CN107354267A - 一种钢水保温剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢水保温剂，属于钢水处理技术领域。本发明首先利用硅烷偶联剂对α‑氧化铝进行改性，随后将其与羧甲基纤维素、氧化铝、稻壳粉等混合后喷雾造粒，得球形混合料，再将所得球形混合料转入炭化炉炭，得炭化料，再将玻璃碎渣、石英砂、长石等混匀后熔融形成玻璃液，将所得玻璃液制成玻璃棉后与聚乙烯醇溶液、炭化料、镁铝水滑石等混合并挤出造粒，得颗粒物料后烘干，即得钢水保温剂，本发明所得钢水保温剂具有良好的隔热保温效果，同时避免了传统炭化稻壳造成的粉尘污染问题，使用时不会对环境和员工健康造成危害。

Description

一种钢水保温剂

技术领域

本发明公开了一种钢水保温剂，属于钢水处理技术领域。

背景技术

炼钢生产过程中，为了保证钢水能顺利浇铸成合格钢锭或钢坯，钢水必须具有合适的温度。为了避免钢包内的钢水直接裸露在空气中，造成浇铸过程中的钢水温降过快，必须在钢水精炼结束起到至铸机浇铸前向钢水表面加入一定量的钢水保温剂进行保温，钢水保温剂保温效果的好坏对铸坯质量的影响较大。

钢水保温剂是加在钢水表面，以绝热保温为其主要性能的一种保温材料。它必须具有的3个基本功能是：（1）在液态上保持一层保温、绝热的物层，阻止钢水向空气传送或辐射热量，保温性能是钢包保温剂最重要的技术指标，可有效节省能耗，提高产量；（2）隔绝钢水与周围空气的接触；（3）不侵蚀或少侵蚀包衬，浇注完毕后不结壳，易从包衬上脱落。

目前钢厂使用的钢水保温剂常用的是炭化稻壳，炭化稻壳因其保温效果好，成本低廉而受青睐，但是由于炭化稻壳比重轻，在钢水浇铸结束后进行钢包翻包操作时易飞扬，造成生产环境内粉尘含量高，污染环境和危害职工身体健康。

随着市场对钢质量要求的不断提高，人们的环保意识越来越强，炭化稻壳作为钢水保温剂已经不能适应炼钢生产的要求，开发一种保温效果稳定的环保型钢水保温剂已成为炼钢企业亟待解决的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有钢水保温剂多为炭化稻壳，其比重轻，在钢水浇铸结束后进行钢包翻包操作时易飞扬，造成生产环境内粉尘含量高，污染环境和危害职工身体健康的问题，提供了一种钢水保温剂。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种钢水保温剂，是由以下重量份数的原料组成：80～120份炭化料，10～15份玻璃棉，10～20份水滑石，2～4份氢氧化钙，3～5份硼砂，60～80份粘结剂；

所述的钢水保温剂具体制备步骤如下：

（1）炭化料：按重量份数计，依次取8～10份羧甲基纤维素、60～80份水、40～60份氧化铝、20～30份α-氧化铝、20～30份稻壳粉、3～5份四氧化三铁，混合均匀后喷雾造粒，再经炭化，得炭化料；

（2）玻璃棉：按重量份数计，依次取100～120份玻璃碎渣、80～100份石英砂、50～60份长石、8～10份石灰石、20～30份白云石、50～60份碳酸钠，60～70份硼砂，混合均匀后投入高温熔炉，熔融形成玻璃液，再将玻璃液从漏板导入离心头，控制离心头流量60～70kg/h，得玻璃棉；

（3）钢水保温剂：在混料机中，依次加入粘结剂、炭化料、玻璃棉、水滑石、氢氧化钙和硼砂，搅拌混合均匀后，转入挤出机，挤出造粒，并干燥至恒重，即得钢水保温剂。

所述的水滑石为镁铝水滑石。

所述的粘结剂为质量分数为3～6%的聚乙烯醇溶液、质量分数为4～6%的壳聚糖溶液或质量分数为3～5%羧甲基纤维素溶液中的任意一种。

步骤（1）所述的氧化铝为微米级氧化铝，平均粒径为25～50μm。

步骤（1）所述的α-氧化铝为纳米级α-氧化铝，平均粒径为20～40nm。

所述的α-氧化铝还可以为硅烷偶联剂改性的α-氧化铝，具体改性方法如下：按体积比为1：8～1：10，将硅烷偶联剂KH-570与质量分数为90%乙醇溶液混合后，搅拌水解20～50min，得水解液，将水解液与α-氧化铝按质量比为60：1～80：1混合，恒温搅拌反应2～3h，再经过滤、洗涤和干燥，即得硅烷偶联剂改性的α-氧化铝。

步骤（1）所述的炭化条件为：于炭化炉中，以30～60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以3～5℃/min速率程序升温至550～600℃，保温炭化2～4h后，随炉冷却至室温。

步骤（2）所述的玻璃碎渣是由废弃玻璃酒瓶粉碎得到，玻璃碎渣的平均直径小于20mm。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所得钢水保温剂在使用过程中，可在钢水表面形成熔融底层、致密中间层和覆盖表层三层复合结构，三层结构的形成和保持既有利于钢水的隔热保温，又能有效阻隔空气中的氧气污染钢水，同时结构稳定，可起到长效保温效果；（2）其中的熔融底层主要是产品中的玻璃棉成分提供，玻璃棉在钢水高温条件下，可均匀快速熔融，并覆盖于钢水表面，形成熔融层，而水滑石的加入，可使玻璃熔融层粘度提高，从而提高熔融层对钢水的覆盖效果；

（3）其中的致密中间层是由成分中的氧化铝和α-氧化铝提供，两者在高温条件下，可形成致密的烧结层，进一步提高产品的保温和隔绝氧气的效果，而采用硅烷偶联剂对α-氧化铝改性后，可使α-氧化铝在基体中的分散性能有效提高，避免α-氧化铝过分团聚，从而进一步提高致密烧结层的烧结密度，减少气孔数量，而产品成分中的四氧化三铁、氢氧化钙以及玻璃棉熔融后的二氧化硅等的存在，可作为烧结助剂，有效降低氧化铝形成致密烧结层所需温度，并使致密烧结层牢固覆盖于熔融底层上，避免熔融底层高温飞溅，另外产品中的水滑石可在铁水高温条件下发生不可逆分解，分解产物可在致密烧结层中的氧化铝表面形成镁铝尖晶石，降低界面能，减少晶界的扩散速率，从而起到稳定剂的作用；

（4）其中的覆盖表层主要是炭化稻壳和产品中受热膨胀后上浮的轻质物组成，炭化稻壳具有的蜂窝状显微结构可在最表层起到有效的覆盖保温效果，而炭化稻壳和轻质物受热膨胀后体积增大，密度降低，逐渐上浮的过程中携带熔融层的玻璃液，到达覆盖表层后熔融的玻璃液重新凝固，将炭化稻壳有效粘附，可避免炭化稻壳飞扬。

具体实施方式

按体积比为1：8～1：10，将硅烷偶联剂KH-570与质量分数为90%乙醇溶液混合后，于转速为300～500r/min条件下，搅拌水解20～50min，得水解液，再将水解液与α-氧化铝按质量比为60：1～80：1混合，于温度为45～55℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应2～3h后，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣3～5次，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，得硅烷偶联剂改性的α-氧化铝，按重量份数计，在混料机中依次加入8～10份羧甲基纤维素、60～80份水、40～60份氧化铝、20～30份硅烷偶联剂改性的α-氧化铝、20～30份稻壳粉、3～5份四氧化三铁，于温度为45～55℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌混合2～4h，得混合料，再将所得混合料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，于进风温度为120～140℃，出风温度为85～90℃，进料速率为8～10kg/h条件下，喷雾造粒，得球形混合料，再将所得球形混合料转入炭化炉，以30～60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以3～5℃/min速率程序升温至550～600℃，保温炭化2～4h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化料，按重量份数计，依次取100～120份玻璃碎渣、80～100份石英砂、50～60份长石、8～10份石灰石、20～30份白云石、50～60份碳酸钠，60～70份硼砂，混合均匀后投入高温熔炉，于温度为1300～1400℃条件下熔融形成玻璃液，再将所得玻璃液转入离心机，从漏板导入离心头，控制离心头流量为60～70kg/h，将熔融玻璃液甩出，得玻璃棉，随后按重量份数计，在搅拌机料筒中，依次加入60～80份粘结剂、80～120份炭化料、10～15份玻璃棉、10～20份水滑石、2～4份氢氧化钙和3～5份硼砂，用搅拌机以400～600r/min转速搅拌混合30～60min后，将料筒中物料转入挤出机，挤出造粒，得颗粒物料，再将所得颗粒物料移入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，即得钢水保温剂。所述的水滑石为镁铝水滑石。所述的粘结剂为质量分数为3～6%的聚乙烯醇溶液、质量分数为4～6%的壳聚糖溶液或质量分数为3～5%羧甲基纤维素溶液中的任意一种。所述的氧化铝为微米级氧化铝，平均粒径为25～50μm。所述的α-氧化铝为纳米级α-氧化铝，平均粒径为20～40nm。所述的玻璃碎渣是由废弃玻璃酒瓶粉碎得到，玻璃碎渣的平均直径小于20mm。

实例1

按重量份数计，在混料机中依次加入10份羧甲基纤维素、80份水、60份氧化铝、30份α-氧化铝、30份稻壳粉、5份四氧化三铁，于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合4h，得混合料，再将所得混合料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，于进风温度为140℃，出风温度为90℃，进料速率为10kg/h条件下，喷雾造粒，得球形混合料，再将所得球形混合料转入炭化炉，以60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化4h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化料，按重量份数计，依次取120份玻璃碎渣、100份石英砂、60份长石、10份石灰石、30份白云石、60份碳酸钠，70份硼砂，混合均匀后投入高温熔炉，于温度为1400℃条件下熔融形成玻璃液，再将所得玻璃液转入离心机，从漏板导入离心头，控制离心头流量为70kg/h，将熔融玻璃液甩出，得玻璃棉，随后按重量份数计，在搅拌机料筒中，依次加入80份质量分数为6%的聚乙烯醇溶液、120份炭化料、15份玻璃棉、20份镁铝水滑石、4份氢氧化钙和5份硼砂，用搅拌机以600r/min转速搅拌混合60min后，将料筒中物料转入挤出机，挤出造粒，得颗粒物料，再将所得颗粒物料移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，即得钢水保温剂。所述的氧化铝为微米级氧化铝，平均粒径为50μm。所述的α-氧化铝为纳米级α-氧化铝，平均粒径为40nm。所述的玻璃碎渣是由废弃玻璃酒瓶粉碎得到，玻璃碎渣的平均直径为15mm。

实例2

按体积比为1：10，将硅烷偶联剂KH-570与质量分数为90%乙醇溶液混合后，于转速为500r/min条件下，搅拌水解50min，得水解液，再将水解液与α-氧化铝按质量比为80：1混合，于温度为55℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应3h后，过滤，得滤渣，并用去离子水洗涤滤渣5次，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，得硅烷偶联剂改性的α-氧化铝，按重量份数计，在混料机中依次加入10份羧甲基纤维素、80份水、60份氧化铝、30份硅烷偶联剂改性的α-氧化铝、30份稻壳粉、5份四氧化三铁，于温度为55℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌混合4h，得混合料，再将所得混合料通过螺杆泵输送至喷雾干燥器，于进风温度为140℃，出风温度为90℃，进料速率为10kg/h条件下，喷雾造粒，得球形混合料，再将所得球形混合料转入炭化炉，以60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以5℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化4h后，随炉冷却至室温，出料，得炭化料，按重量份数计，依次取120份玻璃碎渣、100份石英砂、60份长石、10份石灰石、30份白云石、60份碳酸钠，70份硼砂，混合均匀后投入高温熔炉，于温度为1400℃条件下熔融形成玻璃液，再将所得玻璃液转入离心机，从漏板导入离心头，控制离心头流量为70kg/h，将熔融玻璃液甩出，得玻璃棉，随后按重量份数计，在搅拌机料筒中，依次加入80份质量分数为6%的聚乙烯醇溶液、120份炭化料、15份玻璃棉、20份镁铝水滑石、4份氢氧化钙和5份硼砂，用搅拌机以600r/min转速搅拌混合60min后，将料筒中物料转入挤出机，挤出造粒，得颗粒物料，再将所得颗粒物料移入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，即得钢水保温剂。所述的氧化铝为微米级氧化铝，平均粒径为50μm。所述的α-氧化铝为纳米级α-氧化铝，平均粒径为40nm。所述的玻璃碎渣是由废弃玻璃酒瓶粉碎得到，玻璃碎渣的平均直径为15mm。

对比例：宜兴市某冶金炉料有限公司生产的炭化稻壳钢水保温剂。

在钢水精炼结束起吊至铸机之前，按添加量为0.65kg/t钢水，分别将本发明实例1～2制得的钢水保温剂和对比例的炭化稻壳钢水保温剂均匀加入钢包内，确保钢水保温剂将钢水表面全部覆盖，随后对本发明实例1～2制得的钢水保温剂和对比例的炭化稻壳钢水保温剂的使用效果进行检测，其检测结果如表1所示：

表1

检测项目	对比例	实例1	实例2
				保温失效时间（min）	42	50	60
钢水降温速率（℃/min）	0.96	0.43	0.32

综上所述，本发明所得钢水保温剂能够在钢水表面迅速铺展开，形成均匀的覆盖层，起到良好的隔热保温作用，同时本发明钢水保温剂避免了传统炭化稻壳造成的粉尘污染问题，使用时不会对环境和员工健康造成危害。

Claims (8)

1.一种钢水保温剂，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：80～120份炭化料，10～15份玻璃棉，10～20份水滑石，2～4份氢氧化钙，3～5份硼砂，60～80份粘结剂；

所述的钢水保温剂具体制备步骤如下：

（1）炭化料：按重量份数计，依次取8～10份羧甲基纤维素、60～80份水、40～60份氧化铝、20～30份α-氧化铝、20～30份稻壳粉、3～5份四氧化三铁，混合均匀后喷雾造粒，再经炭化，得炭化料；

（2）玻璃棉：按重量份数计，依次取100～120份玻璃碎渣、80～100份石英砂、50～60份长石、8～10份石灰石、20～30份白云石、50～60份碳酸钠，60～70份硼砂，混合均匀后投入高温熔炉，熔融形成玻璃液，再将玻璃液从漏板导入离心头，控制离心头流量60～70kg/h，得玻璃棉；

（3）钢水保温剂：在混料机中，依次加入粘结剂、炭化料、玻璃棉、水滑石、氢氧化钙和硼砂，搅拌混合均匀后，转入挤出机，挤出造粒，并干燥至恒重，即得钢水保温剂。

2.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：所述的水滑石为镁铝水滑石。

3.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：所述的粘结剂为质量分数为3～6%的聚乙烯醇溶液、质量分数为4～6%的壳聚糖溶液或质量分数为3～5%羧甲基纤维素溶液中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：步骤（1）所述的氧化铝为微米级氧化铝，平均粒径为25～50μm。

5.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：步骤（1）所述的α-氧化铝为纳米级α-氧化铝，平均粒径为20～40nm。

6.根据权利要求1或5所述的一种钢水保温剂，其特征在于：所述的α-氧化铝还可以为硅烷偶联剂改性的α-氧化铝，具体改性方法如下：按体积比为1：8～1：10，将硅烷偶联剂KH-570与质量分数为90%乙醇溶液混合后，搅拌水解20～50min，得水解液，将水解液与α-氧化铝按质量比为60：1～80：1混合，恒温搅拌反应2～3h，再经过滤、洗涤和干燥，即得硅烷偶联剂改性的α-氧化铝。

7.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：步骤（1）所述的炭化条件为：于炭化炉中，以30～60mL/min速率向炉内通入氮气，在氮气保护状态下，以3～5℃/min速率程序升温至550～600℃，保温炭化2～4h后，随炉冷却至室温。

8.根据权利要求1所述的一种钢水保温剂，其特征在于：步骤（2）所述的玻璃碎渣是由废弃玻璃酒瓶粉碎得到，玻璃碎渣的平均直径小于20mm。