒度为10～5μm、4.999～2μm、1.999～0μm中的一种或两种。
所述结合剂为木质素磺酸钙溶液、六偏磷酸钠溶液、磷酸二氢铝溶液、糊精中的一种。不烧镁尖晶石砖常采用酚醛树脂作为结合剂，砖在使用过程中酚醛树脂裂解产生残留碳，该残留碳不仅较易发生氧化而使材料剥落，还会在超低碳钢冶炼过程中对钢水产生增碳作用；本发明采用上述结合剂制备的烧成镁尖晶石砖不存在上述问题。
本发明还公开了一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：将烧成镁尖晶石砖中的各组原料与结合剂混合均匀后，经困料，压制成生坯，干燥，在空气中于1550～1750℃条件下烧制而成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用特定的原料配比制备的烧成镁尖晶石砖，材料内部同时原位形成了一定量的尖晶石环状结构和尖晶石结合相，大幅度提高了材料的热态强度、抗热震稳定性以及抗钢水和熔渣侵蚀和渗透能力。
(2)本发明在烧成镁尖晶石砖的原料中引入了氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒在材料烧成过程中与基质中的电熔镁砂细粉原位反应生成尖晶石环状结构。上述尖晶石环状结构具有很好的韧性，在材料使用过程中能够缓冲和吸收热应力，增加了材料的韧性，解决了传统镁尖晶石砖热震稳定性差的问题。
(3)本发明在烧成镁尖晶石砖中引入了氧化铝微粉，能够在材料基质中原位形成尖晶石结合相；通过调整氧化铝微粉的含量及粒度，可以调整原位尖晶石结合相的结构及生成量；上述原位尖晶石结合相提高了材料的热态强度，以及抗钢水和熔渣的侵蚀与渗透能力。
(4)与不烧镁尖晶石砖相比，本发明制备的烧成镁尖晶石砖不含金属添加剂和酚醛树脂裂解后的残留碳，不存在碳氧化及对超低碳钢冶炼时增碳的问题。与此同时，由于烧成镁尖晶石砖是经过高温处理后获得，其材料内部的骨料与基质以及基质内部之间发生反应和烧结，且材料内部各反应基本完成，所以材料在高温下热膨胀率小、体积稳定性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例1～5以及对比例对本发明进行进一步的描述。
各实施例中烧成镁尖晶石砖的制备方法如下：
先将电熔镁砂颗粒、电熔尖晶石颗粒和氧化铝颗粒干混3分钟，加入结合剂湿混4分钟，再加入电熔镁砂细粉、电熔尖晶石细粉和氧化铝微粉，混碾30分钟，经困料，压制成生胚，干燥后，在空气中于1550～1750℃下烧制获得烧成镁尖晶石砖。
烧成镁尖晶石砖的原料的重量份组成以及制备方法中的烧制温度如表1所示。
各实施例制备获得的烧成镁尖晶石砖的性能测试结果如表2所示，表2中的对比例1、2的制备方法如下：
对比例1中烧成镁铬砖的制备方法为：先将电熔镁铬砂颗粒和铬矿颗粒干混3分钟，加入木质素磺酸钙溶液湿混3分钟，再加入电熔镁铬砂细粉和电熔镁砂细粉混碾25分钟，压制成生胚，干燥后，在空气中于1750℃下烧制获得烧成镁铬砖。
对比例2中不烧镁尖晶石砖的制备方法为：先将电熔镁砂颗粒干混3分钟，加入酚醛树脂湿混5分钟，再加入电熔镁砂细粉、电熔尖晶石细粉以及添加剂金属Al粉，混碾25分钟，压制成生胚，然后于干燥窑中经200℃左右处理而制得不烧镁尖晶石砖。
表1
表2
Claims (1)
1.一种用于RH精炼炉浸渍管和环流管的烧成镁尖晶石砖的制备方法，其特征在于，
所述烧成镁尖晶石砖中各原料的重量份组成为：
所述电熔镁砂颗粒和细粉的化学成分及其百分含量为：MgO≥97.0wt％，CaO≤1.8wt％，SiO2≤0.9wt％；
所述电熔镁砂颗粒的粒度级配为：
5～3mm 15份；
2.999～1mm 25份；
0.999～0.089mm 20份；
所述电熔镁砂细粉的粒度级配为：
0.088～0.045mm 9份；
＜0.045mm 20份；
所述电熔尖晶石颗粒和细粉的化学成分及其百分含量为：Al2O3为60～80wt％，Al2O3+MgO≥97.0wt％；
所述电熔尖晶石颗粒的粒度级配为：
3～1mm 2份；
0.999～0.089mm 1份；
所述电熔尖晶石细粉的粒度级配为：
0.088～0.045mm 1份；
＜0.045mm 3份；
所述氧化铝颗粒的化学成分为Al2O3≥99.0wt％，粒度为3～1mm；
所述氧化铝微粉的化学成分为Al2O3≥99.0wt％，粒度为10～5μm；
所述制备方法为：先将电熔镁砂颗粒、电熔尖晶石颗粒和氧化铝颗粒干混3分钟，加入结合剂湿混4分钟，再加入电熔镁砂细粉、电熔尖晶石细粉和氧化铝微粉，混碾30分钟，经困料，压制成生胚，干燥后，在空气中于1700℃下烧制获得烧成镁尖晶石砖。
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