CN105859314A - 一种钢水冶炼设备用含碳喷补料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢水冶炼设备用含碳喷补料及其制备方法，所述喷补料质量百分比组成为：镁砂60～90％；镁钙砂0～30％；结合剂1～7％；增塑剂1～6％；碳2～13％；抗氧化剂0.5～7％。所述喷补料的制备方法包括：(1)将结合剂、增塑剂、抗氧化剂、粒度为1mm以下的镁砂和粒度为1mm以下的镁钙砂在混料机中预混均匀，得预混粉；(2)将粒度为1～5mm的镁砂和粒度为1～5mm镁钙砂混合2～3min，再加入碳和预混粉混合5min，经检验、包装即得成品。通过所述比例的各物料协同配合及合理的制备方法，提高了喷补料的抗渣蚀性和抗热震性。本发明制备的钢水冶炼设备用含碳喷补料烧结时间短，粘附性及烧结性能好，具有更优的抗侵蚀性，提高使用寿命，经济效益显著。

Description

一种钢水冶炼设备用含碳喷补料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种钢水冶炼设备用含碳喷补料及其制备方法。
背景技术
钢水冶炼设备如转炉、电炉、钢包、RH炉等使用条件越来越苛刻，表现为：冶炼温度高、时间长，冶炼工艺过程复杂遭受冷热交替热循环破坏，钢水循环量增大对工作衬耐材造成较大冲刷磨损，冶炼钢种变化造成渣系改变造成对材料侵蚀。目前对衬材料进行喷补维护是延长使用寿命、降低耐材消耗的重要措施之一。
喷补方式主要有干法喷补、半干法喷补和湿法喷补3种，对钢水冶炼设备喷补维护，使用较多的还是半干法喷补。优质喷补料须满足以下要求：
(1)通过喷补设备时材料具有均匀的流动性能；
(2)良好的粘附性、固化性和硬化性；
(3)回弹量少(回弹率低)；
(4)喷补层具有良好的物理性能(体积密度大、气孔率较低、强度较高)；
(5)良好的烧结能力；
(6)耐火性能高；
(7)抗侵蚀性能高。
对于钢水冶炼设备，由于炼钢和精炼温度高、精炼工艺复杂、不同钢种冶炼等因素，造成炉衬侵蚀较快，需要频繁对炉衬进行喷补维护。炼钢炉衬需要具有优良的抗侵蚀性，因此对喷补料的品质也要求较高,如高附着率、烧结性能好、高温下强度高、耐热冲击、抗渣侵蚀性强等。一般采用MgO基的喷补料，以抵抗炼钢高温冶炼的侵蚀和冲刷作用。MgO基的喷补料包括镁质喷补料、镁钙质喷补料、镁铬质喷补料等。
公开号为US4168177的美国专利公开了一种镁质喷补料的组成，该喷补料用于电炉和转炉炉衬的修补。骨料采用转炉用后镁砖，将用后镁砖压碎后作为喷补料的主原料，加入量约90％。其它成分是硅酸钠和钠基膨润土。
公开号为CN101481257的中国专利公开了一种钢包渣线喷补料。主要料采用镁质或镁钙质材料，采用硅酸盐和磷酸盐复合结合剂，加入添加剂B2O3。喷补一次平均可提高钢包渣线寿命10次以上。
目前钢厂所用的喷补料不含碳，使用时抗侵蚀性能差、消耗大。公开号为CN105418085A的中国专利公开了一种镁碳质喷补料，采用钢包用后镁碳砖，一方面实现了用后耐材的循环利用，降低了喷补料的制造成本；另一方面，加入钢包用后镁碳砖引入了碳，由于碳与渣的不侵润性，阻止了渣渗透，提高了镁质喷补料的抗渣侵蚀性。但由于不含抗氧化剂，使用时会存在过快氧化损毁的问题。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的抗侵蚀性能差、消耗大的问题，提供一种烧结时间短、易粘附、易烧结、抗侵蚀性能好的钢水冶炼设备用含碳喷补料。
一种钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
作为优选，所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
本方案选用镁砂和镁钙砂作为喷补料主材料，具有可抵抗高温冶炼侵蚀和冲刷磨损的优点，同时资源丰富，便于大规模应用。在喷补料中加入镁钙砂，可提高喷补料的耐蚀性能；加入碳可提高喷补料的抗渣蚀性，抗热震性。
进一步优选，所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
在MgO-CaO二元相图中，MgO-CaO体系的熔点高，对于钢水冶炼操作而言，高MgO/CaO比值的材料能够降低熔渣的熔损速度，提高耐蚀性能。温度越高，提高MgO/CaO比值对于提高材料使用性能越有利。
进一步优选，所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
喷补料中，碳含量过低，改善抗渣蚀性和抗热震性的能力不足；碳含量过高，会使得喷补料的加水量较大，强度降低。
所述镁砂为烧结镁砂和电熔镁砂中的至少一种，且所述镁砂的MgO含量不低于90％。
所述镁砂的粒度分为四种，且四种粒度的重量百分比组成为：5～3mm的为15～30％；3～1mm的为35～50％；1～0.088mm的为15～35％；0.088mm以下的为15～30％。
所述镁钙砂经回转窑或竖窑高温烧制，且MgO和CaO的总含量不低于90％；其含量百分比，MgO：CaO＝1～8。
所述镁钙砂的粒度分为四种，且四种粒度的重量百分比组成为：5～3mm的为0～20％；3～1mm的为30～50％；1～0.088mm的为0～20％；0.088mm以下的为0～30％。
所述结合剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、糊精和铝酸盐水泥中的至少一种。
所述增塑剂为粘土、消石灰、活性氧化铝微粉、轻烧氧化镁、羧甲基纤维素和氧化硅微粉中的至少一种。加入增塑剂可改善喷补料的粘性和塑性。
在喷补料中加入碳，是因为碳与渣不侵润，可提高喷补料的抗渣侵蚀性，同时碳存在可改善喷补料抗热震性，有利于材料使用性能提高。在高温环境下喷补时，表面一薄层的碳会因与空气中氧气接触产生火苗燃烧，伴随放热，此热量有利于喷补料与基体衬材料的烧结结合，缩短烧结时间。
所述碳为电极石墨、土状石墨、鳞片石墨、中温沥青和高温沥青中的至少一种。其中，电极石墨、土状石墨和鳞片石墨的固定碳含量不低于70％，中温沥青和高温沥青的残碳量不低于50％。
所述碳的粒度为≤1mm。
喷补料中加入碳后，若没有抗氧化剂，因喷补料施工时加水量大(一般>12％)，高温下水分及部分挥发性成份的排出会导致出现很多开口气孔，空气中的氧气会沿着开口气孔流入喷补料中将碳氧化，造成喷补料氧化层疏松、强度低，设备使用过程中氧化疏松层会剥落。加入抗氧化剂，抗氧化剂会在喷补料表面形成保护层，阻止了氧气与内部碳的反应，从而有利于碳作用发挥。
所述抗氧化剂为金属硅、氮化硅、碳化硅和碳化硼中的至少一种。所述抗氧化剂作为喷补料的一部分，同样需要耐火性能高、抗侵蚀性能高和耐磨性好，作为优选，所述抗氧化为碳化硅。
所述抗氧化剂的粒度≤0.088mm，纯度≥90％。
进一步优选，所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
碳化硅有很好的脱氧效果，且脱氧时间短，当碳化硅与所述碳组合使用时，由于二者的协同作用，所述喷补料的抗渣侵蚀性能提高，且有效避免喷补料过快氧化损毁的问题，减少所述碳和抗氧化剂的使用量，节约能源，减少环境污染。。
进一步优选，所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，质量百分比组成为：
虽然中温沥青具有良好的粘附性，但其温度稳定性和耐久性较差，当其与电极石墨混合使用时，由于协同作用，所制得的喷补料的效果要优于单独使用电极石墨或中温沥青的效果。
喷补料组成物质的粒度组成对附着性和耐用性都有很大影响。细粒度能改善粘附性能、可塑性好、喷补料附着率高，但喷补时用水量较大，使材料体积密度低、气孔率高、抗剥落性差且耐侵蚀性不好；粗颗粒可使喷补层稳定、提高致密度、改进抗蚀性，但粗颗粒过多时喷枪容易堵、回弹率高、损耗大，严重时影响喷补效率，使用效果也不理想。本发明中，选用不同的颗粒进行搭配，目的是保证喷补料施工性能前提下，尽量满足材料致密性，提高材料使用性能。
所述钢水冶炼设备用含碳喷补料的制备方法，包括：
(1)将结合剂、增塑剂、抗氧化剂、粒度为1mm以下的镁砂和粒度为1mm以下的镁钙砂在混料机中预混均匀，得预混粉；
(2)将粒度为1～5mm的镁砂和粒度为1～5mm镁钙砂混合2～3min，再加入碳和预混粉混合5min，经检验、包装即得成品。
通过所述比例的各物料协同配合及合理的制备方法，本发明选用镁砂作为喷补料主材料，提高喷补料对高温冶炼侵蚀和冲刷磨损的抵抗性；在喷补料中加入碳，提高喷补料的抗渣蚀性和抗热震性。本发明制备的钢水冶炼设备用含碳喷补料烧结时间短，粘附性及烧结性能好，具有更优的抗侵蚀性，提高使用寿命，经济效益显著。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1列出了本发明实施例和对比例的原料配比组成。
表2列出本发明实施例和对比例制得的喷补料的性能。
表1 本发明实施例和比较例的原料配比组成
对于上表1中对应各实施例和对比例中的原料，本发明实施例和对比例中喷补料的制备方法，包括：
(1)将结合剂、增塑剂、抗氧化剂、粒度为1mm以下的镁砂和粒度为1mm以下的镁钙砂在混料机中预混均匀，得预混粉；
(2)将粒度为1～5mm的镁砂和粒度为1～5mm镁钙砂混合2～3min，再加入碳和预混粉混合5min，经检验、包装即得成品。
表2 本发明实施例和比较例制得的喷补料的性能
由表2可以看出，与对比例1相比，对比例2制得的喷补料由于添加了碳，喷补料的抗渣侵蚀性明星提高，但由于不含抗氧化剂，使用时喷补料过快氧化损毁，导致转炉中使用炉数较少。与对比例1～2相比，实施例1～6制得的喷补料加入碳和抗氧化剂，由于碳与渣不侵润，提高了喷补料的抗渣侵蚀性和转炉中使用炉数。与实施例4～5相比，实施例6制得的喷补料中同时加入电极石墨和中温沥青，由于二者的协同作用，所制得的喷补料的效果要优于单独使用电极石墨或中温沥青的效果。本发明通过所述比例的各物料协同配合，所制喷补料烧结时间缩短，使用炉数明显提高。

Claims (10)

1.一种钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，质量百分比组成为：
2.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述镁砂为烧结镁砂和电熔镁砂中的至少一种，且所述镁砂的MgO含量不低于90％。
3.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述镁砂的粒度分为四种，且四种粒度的重量百分比组成为：5～3mm的为15～30％；3～1mm的为35～50％；1～0.088mm的为15～35％；0.088mm以下的为15～30％。
4.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述镁钙砂经回转窑或竖窑高温烧制，且MgO和CaO的总含量不低于90％。
5.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述碳为电极石墨、土状石墨、鳞片石墨、中温沥青和高温沥青中的至少一种。
6.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述抗氧化剂为金属硅、氮化硅、碳化硅和碳化硼中的至少一种。
7.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，所述抗氧化剂的粒度≤0.088mm，纯度≥90％。
8.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，质量百分比组成为：
9.根据权利要求1所述钢水冶炼设备用含碳喷补料，其特征在于，质量百分比组成为：
10.根据权利要求1～9任一项所述钢水冶炼设备用含碳喷补料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将结合剂、增塑剂、抗氧化剂、粒度为1mm以下的镁砂和粒度为1mm以下的镁钙砂在混料机中预混均匀，得预混粉；
(2)将粒度为1～5mm的镁砂和粒度为1～5mm镁钙砂混合2～3min，再加入碳和预混粉混合5min，经检验、包装即得成品。
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