CN107434404A - 一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢材冶炼炉用耐火材料技术领域，尤其涉及一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖及其制造方法；粒径为5‑8mm电熔镁钙锆砂5‑10％、粒径为2‑5mm电熔镁钙锆砂20‑35％、粒径2‑0.074mm电熔镁钙锆砂20‑30％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10‑15％、粒径为5‑8mm电熔镁砂1‑5％、粒径为2‑5mm电熔镁砂1‑10％、粒径2‑0.074mm电熔镁砂1‑5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉5‑10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5‑10％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆0.5‑1.2％、粒径不大于0.088mm金属钙粉0.5‑2％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1‑0.5％、结合剂2‑5％。本发明能够明显提高镁钙砖的理化性能指标，从而提高镁钙砖抗渗透、抗冲刷、抗侵蚀、抗剥落等使用性能，最重要的是能够满足现今冶炼条件的需求。

Description

一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖及其制造方法
技术领域
本发明属于钢材冶炼炉用耐火材料技术领域，尤其涉及一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖及其制造方法。
背景技术
众所周知，因镁钙砖中游离CaO对钢水具有净化作用，被广泛应用于不锈钢及特殊钢冶炼炉。目前，国内镁钙砖普遍采用烧结镁钙砂为原料，生产CaO含量20-30％的镁钙砖，这类镁钙砖气孔率一般在8-12％，体积密度3.00g/cm3左右，并且SiO2、Al2O3、Fe2O3三项杂质之和占2-3％，CaO含量较低，净化钢水作用不明显。
随着现代工业对洁净钢等优质品种钢需求的增加，炉外精炼技术的快速发展，炉容增大，冶炼温度升高，致使镁钙砖的使用条件更加苛刻，例如：国内某钢厂180吨AOD炉，因风眼区和渣线部位用镁钙砖抗侵蚀性能不佳，造成提前下线；国内某钢厂VOD钢包，包底处和渣线处抗冲刷性、抗侵蚀性不理想，炉龄无法提高；事实证明，现行镁钙砖的使用性能已不能满足钢厂高炉龄、低成本的目标要求。因此，一种具有低气孔率、高体积密度、杂质含量低、抗冲刷、侵蚀性能更强、热震稳定性更好的高钙镁钙砖急需被开发应用，来满足不锈钢及特殊钢冶炼的顺产、高效、洁净化发展需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖及其制造方法，能够明显提高镁钙砖的理化性能指标，从而提高镁钙砖抗渗透、抗冲刷、抗侵蚀、抗剥落等使用性能，最重要的是能够满足现今冶炼条件的需求。
为了实现上述目的，本发明提供的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，由以下原料按重量百分比配制而成：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5-10％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂20-35％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20-30％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10-15％、粒径为5-8mm电熔镁砂1-5％、粒径为2-5mm电熔镁砂1-10％、粒径2-0.074mm电熔镁砂1-5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉5-10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5-10％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆0.5-1.2％、粒径不大于0.088mm金属钙粉0.5-2％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1-0.5％、结合剂2-5％。
所述的电熔镁钙锆砂是通过优质白云石(CaO不小于30％，MgO不小于22％)经800-1000℃轻烧、磨粉后，加入0.5-1.0％脱硅锆粉预混均匀，再经高压压球，投入电弧炉中，经2000℃以上高温煅烧，保温8-12小时后，自然冷却，破碎而成。
所述的电熔镁钙锆砂中各成分的重量分数：MgO不小于44％，CaO不小于50.00％，Zr2O3不小于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.45g/cm3。
所述的电熔镁砂中各成分的重量分数：MgO不小于97％，CaO不大于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.48g/cm3。
所述的高纯镁砂中各成分的重量分数：MgO不小于97％，CaO不大于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.25g/cm3。
所述的钙稳定型氧化锆中各成分的重量分数：CaO不小于3.5％，Zr2O3不小于94％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于0.5％，体积密度不小于3.50g/cm3。
所述的金属钙粉成分的重量分数：Ca不小于98.5％。
所述的硅灰中各成分的重量分数：MgO不大于0.8％，CaO不大于0.8％，SiO2不小于95％。
所述的结合剂为石蜡。
上述锆复合高性能电熔镁钙锆砖的制造方法，包括如下步骤。
步骤(1)、原料破碎：将所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分、磨粉，制成需要粒径的颗粒。
步骤(2)、细粉预混：将粒度不大于0.074mm的电熔镁钙锆砂细粉、电熔镁砂细粉和高纯镁砂超细粉、金属钙粉、硅灰按所需的重量百分比混合均匀。
步骤(3)、混料：将所有原料按要求所述重量百分比送入高速混炼机内进行混练，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁钙锆砂以及粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁砂和钙稳定型氧化锆，混合3-5分钟；然后加入结合剂混合3-5分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉混合10-15分钟，混合均匀后，出料。
步骤(4)、晾料：将步骤(3)混合均匀的泥料送至晾料平台进行翻料、散热、降温，温度降至室温。
步骤(5)、成型：称取规定重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1580-1600℃高温烧成制度烧成。
步骤(7)、拣选、加工及包装：出窑的镁钙砖无需浸蜡，冷却后经拣选、磨砖加工、抽真空包装后入成品库。
本发明的有益效果在于。
本发明的锆复合高性能电熔镁钙锆砖的原料之间相辅相成，原料配合使用能够发挥各原料的优越性能。其中，采用电熔镁钙锆砂为主要原料，电熔镁钙锆砂是通过优质白云石经轻烧磨粉后引入脱硅锆共混压球，再经电熔炉2000℃以上高温煅烧制得，其晶格缺陷少，晶体发育较大且均匀，气孔率低，体积密度大，结合致密；MgO、CaO活性明显降低，具有较好的抗水化性；SiO2、Al2O3、Fe2O3三项杂质含量低，低熔点物少；引入的Zr2O3可生成高熔点矿物CaZrO3又可形成部分稳定Zr2O3的固溶体，能有效改善材料的热震稳定性、提高韧性和抗剥落性，另外其润湿角增大，金属稳定性较好，即不易被液态金属润湿，提高抗渗透、侵蚀性能。钙稳定型氧化锆在2000℃以下属于全稳定立方型的氧化锆固溶体，可显著提高砖制品的热震稳定性；另外，与电熔镁钙锆砂中部分稳定Zr2O3复合，使Zr2O3对制品的相变增韧和微裂增韧作用得到充分发挥。通过高纯镁砂超细粉作为基质，因其比表面积极大，降低烧结温度、促进烧结，解决了电熔材料不易烧结的问题，经高温烧成后的制品基质部分结合更加致密，提高耐压强度。金属钙粉是一种Ca不小于98.5％，高温下与氧气反应生成活性CaO,促进烧结，提高晶界扩散速度，从而使晶粒结合得更为紧密，同时促进晶粒的发育，提高强度、体积密度和抗冲刷、侵蚀性能；另外，生成的CaO的同时伴随着一定的体积膨胀，可以抵消制品烧结过程中产生的部分收缩，降低制品的收缩率，提高产品的合格率。硅灰是一种超细粉体，平均粒径≤0.003mm，且为圆球颗粒，表面光滑，活性高，混料过程中可以提高物料的均匀性、塑性，避免成型过程中的偏析和开裂；隧道窑烧成过程中因其具有较高活性，可降低烧结温度；另外，硅灰中的SiO2与主晶相MgO反应生成高熔点矿物镁橄榄石(M2S)、与主晶相CaO反应生成高熔点矿物硅酸二钙(C2S)或硅酸三钙(C2S)，在晶界间形成硅酸盐结合，增强MgO、CaO的结合强度，填充气孔，提高耐压强度、高温抗折强度、体积密度、降低气孔率，使用中可以有效抑制熔渣的侵蚀与渗透。
综上所述，通过本发明生产出的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，因采用所述高性能原料及其生产工艺，使制品获得了良好的理化性能，如：低气孔率、高体积密度、高耐压强度及高温抗折强度、好的热震稳定性、杂质含量低、CaO含量高且活性低、润湿角大等；因此，本发明的锆复合高性能电熔镁钙锆砖具有良好的抗侵蚀、抗渗透、抗冲刷、抗剥落及净化钢水等性能，如：微观结构致密，晶粒发育完全，使其具有良好的高温强度和抗渗透、抗冲刷性能；杂质含量低，低熔点矿物极少，使其具有良好的抗侵蚀与冲刷性能；CaO含量高，能够有效降低钢中S、P、O含量和非金属夹杂，净化钢水作用明显；CaO活性低，使其具有良好的抗水化性能；润湿角大，能够有效抑制钢水及熔渣对制品的渗透和侵蚀，因此具有良好的抗渣性能；Zr2O3复合引入，使Zr2O3对制品相变增韧和微裂增韧作用充分发挥，改善热震稳定性效果明显，从而提高材料的抗剥落性能；硅灰的引入促进物料均匀性、降低烧结温度、与主矿物MgO、CaO形成硅酸盐结合，提高耐压强度、降低气孔率，有效抑制熔渣的侵蚀与渗透。
本发明锆复合高性能电熔镁钙锆砖应用在不锈钢及特殊钢的冶炼的AOD炉、GOR炉、VOD炉等设备炉上，特别是在冶炼条件最为苛刻的风眼区、渣线及耳轴部位、钢包渣线及炉底，使用效果明显优于现行产品，解决了因现行产品局部侵蚀损耗过快而导致提前下线的问题，平均炉龄寿命提高30％以上，达到不锈钢及特殊钢冶炼高效、长寿、洁净化的目的要求。另外，本发明锆复合高性能电熔镁钙锆砖因抗水化能力极强，制品不需浸蜡，为企业降低了浸蜡工序成本，以及减少了因产品水化而导致的损失。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1。
一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖，是由以下原料按重量份配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂25％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10％、粒径为5-8mm电熔镁砂5％、粒径为2-5mm电熔镁砂10％、粒径2-0.074mm电熔镁砂5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉6％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉0.9％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡2％。
所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂、钙稳定型氧化锆、金属钙粉、硅灰理化指标符合表1的要求。
表1各原料的成分含量百分比情况汇总。
上述锆复合高性能电熔镁钙锆砖的制造方法，包括如下步骤。
步骤(1)、原料破碎：将所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分、磨粉，制成需要粒径的颗粒。
步骤(2)、细粉预混：将粒度不大于0.074mm的电熔镁钙锆砂细粉、电熔镁砂细粉和高纯镁砂超细粉、金属钙粉、硅灰按所需的重量百分比混合均匀。
步骤(3)、混料：将所有原料按要求所述重量百分比送入高速混炼机内进行混练，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁钙锆砂以及粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁砂和钙稳定型氧化锆，混合5分钟；然后加入结合剂混合5分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉混合15分钟，混合均匀后，出料。
步骤(4)、晾料：将步骤(3)混合均匀的泥料送至晾料平台进行翻料、散热、降温，温度降至室温。
步骤(5)、成型：称取规定重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1580-1600℃高温烧成制度烧成。
步骤(7)、拣选、加工及包装：出窑的镁钙砖无需浸蜡，冷却后经拣选、磨砖加工、抽真空包装后入成品库。
实施例2。
一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖，是由以下原料按重量份配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂30％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉15％、粒径为5-8mm电熔镁砂4.5％、粒径为2-5mm电熔镁砂5％、粒径2-0.074mm电熔镁砂5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉5％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5.7％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉1.2％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡2.5％。
所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂、钙稳定型氧化锆、硅灰理化指标符合本发明的要求。
实施例3。
一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖，是由以下原料按重量份配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂6％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂33％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂24％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10％、粒径为5-8mm电熔镁砂3％、粒径为2-5mm电熔镁砂2％、粒径2-0.074mm电熔镁砂1％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5.4％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉1.5％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡3％。
所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂、钙稳定型氧化锆、硅灰理化指标符合本发明的要求。
一、在本发明技术方案研制过程中，对以下3个对比例方案进行性能测试，对比例配方如表2所示。
表2 3个对比例配方。
上述锆复合高性能电熔镁钙锆砖的工艺制造方法、步骤与实施例1所述工艺步骤相同。该实施例成品测试结果见表3。
表3各实施例成品不浸蜡理化指标和对比例的检测值。

Claims (10)

1.一种锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，其原料按重量百分比配制包括：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5-10％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂20-35％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20-30％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10-15％、粒径为5-8mm电熔镁砂1-5％、粒径为2-5mm电熔镁砂1-10％、粒径2-0.074mm电熔镁砂1-5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉5-10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5-10％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆0.5-1.2％、粒径不大于0.088mm金属钙粉0.5-2％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1-0.5％、结合剂2-5％。
2.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，所述的电熔镁钙锆砂是通过优质白云石(CaO不小于30％，MgO不小于22％)经800-1000℃轻烧、磨粉后，加入0.5-1.0％脱硅锆粉预混均匀，再经高压压球，投入电弧炉中，经2000℃以上高温煅烧，保温8-12小时后，自然冷却，破碎而成。
3.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，所述的电熔镁钙锆砂中各成分的重量分数：MgO不小于44％，CaO不小于50.00％，Zr2O3不小于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.45g/cm3。
4.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，所述的电熔镁砂中各成分的分数：MgO不小于97％，CaO不大于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.48g/cm3。
5.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，所述的高纯镁砂中各成分的分数：MgO不小于97％，CaO不大于1.2％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于1.5％，体积密度不小于3.25g/cm3。
6.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，所述的钙稳定型氧化锆中各成分的重量分数：CaO不小于3.5％，Zr2O3不小于94％，SiO2、Al2O3和Fe2O3之和不大于0.5％，体积密度不小于3.50g/cm3；所述的金属钙粉成分的重量分数：Ca不小于98.5％；所述的硅灰中各成分的重量分数：MgO不大于0.8％，CaO不大于0.8％，SiO2不小于95％；所述的结合剂为石蜡。
7.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，由以下原料按重量百分比配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂25％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10％、粒径为5-8mm电熔镁砂5％、粒径为2-5mm电熔镁砂10％、粒径2-0.074mm电熔镁砂5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉6％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉0.9％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡2％。
8.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，由以下原料按重量百分比配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂5％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂30％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂20％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉15％、粒径为5-8mm电熔镁砂4.5％、粒径为2-5mm电熔镁砂5％、粒径2-0.074mm电熔镁砂5％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉5％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5.7％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉1.2％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡2.5％。
9.如权利要求1所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，由以下原料按重量百分比配比制成的：粒径为5-8mm电熔镁钙锆砂6％、粒径为2-5mm电熔镁钙锆砂33％、粒径2-0.074mm电熔镁钙锆砂24％、粒径不大于0.074mm电熔镁钙锆砂细粉10％、粒径为5-8mm电熔镁砂3％、粒径为2-5mm电熔镁砂2％、粒径2-0.074mm电熔镁砂1％、粒径不大于0.074mm电熔镁砂细粉10％、粒径不大于0.037mm高纯镁砂超细粉5.4％、粒径不大于0.5mm钙稳定型氧化锆1％、粒径不大于0.088mm金属钙粉1.5％、粒径不大于0.003mm硅灰0.1％、石蜡3％。
10.如权利要求1-9任一所述的锆复合高性能电熔镁钙锆砖，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、原料破碎：将所述电熔镁钙锆砂、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分、磨粉，制成需要粒径的颗粒；
步骤(2)、细粉预混：将粒度不大于0.074mm的电熔镁钙锆砂细粉、电熔镁砂细粉和高纯镁砂超细粉、金属钙粉、硅灰按所需的重量百分比混合均匀；
步骤(3)、混料：将所有原料按要求所述重量百分比送入高速混炼机内进行混练，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁钙锆砂以及粒度为5-8mm、2-5mm、2-0.074mm的电熔镁砂和钙稳定型氧化锆，混合3-5分钟；然后加入结合剂混合3-5分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉混合10-15分钟，混合均匀后，出料；
步骤(4)、晾料：将步骤(3)混合均匀的泥料送至晾料平台进行翻料、散热、降温，温度降至室温；
步骤(5)、成型：称取规定重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行；
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1580-1600℃高温烧成制度烧成。
步骤(7)、拣选、加工及包装：出窑的镁钙砖无需浸蜡，冷却后经拣选、磨砖加工、抽真空包装后入成品库。
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