CN105585322A

CN105585322A - 一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖及其制备方法

Info

Publication number: CN105585322A
Application number: CN201510966472.7A
Authority: CN
Inventors: 毕长禄; 张兴艳; 焦智宇; 谢毕强; 李有奇; 赵宇杰
Original assignee: Luoyang Lier Refractory Materials Co Ltd
Current assignee: Luoyang Lier Refractory Materials Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-05-18

Abstract

一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖及其制备方法，涉及一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，由下述成分按质量百分数组成，电熔镁砂颗粒和细粉61~81%；镁铝尖晶石颗粒0~8%；镁铝尖晶石细粉3~10%；金属铝粉2~8%；钛白粉0.5~3%；氧化锆细粉0.5~10%；氧化钇粉体0.1~0.5%；通过备料、预混料、混料、成型步骤获取镁尖晶石砖；本发明实现了提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性、高温抗氧化性、致密度，从而延长镁尖晶石砖寿命的目的。

Description

一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种精炼炉用镁尖晶石砖，具体涉及一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖及其制备方法。

【背景技术】

公知的，随着冶金工业的进步，钢铁产品结构的不断调整优化，我国对优质钢材的需求进一步增加。精炼炉炼钢作为一种性价比最高的炉外精炼方法被大力推广和应用，相应地，也对精炼炉用耐火材料提出更高的要求。

目前，精炼炉用耐火材料主要以镁铬砖为主，由于这种产品含有氧化铬，在高温、氧化气氛或碱性条件下，其中的Cr³⁺会转化为Cr⁶⁺，而Cr⁶⁺易溶于水，另外Cr⁶⁺也可以以气相存在，在生产过程中会随烟气排入大气中污染空气，从而对水源、大气、土壤体等环境产生十分严重的污染，成为超强的致癌物质，对人类的身体健康产生较严重的危害。因此人们一直致力于RH精炼炉用无铬耐火材料新产品的研究与开发工作。

耐火材料的抗渣性是耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力，在RH炉外精炼过程中，是考验耐火材料衬寿命的重要指标之一。熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂，主要与耐火材料的化学组成及组织结构有关，另外也与熔渣的性质及与其相互作用的条件有关。提高耐火材料的抗渣性还需从保证和提高原料的纯度和选择适宜的生产方法，获得具有致密而均匀的组织结构的制品出发。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖及其制备方法，实现了提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性、高温抗氧化性、致密度，从而延长镁尖晶石砖寿命的目的。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，由下述成分按质量百分数组成：

电熔镁砂颗粒和细粉61~81%；

镁铝尖晶石颗粒0~8%；

镁铝尖晶石细粉3~10%；

金属铝粉2~8%；

钛白粉0.5~3%；

氧化锆细粉0.5~10%；

氧化钇粉体0.1~0.5%。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，还包括含碳外加剂，所述含碳外加剂的用量为镁尖晶石砖各组分总量的2.9~4.8%。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，所述含碳外加剂为热塑性酚醛树脂、改性沥青树脂、热固性酚醛树脂中的一种或任意两种或三种的组合。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，电熔镁砂颗粒与细粉的重量比为：50~70：10~20，所述电熔镁砂颗粒由粒径为5~3mm的颗粒、粒径为3~1mm的颗粒和粒径为1~0mm的颗粒组成，粒径为5~3mm的颗粒、粒径为3~1mm的颗粒和粒径为1~0mm的颗粒的重量比为5～30：20～40：20～30。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，电熔镁砂细粉的粒度≤0.074mm，其化学含量：MgO≥98%、CaO≤1.0%、SiO₂≤1.2%、Fe₂O₃≤1.0%；灼减≤0.1%。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，所述镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0mm；镁铝尖晶石细粉为烧结铝镁尖晶石和电熔铝镁尖晶石，或烧结铝镁尖晶石、电熔铝镁尖晶石中的一种。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，所述镁铝尖晶石细粉的粒度为0.044mmm，其化学成份的质量百分比含量为：Al₂O₃74～76%，MgO22～24%，Fe₂O₃≤0.5%，SiO₂≤0.2%，余量为杂质；灼减≤0.1%。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，所述钛白粉的粒度≤0.044mm，其化学成份要求TiO₂≥93%；所述氧化锆细粉的粒度为≤0.044mm，化学成分要求ZrO₂≥96%；所述氧化钇的粒度为2.5~7μm，化学成分要求Y₂O₃≥99.9%；所述金属铝粉的粒度为≤0.074mm，其化学成分要求Al≥99%。

一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）备料：按所述部分的比例称取氧化锆细粉和氧化钇粉体，球磨成细粉，通过干燥、打粉、制块的工艺步骤后，在1600℃-1800℃的温度下煅烧，煅烧后将其破碎并磨成细粉，获取稳定型或部分稳定性氧化锆，备用；

（2）预混料：接上一步骤，将上一步骤中获取的氧化锆与电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉、金属铝粉、钛白粉按比例混合均匀，获取预混料；

（3）混料：称取含碳外加剂加入到电熔镁砂颗粒中，在搅拌容器中混合均匀搅拌5~10min，再在该搅拌容器中加入上一步骤中获取的预混料，混合均匀搅拌20~30min，制得混合料；

（4）成型：接上一步骤，将上一步骤中获取的混合料采用半干法压制成砖坯，压力条件为630T及630T以上吨位，将合格的砖坯经自然温度下干燥24h，并将干燥后的砖坯在400~500℃下处理48~72h，从而获取镁尖晶石砖。

所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖的制备方法，在成型步骤中，半干法压制成型采用的压制机为摩擦制砖机、等静压机或液压机中的任一种。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所制备的一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，原料中加入了氧化钇和氧化锆，因为氧化钇的阳离子半径与Zr⁴⁺离子半径相差在12%以内，Y³⁺可以进入ZrO₂晶格中，具有一定的钉扎作用，限制ZrO₂的晶型转变，得到稳定的或部分稳定的ZrO₂。ZrO₂对钢液不润湿，且弥散分布在基质中，可以阻止熔渣的渗透，提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性能。在镁尖晶石砖的使用过程中，有下列反应进行：

CaO+ZrO₂→CaZrO₃①

反应①生成CaZrO₃是高熔点相，可以堵塞在气孔中，阻止炉渣的进一步侵入，并降低熔渣的碱度而增加渣的黏度，抑制渣的渗入，提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性能。

2、本发明所制备的一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，原料中含有氧化钛，在镁尖晶石砖的使用过程中，生成复杂的MgFe₂O₄和Mg₂TiO₄固溶体氧化物相，特别是在含铁碱性熔体和CaFe₂O₄炉渣侵蚀时，有下列反应进行：

CaO+TiO₂→CaTiO₃②

Al₂O₃+2TiO₂→2AlTiO₃③

4Al+3C+3TiO₂→2Al₂O₃+3TiC④

4Fe+6MgO+2TiO₂+3O₂→2MgFe₂O₄+2Mg₂TiO₄⑤

反应②和反应③生成的CaTiO₃和AlTiO₃是高熔点相，堵塞在气孔中，阻止炉渣的进一步侵入，并降低熔渣黏度，提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性能；反应④的进行，显著减少了铝和碳单质反应生成的Al₄C₃在砖体中的残留，明显提高和充分发挥了金属铝粉所起的抗氧化和高温增强作用；并且生成的TiC熔点高，呈网状结构，能提高抗氧化性渣侵蚀；反应⑤生成的MgFe₂O₄固溶体覆盖在砖体表面或MgO颗粒上，增强材料的抗侵蚀性和热震稳定性；反应⑤生成的Mg₂TiO₄固溶体氧化物矿物相存在于MgO颗粒间，可有效防止高温熔体穿过MgO颗粒构成的耐材骨架的间隙，提高镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性能。此外，与现有技术相比，使用相同含量的铝粉做抗氧化剂时，加入氧化钛能提高镁尖晶石砖的高温抗氧化性能。

3、本发明所制备的一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，原料中加入比例不同的电熔镁砂颗粒和细粉、镁铝尖晶石颗粒和细粉、钛白粉、稳定型或部分稳定型氧化锆微粉，由于它们的热膨胀系数不匹配，在热冲击过程中，会产生复杂的热应力场，从而改变镁尖晶石砖的显微结构，提高镁尖晶石砖的热震稳定性；TiO₂分散在ZrO₂晶格中，部分MgO稳定剂从ZrO₂晶胞中移出，与Al₂O₃反应生成MgAlO₄。由于MgO的移出，部分稳定的氧化锆发生马氏体相变，产生微裂纹，导致低的热膨胀系数和杨氏模量，从而使镁尖晶石砖热震稳定性提高；同时，氧化钛能够降低镁尖晶石砖的整体热膨胀系数，提高砖体的致密度，从而提高镁尖晶石砖的高温强度。

4、本发明所制备的一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，采用无铬原料，在生产和使用中不会产生Cr⁶⁺，避免了Cr⁶⁺污染，保护环境，避免Cr⁶⁺对人类的身体健康产生危害；本发明的制备过程采用免高温烧成工艺，生产能耗小，降低生产成本；本发明所制备的一种镁尖晶石砖，在经过耐火材料性能测试显示出比现有的镁铬砖具有更加优良的综合性能，尤其是其抗渣侵蚀性能明显较高，另外其热震残余强度保持率比传统Cr26镁铬砖高出1倍以上，高温抗折强度达到15MPa以上，常温耐压强度达到180MPa以上，使用寿命长，安全可靠性好。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：

实施例1~4

表1实施例1~4原料配比表（重量百分比）

实施例1~4所得产品和目前精炼炉应用的Cr26（即Cr₂O₃质量百分含量）镁铬砖，对比测试结果见表2，其中，实施例1采用的含碳外加剂为热塑性酚醛树脂，用量为镁尖晶石砖各组分总量的3.5%，实施例2采用的含碳外加剂为改性沥青树脂，用量为镁尖晶石砖各组分总量的3.5%，实施例3采用的含碳外加剂为热固性酚醛树脂和改性沥青树脂，用量为镁尖晶石砖各组分总量的3.5%，实施例4采用的含碳外加剂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂和改性沥青树脂，用量为镁尖晶石砖各组分总量的3.5%。

表2实施例1~4的产品与Cr26镁铬砖性能指标对比

表2中，（1）、按照国家致密耐火材料制品标准进行显气孔率、体积密度、常温耐压强度、高温抗折强度（1450℃×0.5h）、烧后线变化率（1550℃×3h）等项目检测；（2）、抗渣侵蚀和渗透性采用静态坩埚法，用某钢厂RH精炼炉渣在1650℃条件下对坩埚试样侵蚀和渗透的深度来评价产品的抗渣侵蚀和渗透性；（3）、抗热震性是以160×40×40mm的样条放入1100℃的热震炉内，保温20min，取出后风冷15min，反复重复这一过程3次，测试热震后的残余强度，以残余强度保持率作为抗热震性好坏的量度；（4）、抗氧化性的测试是将制品置于电炉内，在空气气氛中加热至1550℃，保温3h，冷却至室温后沿纵向切成两半，测量其脱碳层厚度。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：由下述成分按质量百分数组成，

电熔镁砂颗粒和细粉61~81%；

镁铝尖晶石颗粒0~8%；

镁铝尖晶石细粉3~10%；

金属铝粉2~8%；

钛白粉0.5~3%；

氧化锆细粉0.5~10%；

氧化钇粉体0.1~0.5%。

2.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：还包括含碳外加剂，所述含碳外加剂的用量为镁尖晶石砖各组分总量的2.9~4.8%。

3.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：所述含碳外加剂为热塑性酚醛树脂、改性沥青树脂、热固性酚醛树脂中的一种或任意两种或三种的组合。

4.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：电熔镁砂颗粒与细粉的重量比为：50~70：10~20，所述电熔镁砂颗粒由粒径为5~3mm的颗粒、粒径为3~1mm的颗粒和粒径为1~0mm的颗粒组成，粒径为5~3mm的颗粒、粒径为3~1mm的颗粒和粒径为1~0mm的颗粒的重量比为5～30：20～40：20～30。

5.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：电熔镁砂细粉的粒度≤0.074mm，其化学含量：MgO≥98%、CaO≤1.0%、SiO₂≤1.2%、Fe₂O₃≤1.0%；灼减≤0.1%。

6.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：所述镁铝尖晶石颗粒的粒径为1~0mm；镁铝尖晶石细粉为烧结铝镁尖晶石和电熔铝镁尖晶石，或烧结铝镁尖晶石、电熔铝镁尖晶石中的一种。

7.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：所述镁铝尖晶石细粉的粒度为0.044mmm，其化学成份的质量百分比含量为：Al₂O₃74～76%，MgO22～24%，Fe₂O₃≤0.5%，SiO₂≤0.2%，余量为杂质；灼减≤0.1%。

8.根据权利要求1所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖，其特征是：所述钛白粉的粒度≤0.044mm，其化学成份要求TiO₂≥93%；所述氧化锆细粉的粒度为≤0.044mm，化学成分要求ZrO₂≥96%；所述氧化钇的粒度为2.5~7μm，化学成分要求Y₂O₃≥99.9%；所述金属铝粉的粒度为≤0.074mm，其化学成分要求Al≥99%。

9.一种抗渣侵蚀镁尖晶石砖的制备方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的抗渣侵蚀镁尖晶石砖的制备方法，其特征是：在成型步骤中，半干法压制成型采用的压制机为摩擦制砖机、等静压机或液压机中的任一种。