CN106588051A - 一种低气孔镁铬砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低气孔镁铬砖及其制备方法。以质量百分含量表示，本发明低气孔镁铬砖主要由原料粒度0～5mm的电熔镁铬砂50～70%、粒度0～1mm的铬精矿10～25%，镁砂10～25%和添加剂1～5%组成；另外，加入占上述所有原料总质量3～5%的结合剂。本发明按照低气孔镁铬砖的配料比例经过混料、成型、烧成、纳米氧化物悬浮液浸渍、微波干燥制备成本发明产品。本发明制备的产品具有气孔率低、致密度高、气孔孔径小、抗渗透能力强和热震稳定性好等特点，用于炉外精炼领域，能够显著提高窑炉的使用寿命，减低使用成本，取得良好的经济效益和社会效益。

Description

一种低气孔镁铬砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种炉外精炼领域低气孔镁铬砖及其制备方法。
背景技术
炉外精炼是生产洁净钢及高附加值钢铁产品的必要手段，是优化产品结构、减少资源能源消耗的关键环节。炉外精炼窑炉如RH炉、AOD炉、VOD炉等接触钢液易损的关键部位经受高温、温度波动、钢水及熔渣的冲刷、渗透、侵蚀，使用条件非常苛刻，通常使用熔粒再结合镁铬砖、半再结合镁铬砖作内衬材料。镁铬砖荷重软化温度高、抵抗熔渣性能好，是适用于炉外精炼领域的性能优良的内衬材料。但以传统方法制备的镁铬砖致密程度不高、气孔孔径较大，在与金属或熔渣接触部位使用时，因渗透剥落而造成使用寿命降低。
为此，通常采用浸渍镁盐的方法以降低镁铬砖的显气孔率和气孔孔径，但在高温条件下使用时镁铬砖中的镁盐分解，使降低的气孔率有所增大；同时，在存放过程中，镁盐易吸收空气中的水分后镁铬砖发生水化反应使制品的性能降低，影响了浸盐镁铬砖的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：根据炉外精炼所用耐火材料现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种气孔率低、致密度高、气孔孔径小、抗渗透能力强和热震稳定性好的低气孔镁铬砖及其制备方法。利用本发明技术方案制备的低气孔镁铬砖用于炉外精炼领域，能够显著提高窑炉的使用寿命，减低使用成本，取得良好的经济效益和社会效益。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提供一种低气孔镁铬砖，以质量百分含量表示，所述低气孔镁铬砖主要由原料粒度0～5mm的电熔镁铬砂50～70%、粒度0～1mm的铬精矿10～25%，镁砂10～25%和添加剂1～5%组成；另外，加入占上述所有原料总质量3～5%的结合剂。
根据上述的低气孔镁铬砖，所述电熔镁铬砂50～70%是由粒度0～2mm的电熔镁铬砂20～30%和2～5mm的电熔镁铬砂30～40%组成。
根据上述的低气孔镁铬砖，所述镁砂10～25%是由粒度2～5mm的镁砂0～10%和粒度＜0.088mm的镁砂5～25%组成。
根据上述的低气孔镁铬砖，所述电熔镁铬砂中Cr2O3的质量百分含量为20～30%；所述铬精矿中Cr2O3的质量百分含量≥52%，SiO2含量≤0.8%；所述镁砂为MgO质量百分含量＞97%的烧结镁砂和/或电熔镁砂。
根据上述的低气孔镁铬砖，所述添加剂为氧化锆和氧化铬中的任一种或两种；所述氧化锆和氧化铬的粒度均＜20µｍ。
根据上述的低气孔镁铬砖，所述结合剂为亚硫酸纸浆废液、氯化镁溶液和糊精溶液中的任一种或任两种；所述结合剂的比重为1.20～1.25。
另外，提供一种上述低气孔镁铬砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、混料：首先按照上述低气孔镁铬砖的配比比例称取各种原料，将称取的电熔镁铬砂、铬精矿、镁砂和添加剂加入混练机中混合2～3分钟，接着加入结合剂再继续混炼10～20分钟，得到混合物料；
b、成型：将所得混合物料采用压力机压制成型为砖坯，压力机的压力为
1000～1600吨，所得砖坯的体积密度为3.30～3.40g/cm3；
c、烧成：将所得砖坯置于干燥器中，干燥至残余水分＜0.5%；然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，烧成温度为1700～1850℃，在烧成温度条件下保温时间为8～12小时；
d、浸渍：将烧成后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行抽真空至真空度为1000～1500Pa，然后加入预先制备的纳米氧化物悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着进行加压至0.4～0.5 MPa，浸渍处理20～60分钟；
e、微波干燥：将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为50～150℃，干燥时间为0.5～4h，干燥后得到产品低气孔镁铬砖。
根据上述的低气孔镁铬砖的制备方法，步骤d中所述纳米氧化物悬浮液是通过以下方法制备而成：
首先将纳米氧化物加入饮用水中，然后加入分散剂；所述纳米氧化物与饮用水之间加入的质量比为1：1～5，所述分散剂的加入量占纳米氧化物质量的0.2～0.8%；然后采用氨水调节所得悬浮液的pH值为8～11，接着机械搅拌10～30min；搅拌后采用超声波继续分散40～60min，分散均匀后制成纳米氧化物悬浮液。
根据上述的低气孔镁铬砖的制备方法，所述纳米氧化物为纳米氧化铬、纳米氧化锆或纳米氧化铬和纳米氧化锆二者的混合物；所述纳米氧化物的粒径为20～50nm，所述纳米氧化物的纯度≥99.8%。
根据上述的低气孔镁铬砖的制备方法，所述分散剂为聚甲基丙烯酸铵、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酸钠或六偏磷酸钠。
本发明采用的饮用水，是指质量达到饮用标准的水。
本发明的积极有益效果：
1、本发明采用纳米氧化物悬浮液对烧成后的镁铬砖进行浸渍的工序，既避免了直接向镁铬砖中加入纳米氧化物粉体，由于纳米氧化物难以分散造成的效果不佳；同时也避免了利用纳米氧化物前躯体由于制备过程复杂、溶胶不稳定造成的镁铬砖性能不稳定的缺陷。
2、本发明经过浸渍和微波处理后的纳米氧化物填充在镁铬砖的显气孔中，降低了镁铬砖的气孔率，细化了气孔孔径，使制品的气孔率降低4～6%，稳定提高了制品的抗渗透性和抗侵蚀性；其次、采用微波干燥，在干燥温度较低、干燥时间减少三分之二以上的前提下，从而提高了干燥效率；也避免了采用常规干燥方法导致的由于烘干效率低、烘干时间长导致镁铬砖的水化导致产品使用性能的降低；第三、采用纳米氧化物进行浸渍，避免了常规的浸渍镁盐后存放过程中的吸潮水化和在高温下的镁盐分解导致的气孔率回升导致的产品高温性能的降低；第四、由于纳米氧化物的活性在较低的烧结温度下，形成尖晶石类固溶体，从而也改善了制品的热震稳定性能；第五、浸渍的纳米氧化铬在高温下与炉渣中熔点较低的Al2O3、FeO分别反应生成Al2O3-Cr2O3固溶体及FeO·Cr2O3等高熔点相，提高了液相粘度，增大了炉渣对耐火材料的润湿角，减轻了炉渣对耐火材料的侵蚀；浸渍的纳米氧化锆在高温下与炉渣中的碱性氧化物CaO反应生成高熔点的锆酸钙，增大了液相的粘度，同样可以提高材料对炉渣侵蚀的抵抗能力。
3、本发明制备的低气孔率镁铬砖用于炉外精炼领域时，能够显著提高窑炉的使用寿命，降低使用成本，对钢铁行业有重要的经济效益和社会效益。
具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。
以下实施例中采用的电熔镁铬砂中Cr2O3的质量百分含量为20～30%；铬精矿中Cr2O3的质量百分含量≥52%，SiO2含量≤0.8%；镁砂为MgO质量百分含量＞97%的烧结镁砂和/或电熔镁砂；添加剂为氧化锆和氧化铬中的任一种或两种，所述氧化锆和氧化铬的粒度均＜20µｍ。
实施例1：
本发明低气孔镁铬砖，以质量百分含量表示，原料组成为：粒度0～5mm的电熔镁铬砂65%、铬精矿13%，电熔镁砂21%和添加剂氧化锆1%组成；另外加入占上述所有原料总质量3.5%的结合剂氯化镁溶液（氯化镁溶液的比重为1.20）。
所述粒度0～5mm的电熔镁铬砂65%是由粒度0～2mm的电熔镁铬砂25%和2～5mm的电熔镁铬砂40%组成；
所述铬精矿13%是由粒度0～1mm的铬精矿5%和≤180目的铬精矿8%组成；
所述电熔镁砂21%是由2～5mm的电熔镁砂5%和＜0.088mm的电熔镁砂16%组成。
本发明实施例1低气孔镁铬砖的制备方法，详细步骤如下：
a、混料：首先按照实施例1所述低气孔镁铬砖的配比比例称取各种原料，将称取的电熔镁铬砂、铬精矿、电熔镁砂和添加剂氧化锆加入混练机中混合3分钟，接着加入结合剂氯化镁溶液再继续混炼20分钟，得到混合物料；
b、成型：将所得混合物料采用压力机压制成型为砖坯，压力机的压力为
1000吨，所得砖坯的体积密度为3.35g/cm3；
c、烧成：将所得砖坯置于干燥器中，干燥至残余水分＜0.5%；然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，烧成温度为1780℃，在烧成温度条件下保温时间8小时；
d、浸渍：将烧成后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行抽真空至真空度为1500Pa，然后加入预先制备的纳米氧化铬悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着进行加压至0.5 MPa，浸渍处理40分钟；
纳米氧化铬悬浮液的制备方法：首先将纳米氧化铬加入饮用水中，然后加入分散剂聚丙烯酸铵；所述纳米氧化铬与饮用水之间的质量比为1：4，所述分散剂聚丙烯酸铵的加入量占纳米氧化铬质量的0.6%；然后采用氨水调节所得悬浮液的pH值为10，接着机械搅拌20min；搅拌后采用超声波继续分散50min，分散均匀后制成纳米氧化铬悬浮液；
e、微波干燥：将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为80～120℃，干燥后得到产品低气孔镁铬砖。
实施例2：
本发明低气孔镁铬砖，以质量百分含量表示，原料组成为：粒度0～5mm的电熔镁铬砂67%、铬精矿15%，烧结镁砂16%和添加剂氧化铬2%组成；另外加入占上述所有原料总质量3%的结合剂亚硫酸纸浆废液（亚硫酸纸浆废液的比重为1.25）。
所述粒度0～5mm的电熔镁铬砂67%是由粒度0～2mm的电熔镁铬砂27%和2～5mm的电熔镁铬砂40%组成；
所述铬精矿15%是由粒度0～1mm的铬精矿6%和粒度≤180目的铬精矿9%组成；
所述烧结镁砂16%为粒度＜0.088mm的烧结镁砂16%。
本发明实施例2低气孔镁铬砖的制备方法，详细步骤如下：
a、混料：首先按照实施例2所述低气孔镁铬砖的配比比例称取各种原料，将称取的电熔镁铬砂、铬精矿、烧结镁砂和添加剂氧化铬原料加入混练机中混合3分钟，接着加入结合剂亚硫酸纸浆废液再继续混炼15分钟，得到混合物料；
b、成型：将所得混合物料采用压力机压制成型为砖坯，压力机的压力为
1600吨，所得砖坯的体积密度为3.40g/cm3；
c、烧成：将所得砖坯置于干燥器中，干燥至残余水分＜0.5%；然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，烧成温度为1810℃，在烧成温度条件下保温时间10小时；
d、浸渍：将烧成后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行抽真空至真空度为1500Pa，然后加入预先制备的纳米氧化铬悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着进行加压至0.45 MPa，浸渍处理50分钟；
纳米氧化铬悬浮液的制备方法：首先将纳米氧化铬加入饮用水中，然后加入分散剂聚甲基丙烯酸铵；所述纳米氧化铬与饮用水之间加入的质量比为1：3，所述分散剂聚甲基丙烯酸铵的加入量占纳米氧化铬质量的0.5%；然后采用氨水调节所得悬浮液的pH值为10，接着机械搅拌20min；搅拌后采用超声波继续分散50min，分散均匀后制成纳米氧化铬悬浮液；
e、微波干燥：将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为80℃～120℃；
f、第二次浸渍及干燥：将第一次浸渍微波干燥后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行与第一次相同的浸渍工艺处理，不同的是纳米氧化铬与饮用水之间加入的质量比为2：5；将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为80℃～120℃；
g、第三次浸渍及干燥：将第二次浸渍干燥后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行与第二次相同的浸渍工艺处理，不同的是纳米氧化铬与饮用水之间加入的质量比为1：2；将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为80℃～120℃，干燥后得到低气孔镁铬砖。
实施例3：
本发明低气孔镁铬砖，以质量百分含量表示，原料组成为：粒度0～5mm的电熔镁铬砂58%、铬精矿14%、镁砂25%和添加剂氧化锆3%组成；另外加入占上述所有原料总质量3.5%的结合剂糊精溶液（糊精溶液的比重为1.22）。
所述粒度0～5mm的电熔镁铬砂58%是由粒度0～2mm的电熔镁铬砂23%和2～5mm的电熔镁铬砂35%组成；
所述镁砂25%是由粒度2～5mm的烧结镁砂10%组成和粒度＜0.088mm的电熔镁砂15%组成；
所述铬精矿为粒度＜0.088mm的铬精矿。
本发明实施例3低气孔镁铬砖的制备方法，详细步骤如下：
a、混料：首先按照实施例3所述低气孔镁铬砖的配比比例称取各种原料，将称取的电熔镁铬砂、铬精矿、电熔镁砂、烧结镁砂和添加剂氧化锆加入混练机中混合3分钟，接着加入结合剂糊精溶液再继续混炼15分钟，得到混合物料；
b、成型：将所得混合物料采用压力机压制成型为砖坯，压力机的压力为
1000吨，所得砖坯的体积密度为3.30g/cm3；
c、烧成：将所得砖坯置于干燥器中，干燥至残余水分＜0.5%；然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，烧成温度为1720℃，在烧成温度条件下保温时间8小时；
d、浸渍：将烧成后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行抽真空至真空度为1330Pa，然后加入预先制备的纳米氧化锆悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着进行加压至0.45 MPa，浸渍处理50分钟；
纳米氧化锆悬浮液的制备方法：首先将纳米氧化锆加入饮用水中，然后加入分散剂聚丙烯酸钠；所述纳米氧化锆与饮用水之间加入的质量比为1：4，所述分散剂聚丙烯酸钠的加入量占纳米氧化锆质量的0.5%；然后采用氨水调节所得悬浮液的pH值为9，接着机械搅拌20min；搅拌后采用超声波继续分散60min，分散均匀后制成纳米氧化锆悬浮液；
e、微波干燥：将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为90℃，干燥后得到产品低气孔镁铬砖。
利用本发明实施例1、2和3所制备产品的相关性能检测数据详见表1。
。

Claims (10)

1.一种低气孔镁铬砖，其特征在于：以质量百分含量表示，所述低气孔镁铬砖主要由原料粒度0～5mm的电熔镁铬砂50～70%、粒度0～1mm的铬精矿10～25%，镁砂10～25%和添加剂1～5%组成；另外，加入占上述所有原料总质量3～5%的结合剂。
2.根据权利要求1所述的低气孔镁铬砖，其特征在于：所述电熔镁铬砂50～70%是由粒度0～2mm的电熔镁铬砂20～30%和2～5mm的电熔镁铬砂30～40%组成。
3.根据权利要求1所述的低气孔镁铬砖，其特征在于：所述镁砂10～25%是由粒度2～5mm的镁砂0～10%和粒度＜0.088mm的镁砂5～25%组成。
4.根据权利要求1所述的低气孔镁铬砖，其特征在于：所述电熔镁铬砂中Cr2O3的质量百分含量为20～30%；所述铬精矿中Cr2O3的质量百分含量≥52%，SiO2含量≤0.8%；所述镁砂为MgO质量百分含量＞97%的烧结镁砂和/或电熔镁砂。
5.根据权利要求1所述的低气孔镁铬砖，其特征在于：所述添加剂为氧化锆和氧化铬中的任一种或两种；所述氧化锆和氧化铬的粒度均＜20µｍ。
6.根据权利要求1所述的低气孔镁铬砖，其特征在于：所述结合剂为亚硫酸纸浆废液、氯化镁溶液和糊精溶液中的任一种或任两种；所述结合剂的比重为1.20～1.25。
7.一种权利要求1所述低气孔镁铬砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、混料：首先按照权利要求1所述低气孔镁铬砖的配比比例称取各种原料，将称取的电熔镁铬砂、铬精矿、镁砂和添加剂加入混练机中混合2～3分钟，接着加入结合剂再继续混炼10～20分钟，得到混合物料；
b、成型：将所得混合物料采用压力机压制成型为砖坯，压力机的压力为
1000～1600吨，所得砖坯的体积密度为3.30～3.40g/cm3；
c、烧成：将所得砖坯置于干燥器中，干燥至残余水分＜0.5%；然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧成，烧成温度为1700～1850℃，在烧成温度条件下保温时间为8～12小时；
d、浸渍：将烧成后得到的镁铬砖置于压力容器中，进行抽真空至真空度为1000～1500Pa，然后加入预先制备的纳米氧化物悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着进行加压至0.4～0.5 MPa，浸渍处理20～60分钟；
e、微波干燥：将浸渍后的镁铬砖置于微波干燥窑中进行干燥处理，干燥温度为50～150℃，干燥时间为0.5～4h，干燥后得到产品低气孔镁铬砖。
8.根据权利要求7所述的低气孔镁铬砖的制备方法，其特征在于，步骤d中所述纳米氧化物悬浮液是通过以下方法制备而成：
首先将纳米氧化物加入饮用水中，然后加入分散剂；所述纳米氧化物与饮用水之间加入的质量比为1：1～5，所述分散剂的加入量占纳米氧化物质量的0.2～0.8%；然后采用氨水调节所得悬浮液的pH值为8～11，接着机械搅拌10～30min；搅拌后采用超声波继续分散40～60min，分散均匀后制成纳米氧化物悬浮液。
9.根据权利要求8所述的低气孔镁铬砖的制备方法，其特征在于：所述纳米氧化物为纳米氧化铬、纳米氧化锆或纳米氧化铬和纳米氧化锆二者的混合物；所述纳米氧化物的粒径为20～50nm，所述纳米氧化物的纯度≥99.8%。
10.根据权利要求8所述的低气孔镁铬砖的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚甲基丙烯酸铵、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酸钠或六偏磷酸钠。
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