CN106187248B - 一种多层复合流钢砖及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层复合流钢砖及其生产方法，该流钢砖包括带有钢液流道的砖基体，在钢液流道表面依次复合有结合层和工作层。本发明砖基体选择焦宝石、叶腊石、三级矾土熟料、黏土为主料，并添加少量硅线石、红柱石、钾长石；工作层选择刚玉、莫来石、α‑Al2O3微粉为主料，并添加少量硅线石、硅微粉、粘土、红柱石。将工作层原料配成浆料喷涂在钢液流道表面进行烧制，通过工作层与基体层的反应得到莫来石质结合层，使其成为整体。浇钢过程中，工作层、结合层、基体层三者之间紧密结合，不会发生工作层分离的情况。本发明砖体成本低、高温性能好、抗冲刷侵蚀能力强，市场竞争优势明显，可通过设计调整工作层厚度，适用于不同特种钢的冶炼。
Description
技术领域
本发明涉及特种钢冶炼用耐火材料，尤其是涉及一种铸模炼钢用多层复合流钢砖，本发明还涉及该流钢砖的生产方法。
背景技术
流钢砖是砌在浇注铸锭用底板的沟槽内连通分钢砖和钢锭模的中空耐火砖，一般为长方体中空结构。为减小钢液流动过程中的阻力并防止漏钢，要求流钢砖内流道光滑，外形规整，接缝严密。
长期以来，由于模铸炼钢工艺的原因，所用的流钢砖均为一次性产品。因此，从成本角度考虑，现有的模铸炼钢用流钢砖多采用粘土质材料。随着炼钢技术的不断发展，尤其是一些特种合金钢技术的发展，对钢的品质要求越来越高。而传统的粘土质流钢砖由于耐冲刷性能差，容易造成钢件夹杂，严重影响了钢的质量。为减小夹杂，国内部分企业采用了普通高铝流钢砖（Al2O3含量≤60%），但由于该种砖的热震性能较差，使用过程中易产生炸裂，且耐侵蚀性能也不能满足生产要求。除此之外，也有研究并生产刚玉莫来石质、刚玉质、高铝质（Al2O3含量≥80%）等流钢砖，这类流钢砖虽能够较好的满足特种钢的生产，然而其造价昂贵、烧成温度较高，资源、能源浪费较大。由于其昂贵的价格，目前仅使用在一些卖价昂贵的特种合金钢中，无法大面积推广到其他特种钢冶炼生产中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种价格低廉、能满足不同特种钢冶炼需求的多层复合流钢砖，本发明还提供该流钢砖的生产方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的多层复合流钢砖，包括带有钢液流道的砖基体，在所述钢液流道的表面自内向外依次复合有结合层和工作层。
其中的工作层由原料刚玉粉、莫来石粉、活性α-Al2O3微粉、硅微粉、结合黏土粉、硅线石粉、红柱石粉、分散剂（外加）、结合剂（外加）、防沉剂（外加）按下述重量份配比配制而成：刚玉粉10~65份，莫来石粉0~55份，活性α-Al2O3微粉10~30份，硅微粉5~10份，结合黏土粉0~10份，硅线石粉0~15份，红柱石粉0~10份，分散剂0.15~0.35份，结合剂20~40份，防沉剂2~4份。
所用的刚玉粉为粒度≤100目的白刚玉、致密刚玉、板状刚玉或棕刚玉粉，或为上述几种刚玉粉的混合物；所用莫来石粉为粒度≤80目的电熔莫来石或/和烧结莫来石粉。所用的硅微粉为92#硅微粉、95#硅微粉和97#硅微粉中的一种或两种以上。
所用分散剂为多聚磷酸钠、超聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FS10、FS20、F10中的一种或两种以上混合物；所用结合剂为水、1.1~1.2g/cm3的水玻璃、磷酸二氢铝溶液或1.1~1.2g/cm3的亚硫酸纸浆废液；所用防沉剂为淀粉、糊精、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上的混合物。
为保证流钢砖的砖体质量，本发明的砖基体由原料焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒、叶腊石生料细粉、硅线石细粉、红柱石细粉、结合黏土细粉、钾长石细粉和结合剂（外加）按下述重量份配比配制而成：焦宝石颗粒0~55份，叶腊石生料颗粒0~52份，三级矾土熟料颗粒0~52份，叶腊石生料细粉20~30份，硅线石细粉10~20份，红柱石细粉0~10份，结合黏土细粉5~10份，钾长石细粉0~3份；结合剂3~4份。
其中叶腊石生料颗粒粒度为3-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~12份；所用焦宝石颗粒粒度为3-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~15份；所用三级矾土熟料颗粒粒度为2.5mm-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~12份。
其中所用的叶腊石生料细粉和结合黏土细粉的粒度≤200目；所用硅线石细粉、红柱石细粉和钾长石细粉的粒度≤180目；所用的外加结合剂为亚硫酸纸浆废液或水。
为保证流钢砖的质量，所用焦宝石原料要求SiO2≥45%，K2O+Na2O≤0.8%，Fe2O3≤1.5%；所用叶腊石原料要求SiO2≥65%，K2O+Na2O≤0.6%，Fe2O3≤1.0%；所用三级矾土熟料要求SiO2≥35%，K2O+Na2O≤0.5%，Fe2O3≤1.2%。
本发明所述多层复合流钢砖的生产方法包括下述步骤：
第一步，砖坯的制备
按比例准确称量焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒、叶腊石生料细粉、硅线石细粉、红柱石细粉、结合黏土细粉、钾长石细粉和结合剂，将上述原料混合均匀后制成带有钢液流道的砖坯，然后将砖坯推入隧道窑中于40℃~120℃温度下干燥24小时，干燥后砖坯的显气孔率为18%~24%；
第二步，工作层浆料的制备
按比例准确称量刚玉粉、莫来石粉、活性α-Al2O3微粉、硅微粉、结合黏土粉、硅线石粉和红柱石粉，入球磨机中混料8~12小时后，加入分散剂、结合剂、防沉剂后继续混料2~3小时，得到的成品浆料密封保存；
第三步，复合砖坯的制备
将第二步制备的成品浆料喷涂在第一步制成的砖坯钢液流道的表面，形成0.5~3.5mm厚的浆料涂层；
第四步，干燥、烧成
将第三步制成的复合砖坯入隧道窑40°C~120°C温度下干燥24~36小时，然后在隧道窑中于1300°C~1350°C温度下烧成，烧制时间10~12小时，得到钢液流道表面自内向外依次复合有结合层和工作层的复合流钢砖成品，其中的工作层由钢液流道表面喷涂的浆料涂层烧结而成，结合层由浆料涂层和砖坯在烧结过程中发生反应形成。
必要时，烧成后的复合流钢砖成品可以根据砖型的不同按厂家要求进行打箍处理，并依照用户砖型图纸尺寸及外观要求诸块进行检验，并按批次对成品砖的理化指标进行抽检。
本发明的优点在于砖体价格低廉，且具有耐高温、强度高、热震性能好等特点，钢液流道具有很好的抵抗钢水冲刷能力，并可以通过调整工作层的不同厚度，满足不同特种钢的冶炼需求。
其优点具体体现在以下几个方面：
1、砖基体材料主要选用焦宝石、叶腊石生料、三级矾土熟料、结合黏土等，原料丰富易得，生产成本较低；添加少量硅线石、红柱石后，其热震稳定性能大幅提高，能够有效地抵抗钢液浇注过程中由于温差太大产生的应力，满足浇钢的使用要求；
2、与钢液接触的工作层材料选用高温性能好，耐冲刷、抗侵蚀能力强的刚玉、莫来石、α-Al2O3微粉为主要原料，能够在浇钢过程中很好地抵抗钢液冲刷和侵蚀，有效地解决了传统的粘土质、高铝质流钢砖易冲刷导致夹杂等问题，且少量硅线石、红柱石加入后，热震稳定性能明显较好；
3、本发明的复合砖坯体在隧道窑烧成过程中，工作层（浆料涂层）材料中的Al2O3成分能够与砖基体材料中的SiO2成分发生反应，生成莫来石质结合层。这种结合层的形成有效地将工作层与砖基体材料结合，使其成为整体，在浇钢过程中，工作层、结合层、基体层三者之间紧密结合，不会发生工作层分离的情况；同时，在浇钢过程中，一旦工作层遭到破坏，结合层还能起到对砖基体材料的二次保护作用；
4、采用本发明方法生产制备的多层复合流钢砖，与纯莫来石流钢砖、刚玉流钢砖、高铝流钢砖相比，价格降低50%~80%不等；且由于工作层采用的主要原料为硬度较大、高温性能好、耐冲刷、抗侵蚀能力强的刚玉和莫来石材料，仍能够达到莫来石流钢砖、刚玉流钢砖和高铝流钢砖的使用效果。同时，还可以根据钢种的不同设计不同的工作层厚度，很好地满足不同特种钢的冶炼要求。
附图说明
图1是本发明复合流钢砖的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例1~7对本发明做更加详细的说明。
表1、表2分别是实施例1~7的砖基体原料配比和工作层浆料的原料配比图表。
表1 实施例1~7的砖基体原料配比（按重量百分比计）
表2 实施例1~7的工作层浆料原料配比（按重量百分比计）
。
本发明多层复合流钢砖的生产方法包括下述具体步骤（实施例1~7的制备方法相同）：
第一步，砖坯的制备
按表1中的比例准确称量各原料，加入混碾机中先干混3~5分钟，然后加入结合剂再混碾5~8分钟，形成均匀的泥料；将泥料在压砖机内（压力80~120MPa）压制成带有钢液流道的砖坯，然后将成型砖坯送入隧道窑中于40℃~120℃温度下干燥24小时，干燥后砖坯的显气孔率为18%~24%；
第二步，工作层浆料的制备
按表2的比例准确称量各原料，倒入带有刚玉介质的球磨机中混料8~12小时后，加入外加的分散剂、结合剂、防沉剂继续混料2~3小时，得到均匀的成品浆料密封保存；
第三步，复合砖坯的制备
将第二步制备的成品浆料通过一次或多次喷涂等工艺粘附在第一步制成的砖坯钢液流道的表面，形成0.5~3.5mm厚的浆料涂层；
第四步，干燥、烧成
将第三步制成的复合砖坯入隧道窑40°C~120°C温度下干燥24~36小时，然后再推入隧道窑进行烧成，烧成温度控制在1300°C~1350°C之间，烧制时间10~12小时，随后冷却至室温出窑。如图1所示，烧成的成品复合流钢砖1的钢液流道表面自内向外依次复合有结合层2和工作层3，其中的工作层3由钢液流道表面喷涂的浆料涂层烧结而成，结合层2由浆料涂层和砖坯在烧结过程中发生反应形成；
第五步，检验出厂
按照用户的产品要求进行打箍，同时按砖型图纸尺寸和外观要求进行逐块检验，并按批次对复合流钢砖指标进行抽检。检验合格的产品按包装要求进行包装出厂，发往客户。
本发明生产的成品多层复合流钢砖的砖基体，钢液流道表面的结合层、工作层材料的理化指标如下表3。
表3
从表3可以看出，工作层材料具有较高的耐火度和荷重软化温度，且1600°C高温强度也较高，说明能够起到很好地抵抗钢水冲刷和侵蚀的作用；结合层材料的常温强度和1500°C烧后耐压强度均较高，说明能够很好地将工作层和砖基体材料结合为一体，防止在浇钢过程中工作层和砖基体脱离，同时也具有较高的耐火度和荷重软化温度，能够对砖基体起到第二层保护作用；砖基体、结合层和工作层均具有较好的热震稳定性能，其1100°C水冷次数均大于20次，完全满足流钢砖一次性浇注使用的工艺特点。
本发明已在舞阳钢铁、汉冶钢铁、中原特钢等国内生产特殊钢的多家厂家进行了试用，可满足不同客户的生产需要。同时由于本发明生产的流钢砖成本低、性能优良、市场竞争力强，为公司拓展国内外潜在销售市场提供了有利的技术保障。
Claims (8)
1.一种多层复合流钢砖，包括带有钢液流道的砖基体，其特征在于：在所述钢液流道的表面自内向外依次复合有结合层和工作层；
所述工作层由原料刚玉粉、莫来石粉、活性α-Al2O3微粉、硅微粉、结合黏土粉、硅线石粉、红柱石粉、分散剂、结合剂、防沉剂按下述重量份配比配制而成：刚玉粉10~65份，莫来石粉0~55份，活性α-Al2O3微粉10~30 份，硅微粉5~10份，结合黏土粉0~10份，硅线石粉0~15份，红柱石粉0~10份，分散剂0.15~ 0.35份，结合剂20~40份，防沉剂2~4份。
2.根据权利要求1所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所述刚玉粉为粒度≤100目的白刚玉、致密刚玉、板状刚玉或棕刚玉粉，或为上述几种刚玉粉的混合物；所述莫来石粉为粒度≤80目的电熔莫来石或/和烧结莫来石粉。
3.根据权利要求1所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所述分散剂为多聚磷酸钠、超聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FS10、FS20、F10中的一种或两种以上混合物；所述结合剂为水、1.1~1.2g/cm3 的水玻璃、磷酸二氢铝溶液或1.1~1.2 g/cm3 的亚硫酸纸浆废液；所述防沉剂为淀粉、糊精、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所述砖基体由原料焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒、叶腊石生料细粉、硅线石细粉、红柱石细粉、结合黏土细粉、钾长石细粉和结合剂按下述重量份配比配制而成：焦宝石颗粒0~55份，叶腊石生料颗粒0~52份，三级矾土熟料颗粒0~52份，叶腊石生料细粉20~30份，硅线石细粉10~20份，红柱石细粉0~10份，结合黏土细粉5~10份，钾长石细粉0~3份；结合剂3~4份；所述焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒不能同时为零。
5.根据权利要求4所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所述叶腊石生料颗粒粒度为3-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~12份；所述焦宝石颗粒粒度为3-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~15份；所述的三级矾土熟料颗粒粒度为2.5mm-1mm、1-0.1mm两种，重量份分别为0~40份、0~12份；所述焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒不能同时为零。
6.根据权利要求4所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所述叶腊石生料细粉和结合黏土细粉的粒度≤200目；所述硅线石细粉、红柱石细粉和钾长石细粉的粒度≤180目；所述结合剂为亚硫酸纸浆废液或水。
7.根据权利要求4所述的多层复合流钢砖，其特征在于：所用焦宝石原料要求SiO2≥45%，K2O+Na2O≤0.8%，Fe2O3≤1.5%；所用叶腊石原料要求SiO2≥65%，K2O+Na2O≤0.6%，Fe2O3≤1.0%；所用三级矾土熟料要求SiO2≥35%，K2O+Na2O≤0.5%，Fe2O3≤1.2%。
8.权利要求4所述多层复合流钢砖的生产方法，其特征在于：包括下述步骤：
第一步，砖坯的制备
按比例准确称量焦宝石颗粒、叶腊石生料颗粒、三级矾土熟料颗粒、叶腊石生料细粉、硅线石细粉、红柱石细粉、结合黏土细粉、钾长石细粉和结合剂，将上述原料混合均匀后制成带有钢液流道的砖坯，入隧道窑中在40℃~120℃温度下干燥24小时，干燥后的砖坯显气孔率为18%~24%；
第二步，工作层浆料的制备
按比例准确称量刚玉粉、莫来石粉、活性α-Al2O3 微粉、硅微粉、结合黏土粉、硅线石粉和红柱石粉，入球磨机中混料8~12小时后，加入分散剂、结合剂、防沉剂后继续混料2~3小时，得到的成品浆料密封保存；
第三步，复合砖坯的制备
将第二步制备的成品浆料喷涂在第一步制成的砖坯钢液流道的表面，形成0.5~3.5mm厚的浆料涂层；
第四步，干燥、烧成
将第三步制成的复合砖坯入隧道窑40℃ ~120℃ 温度下干燥24~36小时，然后在隧道窑中于1300℃ ~1350℃ 温度下烧成，烧制时间10~12小时，得到钢液流道表面自内向外依次复合有结合层和工作层的复合流钢砖成品。
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