CN106986654A - 一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法 - Google Patents

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李雪晴
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Abstract

本发明公开了一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法，属于耐火材料的技术领域。本发明先将稻壳酶解，再经盐酸浸泡除去酸溶性无机杂质，干燥后与铝粉混合，在氮气保护状态下，使稻壳中有机质炭化，再利用炭化的有机质与稻壳中的部分二氧化硅成分反应生成碳化硅，铝粉与氮气反应生成部分氮化铝，在空气气氛环境中，除去未反应的炭化有机质，剩余铝粉与空气中氧气反应生成氧化铝，添加氟化钠和氟化铝生成冰晶石，降低氧化铝的熔点，配合氧化钙在高温下与氧化铝形成低熔点物质，避免氧化铝附着堵塞，再利用酚醛树脂为粘结剂，经等静压成型后，烧结得到抗渣侵蚀型连铸用耐火材料，有效解决了传统铝碳型耐火材料使用时易出现氧化铝附着堵塞的问题。

Description

一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法，属于耐火材料的技术领域。
背景技术
铝碳耐火材料是以氧化铝和石墨为主要原料，以酚醛树脂等有机物为结合剂而制成的碳结合耐火材料。由于氧化铝熔点高、抗钢水侵蚀性好，石墨具有优良的抗热震性和抗渣侵蚀性，因此铝碳材料被广泛的应用在连铸用含碳耐火材料中，主要包括长水口、整体塞棒、浸入式水口等。此类产品石墨含量一般在10wt％以上。由于熔融钢液中碳的溶解度很高，铝碳耐火材料中的石墨通过接触面向钢液中扩散，会造成钢中碳含量增加，钢坯品质降低。为此，科研工作者对低碳铝碳耐火材料开展了系列研究，其石墨含量一般在6wt％以下。而单纯降低铝碳耐火材料中的碳含量，会造成铝碳耐火材料的高温强度、抗氧化性、抗侵蚀性等大幅降低。为此需要在低碳铝碳耐火材料中加入一定量的抗氧化剂，如氮化硼、碳化硼、氮化硅、碳化硅、硅粉等，这些添加剂在热处理或使用过程中可先于石墨与氧反应，能将CO还原成C，抑制铝碳耐火材料中C的消耗速度，生成的氧化物可提高耐火材料的致密度、形成保护层，从而提高铝碳耐火材料抗侵蚀性。但这些抗氧化剂均以固体微粉形式加入，难以完全分散均匀，对耐火材料的高温强度、抗氧化性和抗渣侵蚀性提高有限。
虽然现有的铝碳质浸入式水口对钢水适应性强，使用寿命长，但也存在以下问题：(1)在浇注含A1镇静钢和含Ti不锈钢时，易发生Al2O3和TiO2堵水口现象，使连铸中断，影响连铸生产正常进行，且对铸坯质量有一定的影响。(2)不耐侵蚀，长时间浇注会在渣线部位形成“缩颈现象”，甚至断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对传统连铸用铝碳型耐火材料在使用过程中，因碳含量高，在高温条件下，易出现氧化铝附着于水口结构内壁，导致堵塞的问题，提供了一种以改性后的稻壳和铝粉为主要原料，经反应后添加氟化钠等多种功能助剂，制备得到抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的方法。本发明首先将稻壳经酶解使稻壳中纤维素得到初步降解，再经盐酸浸泡除去酸溶性无机杂质，经干燥后与铝粉混合，在氮气保护状态下，首先使稻壳中有机质炭化，再利用炭化的有机质与稻壳中的部分二氧化硅成分反应生成碳化硅，铝粉与氮气反应生成部分氮化铝，再在空气气氛环境中，除去未反应的炭化有机质，剩余铝粉与空气中氧气反应生成氧化铝，再添加氟化钠和氟化铝在使用过程中可生成冰晶石，降低氧化铝的熔点，配合氧化钙在高温下与氧化铝形成低熔点物质，避免氧化铝附着堵塞，再利用酚醛树脂为粘结剂，经等静压成型后，烧结得到抗渣侵蚀型连铸用耐火材料，有效解决了传统铝碳型耐火材料使用时易出现氧化铝附着堵塞的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
(1)称取400～600g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过120～180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有1～2L去离子水的烧杯中，并加入2～4g纤维素酶，3～5g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35～40℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h；
(2)待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.3～0.5，再于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，继续恒温搅拌反应2～4h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；
(3)依次称取80～100g上述所得干燥滤渣，600～800g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，将坩埚转入炭化炉，以60～80mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～15℃/min速率程序升温至600～700℃，保温炭化45～60min，再以15～20℃/min速率继续升温至1100～1200℃，保温反应45～60min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至680～700℃，停止通入氮气，并以10～15mL/min速率向炉内通入空气，保温反应60～90min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；
(4)按重量份数计，在球磨机中依次加入1～2份氟化钠，0.7～0.9份氟化铝，90～95份上述所得混合物料，1.6～1.8份氧化钙，2.6～2.8份氧化镁，0.3～0.5份氧化锆，按球料质量比为10：1～20：1加入球磨珠，球磨处理16～20h后过200～300目筛，得球磨料；
(5)按重量份数计，在混料机中依次加入10～15份酚醛树脂，85～90份上述所得球磨料，于温度为60～65℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合2～3h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为130～140MPa条件下，等静压处理20～30min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以20～30mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1300～1500℃保温烧结15～30h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。本发明的应用方法是：将本发明所得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料作为浸入式水口结构应用于钢铁冶炼过程中，采用常规钢铁冶炼工艺，连浇3～5次后，检测水口内壁，未出现氧化铝附着及结瘤，耐火材料显气孔率为15～20％，耐压强度为30～40MPa，抗折强度12～20MPa，使用寿命可达280～350次。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明所得的抗渣侵蚀型连铸用耐火材料用于作连铸用浸入式水口、长水口、塞棒等，具有良好的热震稳定性和耐冲刷侵蚀性；
(2)本发明所得的抗渣侵蚀型连铸用耐火材料具有良好的防堵塞效果，寿命长，水口事故率低，可有效地防止熔钢中铝附着造成的水口堵塞。
具体实施方式
称取400～600g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过120～180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有1～2L去离子水的烧杯中，并加入2～4g纤维素酶，3～5g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35～40℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h；待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.3～0.5，再于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，继续恒温搅拌反应2～4h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；依次称取80～100g上述所得干燥滤渣，600～800g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，将坩埚转入炭化炉，以60～80mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～15℃/min速率程序升温至600～700℃，保温炭化45～60min，再以15～20℃/min速率继续升温至1100～1200℃，保温反应45～60min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至680～700℃，停止通入氮气，并以10～15mL/min速率向炉内通入空气，保温反应60～90min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；按重量份数计，在球磨机中依次加入1～2份氟化钠，0.7～0.9份氟化铝，90～95份上述所得混合物料，1.6～1.8份氧化钙，2.6～2.8份氧化镁，0.3～0.5份氧化锆，按球料质量比为10：1～20：1加入球磨珠，球磨处理16～20h后过200～300目筛，得球磨料；按重量份数计，在混料机中依次加入10～15份酚醛树脂，85～90份上述所得球磨料，于温度为60～65℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合2～3h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为130～140MPa条件下，等静压处理20～30min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以20～30mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1300～1500℃保温烧结15～30h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。
实例1
称取400g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过120目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有1L去离子水的烧杯中，并加入2g纤维素酶，3g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应3h；待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.3，再于温度为55℃，转速为800r/min条件下，继续恒温搅拌反应2h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；依次称取80g上述所得干燥滤渣，600g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合10min后，将坩埚转入炭化炉，以60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化45min，再以15℃/min速率继续升温至1100℃，保温反应45min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至680℃，停止通入氮气，并以10mL/min速率向炉内通入空气，保温反应60min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；按重量份数计，在球磨机中依次加入1份氟化钠，0.7份氟化铝，90份上述所得混合物料，1.6份氧化钙，2.6份氧化镁，0.3份氧化锆，按球料质量比为10：1加入球磨珠，球磨处理16h后过200目筛，得球磨料；按重量份数计，在混料机中依次加入10份酚醛树脂，85份上述所得球磨料，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌混合2h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为130MPa条件下，等静压处理20min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以20mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1300℃保温烧结15h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。
将本发明所得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料作为浸入式水口结构应用于钢铁冶炼过程中，采用常规钢铁冶炼工艺，连浇3次后，检测水口内壁，未出现氧化铝附着及结瘤，耐火材料显气孔率为15％，耐压强度为30MPa，抗折强度12MPa，使用寿命可达280次。
实例2
称取600g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有2L去离子水的烧杯中，并加入4g纤维素酶，5g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h；待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.5，再于温度为60℃，转速为1000r/min条件下，继续恒温搅拌反应4h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；依次称取100g上述所得干燥滤渣，800g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合15min后，将坩埚转入炭化炉，以80mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以15℃/min速率程序升温至700℃，保温炭化60min，再以20℃/min速率继续升温至1200℃，保温反应60min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至700℃，停止通入氮气，并以15mL/min速率向炉内通入空气，保温反应90min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；按重量份数计，在球磨机中依次加入2份氟化钠，0.9份氟化铝，95份上述所得混合物料，1.8份氧化钙，2.8份氧化镁，0.5份氧化锆，按球料质量比为20：1加入球磨珠，球磨处理20h后过300目筛，得球磨料；按重量份数计，在混料机中依次加入15份酚醛树脂，90份上述所得球磨料，于温度为65℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合3h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为140MPa条件下，等静压处理30min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以30mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1500℃保温烧结30h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。
将本发明所得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料作为浸入式水口结构应用于钢铁冶炼过程中，采用常规钢铁冶炼工艺，连浇4次后，检测水口内壁，未出现氧化铝附着及结瘤，耐火材料显气孔率为18％，耐压强度为35MPa，抗折强度18MPa，使用寿命可达300次。
实例3
称取500g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过150目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有2L去离子水的烧杯中，并加入3g纤维素酶，4g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为37℃，转速为700r/min条件下，恒温搅拌反应4h；待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.4，再于温度为57℃，转速为900r/min条件下，继续恒温搅拌反应3h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；依次称取90g上述所得干燥滤渣，700g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合13min后，将坩埚转入炭化炉，以70mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以13℃/min速率程序升温至650℃，保温炭化52min，再以17℃/min速率继续升温至1150℃，保温反应52min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至690℃，停止通入氮气，并以13mL/min速率向炉内通入空气，保温反应75min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；按重量份数计，在球磨机中依次加入2份氟化钠，0.8份氟化铝，93份上述所得混合物料，1.7份氧化钙，2.7份氧化镁，0.4份氧化锆，按球料质量比为15：1加入球磨珠，球磨处理18h后过250目筛，得球磨料；按重量份数计，在混料机中依次加入13份酚醛树脂，87份上述所得球磨料，于温度为63℃，转速为700r/min条件下，恒温搅拌混合2.5h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为135MPa条件下，等静压处理25min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以25mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1400℃保温烧结22h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。
将本发明所得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料作为浸入式水口结构应用于钢铁冶炼过程中，采用常规钢铁冶炼工艺，连浇5次后，检测水口内壁，未出现氧化铝附着及结瘤，耐火材料显气孔率为20％，耐压强度为40MPa，抗折强度20MPa，使用寿命可达350次。

Claims (1)

1.一种抗渣侵蚀型连铸用耐火材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)称取400～600g稻壳，倒入粉碎机中，粉碎后过120～180目筛，得稻壳粉，再将所得稻壳粉倒入盛有1～2L去离子水的烧杯中，并加入2～4g纤维素酶，3～5g果胶酶，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为35～40℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h；
(2)待反应结束，滴加质量分数为20％盐酸，调节上述烧杯中物料pH至0.3～0.5，再于温度为55～60℃，转速为800～1000r/min条件下，继续恒温搅拌反应2～4h，将烧杯中物料过滤，收集滤渣，并用去离子水洗涤滤渣直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；
(3)依次称取80～100g上述所得干燥滤渣，600～800g铝粉，倒入坩埚中，用玻璃棒搅拌混合10～15min后，将坩埚转入炭化炉，以60～80mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以10～15℃/min速率程序升温至600～700℃，保温炭化45～60min，再以15～20℃/min速率继续升温至1100～1200℃，保温反应45～60min，待反应结束，在氮气保护状态下随炉冷却至680～700℃，停止通入氮气，并以10～15mL/min速率向炉内通入空气，保温反应60～90min，随炉冷却至室温，出料，得混合物料；
(4)按重量份数计，在球磨机中依次加入1～2份氟化钠，0.7～0.9份氟化铝，90～95份上述所得混合物料，1.6～1.8份氧化钙，2.6～2.8份氧化镁，0.3～0.5份氧化锆，按球料质量比为10：1～20：1加入球磨珠，球磨处理16～20h后过200～300目筛，得球磨料；
(5)按重量份数计，在混料机中依次加入10～15份酚醛树脂，85～90份上述所得球磨料，于温度为60～65℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合2～3h，再将混料机中物料转入等静压机中，于压力为130～140MPa条件下，等静压处理20～30min，得耐火材料生坯，再将所得耐火材料生坯转入烧结炉，以20～30mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，于温度为1300～1500℃保温烧结15～30h，待随炉冷却至室温，出料，即得抗渣侵蚀型连铸用耐火材料。
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