CN106747516A - 一种高性能无碳低碳钢包砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉40‑70份、石墨0‑3份、铝矾土30‑40份、红柱石0‑10份、碳化硅1‑3份和酚醛树脂2‑4份。该无碳低碳钢包砖采用的原料少，工艺简单，制备的产品气孔率低，强度高，抗热震性、抗侵蚀性、耐冲刷性和耐氧化性能优异，使用寿命长。

Description

一种高性能无碳低碳钢包砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温材料与冶金技术领域，尤其是涉及一种高性能无碳低碳钢包砖及其制备方法。
背景技术
随着炼钢工业的发展，无碳低碳钢包砖已成为钢铁工业的重要革新技术之一，钢包砖在使用过程中，由于需要长期承受高温钢液的化学侵蚀和物理冲刷，经受激烈且瞬变的热冲击和机械磨损作用，使用条件极为苛刻，因此钢包砖必须具有高强度、耐磨损、耐渣蚀和热震稳定性好等特性。目前使用的钢包砖为含碳钢包砖，这种钢包砖的缺点是：对洁净钢增碳严重，同时由于碳的氧化对大气或多或少造成了一定的污染。
中国专利申请号201110406028.1公开了一种无碳钢包砖及其制备方法， 即以高铝矾土熟料、刚玉系原料、氧化镁、氧化铝微粉为主要原料，加入氧化铁、氯化镁溶液、六偏磷酸钠、黄糊精进行制备，经特殊步骤混料后，困料30分钟后压制成型， 在200℃下干燥24小时即可制得本发明的产品。本发明能使骨料和粉料的间隙存在有氧化铁和氧化铝微粉，中高温时会生成热膨胀率较低的铁铝尖晶石，同时又不会使过多的氧化铁进入基质中，能使钢包砖有较好的高温稳定性和抗剥落性能。但是该专利采用的原料较多，相对来说制备工艺复杂。
中国专利申请号201410223262.4公开了一种再生刚玉尖晶石不烧钢包砖，该钢包砖的原料组份按重量份数比计包括：40～70份的刚玉再生料和2～10份的结合剂，其中，刚玉再生料为刚玉再生预制块和刚玉再生尖晶石块中任意一种或二种，该方法首先按重量份数比计称取刚玉再生料和结合剂，备用；再将称取的原料经混碾机混碾，然后放入压砖机成型，在150～250℃条件下热处理12～36h小时，最后经拣选、检验、包装、入库，即得到再生刚玉尖晶石不烧钢包砖。该发明采用的原料成本比较高，且刚玉再生料粒径不同，但是在制备产品过程中直接混合，混合均匀度不够，制备的产品气孔率偏高，导致产品的抗侵蚀以及抗震性能较弱。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高性能无碳低碳钢包砖，该无碳低碳钢包砖采用的原料少，工艺简单，制备的产品气孔率低，强度高，抗热震性、抗侵蚀性、耐冲刷性和耐氧化性能优异，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉40-70份、石墨0-3份、铝矾土30-40份、红柱石0-10份、碳化硅1-3份和酚醛树脂2-4份。
进一步的，所述刚玉是粒径为粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2-3：0-1：0-3混合而成。
进一步的，所述铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为0-1：1-1.5：0-1.5混合而成。
进一步的，所述刚玉为棕刚玉95级、板状刚玉或白刚玉中的一种。
进一步的，所述石墨为鳞片石墨，级别为-397、-399或-396，粒径为0.048-0.15mm。
进一步的，所述碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-5mm的刚玉、铝矾土和红柱石混合后混炼4-7min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼4-7min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼12-18min，出料后，压制成型，然后在200-240℃条件下处理20-26h，即得产品。
进一步的，所述步骤（1）和步骤（2）中混炼速度为30-50r/min。
进一步的，所述步骤（3）中混炼速度为200-300r/min。
本发明的有益效果是：
1、本发明为了改善高性能无碳低碳钢包砖的性能，从原材料、原材料粒径以及制备方法方面进行改进，制备的产品显气孔率为6-8%，体积密度为3.26-3.42g/cm3，常温耐压强度65-95MPa，高温抗折强度24-35MPa，可耐1790-1890℃高温，寿命为125-150炉，抗热震性、抗侵蚀性、耐冲刷性和耐氧化性能优异。
2、制备本发明产品采用的原料中的刚玉是粒径为粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按一定的比例混合而成，而铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按一定比例混合而成的，粒径大于1mm的的作为骨料，粒径小于1mm的作为基质，疏密结合，制成的无碳低碳钢包砖高温烧结后能形成致密的耐火材料，能有效降低气孔率，从而提高产品的抗热震性、抗侵蚀性和耐冲刷性，并提高无碳低碳钢包砖的施工性能。
3、另外为了增加最终产品的性能，在原料中添加了石墨和碳化硅，其中碳化硅的作用是为了提高产品抗氧化性、热震稳定性和抗磨损性，而添加石墨，是由于最终产品是在摩擦压力机上制备，添加石墨增加润滑，便于成型。
4、另外本发明中的刚玉为棕刚玉95级、板状刚玉或白刚玉，原料的致密性比较好，可以增加产品的性能；石墨为鳞片石墨，级别为-397、-399或-396，粒径为0.048-0.15mm，这几种石墨的润滑性，柔韧性以及耐热性较好，成本低，且石墨的粒度足够小降低成型难度，降低制品的显气孔率。
5、在制备高性能无碳低碳钢包砖时，采用分步骤混炼工艺，首先是将粒径为0.5-5mm的刚玉、铝矾土和红柱石混合后混炼，后续再加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼，在混炼时将粒径相近的一起混合，更容易各种粒度的原料充分混合均匀，增加产品的性能。
而且在步骤（1）和步骤（2）中混炼速度比较慢，即在酚醛树脂浸润原料之前采用低速混炼，以防止起烟尘，导致原料损失。当酚醛树脂树脂完全浸润原料后，即到步骤（3）时调为高速，加快生产效率。
另外由于原料中添加的石墨量比较少，因此制备的产品含碳量低，能有效减少和降低对钢水的增碳污染。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施例1
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉45份、石墨3份、铝矾土40份、红柱石10份、碳化硅2份和酚醛树脂3份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉和1-3mm刚玉按照重量比为6：2：1混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为1：1.5：1.5混合而成。
其中刚玉为棕刚玉95级。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-397，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼5min，混炼速度为40r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼5min，混炼速度为40r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼15min，其中混炼速度为250r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在200℃条件下处理26h，即得产品。
实施例2
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉69份、铝矾土30份、碳化硅1份和酚醛树脂3份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：3：3混合而成。
其中铝矾土是粒径为1-3mm的铝矾土。
其中刚玉为板状刚玉。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-399，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼4min，混炼速度为30r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼4min，混炼速度为30r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼18min，其中混炼速度为200r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在220℃条件下处理25h，即得产品。
实施例3
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉40份、石墨1份、铝矾土32份、红柱石2份、碳化硅1.5份和酚醛树脂2份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2.5：1：2混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为1：1.5：1混合而成。
其中刚玉为白刚玉。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-399，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼5min，混炼速度为35r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼5min，混炼速度为35r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼17min，其中混炼速度为220r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在230℃条件下处理24h，即得产品。
实施例4
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉55份、石墨1.5份、铝矾土35份、红柱石4份、碳化硅2份和酚醛树脂3份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2：1：3混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为1：1：1混合而成。
其中刚玉为棕刚玉95级。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-397，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼6min，混炼速度为40r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼6min，混炼速度为40r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼16min，其中混炼速度为250r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在220℃条件下处理24h，即得产品。
实施例5
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉60份、石墨2份、铝矾土36份、红柱石6份、碳化硅2.5份和酚醛树脂4份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2：0.5：2混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为0.5：1.5：1.5混合而成。
其中刚玉为板状刚玉。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-397，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼7min，混炼速度为45r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼7min，混炼速度为45r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼15min，其中混炼速度为260r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在240℃条件下处理23h，即得产品。
实施例6
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉65份、石墨2.5份、铝矾土30份、红柱石8份、碳化硅3份和酚醛树脂2份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：3：0.5：2混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为0.5：1.5：0.5混合而成。
其中刚玉为白刚玉。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-399，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼4min，混炼速度为50r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼4min，混炼速度为50r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼14min，其中混炼速度为280r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在230℃条件下处理22h，即得产品。
实施例7
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉40份、石墨3份、铝矾土40份、红柱石9份、碳化硅1份和酚醛树脂3份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2：1：2混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为0.5：1.5：1混合而成。
其中刚玉为棕刚玉95级。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-396，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼5min，混炼速度为40r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼5min，混炼速度为45r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼13min，其中混炼速度为300r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在220℃条件下处理21h，即得产品。
实施例8
一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉65份、石墨1份、铝矾土30份、红柱石7份、碳化硅1.5份和酚醛树脂4份。
其中刚玉是粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2：1：1混合而成。
其中铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为1：1.2：1混合而成。
其中刚玉为板状刚玉。
其中石墨为鳞片石墨，级别为-397，粒径为0.048-0.15mm。
其中碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉、铝矾土和红柱石混合后放入行星式混炼机混炼6min，混炼速度为45r/min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼6min，混炼速度为50r/min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼12min，其中混炼速度为280r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在240℃条件下处理20h，即得产品。
对比例1
对比例1与实施例8基本相同，不同之处在于：原料中没有添加碳化硅，相应的增加刚玉的量，即：一种高性能无碳低碳钢包砖，包括按重量份计的以下原料：刚玉66.5份，石墨1份，铝矾土30份，红柱石7份，酚醛树脂4份。
其他工艺与实施例8相同。
对比例2
对比例2与实施例8基本相同，不同之处在于：制备方法有所调整：一种高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，包括以下步骤：
将刚玉、铝矾土、红柱石、酚醛树脂、石墨和碳化硅混合后，放入行星式混炼机混炼24min，其中混炼速度为280r/min，混炼后出料，在1000t摩擦压力机上压制成型，然后在240℃条件下处理20h，即得产品。
性能测试
测试本发明实施例1-8以及对比例1-2制备的产品的理化指标，结果如表1所示。
表1 无碳低碳钢包砖性能测试数据
实施例1-8制备的产品显气孔率为6-8%，体积密度为3.26-3.42g/cm3，常温耐压强度65-95MPa，高温抗折强度24-35MPa，可耐1790-1890℃高温，寿命为125-150炉，且抗热震性、抗侵蚀性、耐冲刷性和耐氧化性能优异。
而对比例1与实施例8基本相同，不同之处在于原料中没有添加碳化硅，但是实施例8制备的产品的耐压强度、耐高温性和寿命均比实施例8相比较差，说明碳化硅可以提高产品的强度和寿命。而对比例2也是在实施例8的基础上，对制备方法进行调整，不采用分步骤混炼的方法，制备的产品的性能也比实施例8要差，说明本发明的制备工艺可增加产品的性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：包括按重量份计的以下原料：刚玉40-70份、石墨0-3份、铝矾土30-40份、红柱石0-10份、碳化硅1-3份和酚醛树脂2-4份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：所述刚玉是粒径为粒径≤0.074mm刚玉、粒径为0.5-1mm刚玉、1-3mm刚玉以及粒径为3-5mm刚玉按照重量比为6：2-3：0-1：0-3混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：所述铝矾土是粒径为0.5-1mm铝矾土、粒径为1-3mm铝矾土和粒径为3-5mm铝矾土按重量比为0-1：1-1.5：0-1.5混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：所述刚玉为棕刚玉95级、板状刚玉或白刚玉中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：所述石墨为鳞片石墨，级别为-397、-399或-396，粒径为0.048-0.15mm。
6.根据权利要求1所述的一种高性能无碳低碳钢包砖，其特征在于：所述碳化硅粒径为0.074-0.15mm。
7.一种根据权利要求2所述的高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将粒径为0.5-5mm的刚玉、铝矾土和红柱石混合后混炼4-7min；
（2）然后加入酚醛树脂继续混炼4-7min；
（3）最后加入石墨、碳化硅和粒径≤0.074mm的刚玉继续混炼12-18min，出料后，压制成型，然后在200-240℃条件下处理20-26h，即得产品。
8.根据权利要求7所述的高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（2）中混炼速度为30-50r/min。
9.根据权利要求7所述的高性能无碳低碳钢包砖的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中混炼速度为200-300r/min。
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