CN107602137B - 一种浇注成型转炉出钢口内水口砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浇注成型转炉出钢口内水口砖及其制备方法，它由以下重量百分含量的原料制成：33％～62％的电熔白刚玉、25～52％的镁铝尖晶石、1％～5％的CA‑71水泥、8％的α‑Al2O3微粉、1％～3％的金属铝粉和1％的复合添加剂。本发明所述内水口砖选用低膨胀性能原料电熔白刚玉和镁铝尖晶石，具有优良的抗热震性能和抗剥落性能；本发明所述内水口砖采用浇注振动成型工艺，工艺简单，体积密度大；本发明所述内水口砖不含碳体积密度较高，具有优良的抗热震性和抗侵蚀性，不易产生裂纹，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种浇注成型转炉出钢口内水口砖及其制备方法。
背景技术
出钢口砖作为转炉出钢挡渣系统耐材的重要组成部分，其整体寿命的高低影响着转炉生产效率。内水口砖作为出钢口砖的一部分，处于出钢口与挡渣上滑板之间，工作时首先承受出钢过程中钢水的机械冲刷和化学侵蚀，挡渣滑板关闭瞬间又要承受钢渣的涡流冲刷和侵蚀，在更换挡渣机构时内水口直接暴露于冷空气中承受热震。
目前国内内水口砖的材质主要是镁碳质，选用大结晶镁砂、大鳞片石墨为主要原料，以酚醛树脂作为结合剂，机压而成。但是镁碳质内水口砖在应用过程中存在以下问题：1.高温下材料中的碳易氧化而失碳，导致内水口结构疏松，强度下降，限制了内水口寿命，一般镁碳质内水口砖在使用60-70炉后就需要更换；2.镁碳质内水口砖选用大结晶镁砂或者电熔镁砂为原料，其原料本身抗热震性差，内水口砖易产生裂纹，使用过程中有漏钢风险，影响转炉生产效率。
发明内容
为了解决上述内水口砖结构易疏松、抗热震性差、抗侵蚀性差、易产生裂纹、使用寿命短等问题，本发明的目的在于提供一种浇注成型转炉出钢口内水口砖及其制备方法，本发明所述内水口砖不含碳，采用浇注成型工艺，砖坯体积密度较高，具有优良的抗热震性和抗侵蚀性，不易产生裂纹，使用寿命长。
为了实现上述目的，本发明采用以下方案：
一种浇注成型转炉出钢口内水口砖，它由以下重量百分含量的原料制成：33％～62％的电熔白刚玉、25％～52％的镁铝尖晶石、1％～5％的CA-71水泥、8％的α-Al2O3微粉、1％～3％的金属铝粉和1％的复合添加剂。
本发明所述复合添加剂包括防爆纤维、ADS3分散剂、ADW1分散剂和超细硅微粉，其重量百分含量为：防爆纤维0.3％、ADS3分散剂0.2％、ADW1分散剂0.4％、超细硅微粉0.1％。
所述电熔白刚玉的粒径为(5～3、3～1、1～0.075、0.075～0)mm，其重量百分含量为：粒径为5～3mm的电熔白刚玉15％、粒径为3～1mm的电熔白刚玉10％～20％、粒径为1～0.075mm的电熔白刚玉5％～15％、粒径为0.075～0mm的电熔白刚玉3％～12％；所述电熔白刚玉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.15％，Fe2O3的含量≤0.1％，Na2O+K2O的含量≤0.4％。
所述镁铝尖晶石由(3～1、1～0.075、0.075～0)mm三种颗粒级配组成，其重量百分含量为：粒径为3～1mm的镁铝尖晶石15％～25％、粒径为1～0.075mm的镁铝尖晶石5％～15％、粒径为0.075～0mm的镁铝尖晶石5％～12％；所述镁铝尖晶石中：Al2O3的含量≥78.0％，MgO的含量≥21.0％，SiO2的含量≤0.05％，Fe2O3的含量≤0.2％，Na2O+K2O的含量≤0.2％。
所述CA-71水泥中：Al2O3的含量为71±2％，SiO2的含量≤0.6％，Fe2O3的含量≤0.3％；所述CA-71水泥的终凝时间≤8小时。
所述α-Al2O3微粉的粒度为0～2μm；所述α-Al2O3微粉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.1％，Fe2O3的含量≤0.08％，Na2O+K2O的含量≤0.3％。
所述金属铝粉的粒度为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％
上述的浇注成型转炉出钢口内水口砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将按重量百分比的电熔白刚玉、镁铝尖晶石、CA-71水泥、α-Al2O3微粉、金属铝粉和复合添加剂用V型混合机进行预混合，预混合时间不低于30min；
(2)将步骤(1)预混合材料加入泥沙搅拌机中，再加入水，水的重量为预混合材料重量的3％～6％，搅拌均匀得到泥料；
(3)将内水口模具固定在振动平台上，再将步骤(2)搅拌好泥料导入模具中，振动成型，自然养护24小时后脱模得到胚砖；
(4)将步骤(3)脱模后的胚砖放入电烤干燥器内干燥，进窑口温度60℃，在此温度下干燥12小时以上，然后在110℃的温度下干燥24h以上，然后在110～210℃的温度下干燥12h以上，最后在210℃的恒温状态下干燥24h以上，总干燥时间84h以上；
(5)将提前焊接好的钢箍在加热器上加热，然后将钢箍套在步骤(4)干燥后的胚砖外围，得到成品内水口砖。
与普通镁碳质内水口砖相比较，本发明的有益效果是：
1.本发明所述内水口砖选用低膨胀性能原料电熔白刚玉和镁铝尖晶石，具有优良的抗热震性能和抗剥落性能。
2.本发明所述内水口砖采用浇注振动成型工艺，工艺简单，同时材料中没有添加碳源，一方面降低了对钢水的增碳污染，另一方面，与镁碳质材料相比，避免了服役过程中失碳而导致的材料结构疏松强度下降的问题。
3.与机压而成的镁碳质内水口相比，本发明所述内水口砖的体积密度大幅度提高，可达到3.20g/cm3以上，同时引入金属铝粉，高温下金属Al与氧原位反应生产Al2O3，不仅强化了基质，而且填充了气孔，使内水口具有优良的抗侵蚀性能和抗机械冲刷性能。
4.普通镁碳质内水口砖只能使用60～70炉，而本发明所述内水口砖使用寿命大幅度提高，可达到120～150炉。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以利于本领域技术人员能够更加清楚的了解。
实施例1
本实施例提供的浇注成型转炉出钢口内水口砖，它由以下重量百分含量的原料制成：57％的电熔白刚玉、32％的镁铝尖晶石、1％的CA-71水泥、8％的α-Al2O3微粉、1％的金属铝粉和1％的复合添加剂。
所述复合添加剂包括防爆纤维、ADS3分散剂、ADW1分散剂和超细硅微粉，其重量百分含量为：防爆纤维0.3％、ADS3分散剂0.2％、ADW1分散剂0.4％、超细硅微粉0.1％。
所述电熔白刚玉的粒径为(5～3、3～1、1～0.075、0.075～0)mm，其重量百分含量为：粒径为5～3mm的电熔白刚玉15％、粒径为3～1mm的电熔白刚玉20％、粒径为1～0.075mm的电熔白刚玉10％、粒径为0.075～0mm的电熔白刚玉12％；所述电熔白刚玉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.15％，Fe2O3的含量≤0.1％，Na2O+K2O的含量≤0.4％。
所述镁铝尖晶石由(3～1、1～0.075、0.075～0)mm三种颗粒级配组成，其重量百分含量为：粒径为3～1mm的镁铝尖晶石15％、粒径为1～0.075mm的镁铝尖晶石10％、粒径为0.075～0mm的镁铝尖晶石7％；所述镁铝尖晶石中：Al2O3的含量≥78.0％，MgO的含量≥21.0％，SiO2的含量≤0.05％，Fe2O3的含量≤0.2％，Na2O+K2O的含量≤0.2％。
所述CA-71水泥中：Al2O3的含量为71±2％，SiO2的含量≤0.6％，Fe2O3的含量≤0.3％；所述CA-71水泥的终凝时间≤8小时。
所述α-Al2O3微粉的粒度为0～2μm；所述α-Al2O3微粉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.1％，Fe2O3的含量≤0.08％，Na2O+K2O的含量≤0.3％。
所述金属铝粉的粒度为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％
上述的浇注成型转炉出钢口内水口砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将按重量百分比的电熔白刚玉、镁铝尖晶石、CA-71水泥、α-Al2O3微粉、金属铝粉和复合添加剂用V型混合机进行预混合，预混合时间不低于30min；
(2)将步骤(1)预混合材料加入泥沙搅拌机中，再加入水，水的重量为预混合材料重量的3％～6％，搅拌均匀得到泥料；
(3)将内水口模具固定在振动平台上，再将步骤(2)搅拌好泥料导入模具中，振动成型，自然养护24小时后脱模得到胚砖；
(4)将步骤(3)脱模后的胚砖放入电烤干燥器内干燥，进窑口温度60℃，在此温度下干燥12小时以上，然后在110℃的温度下干燥24h以上，然后在110～210℃的温度下干燥12h以上，最后在210℃的恒温状态下干燥24h以上，总干燥时间84h以上；
(5)将提前焊接好的钢箍在加热器上加热，然后将钢箍套在步骤(4)干燥后的胚砖外围，得到成品内水口砖。
实施例2
本实施例提供的浇注成型转炉出钢口内水口砖，它由以下重量百分含量的原料制成：50％的电熔白刚玉、36％的镁铝尖晶石、3％的CA-71水泥、8％的α-Al2O3微粉、2％的金属铝粉和1％的复合添加剂。
所述复合添加剂包括防爆纤维、ADS3分散剂、ADW1分散剂和超细硅微粉，其重量百分含量为：防爆纤维0.3％、ADS3分散剂0.2％、ADW1分散剂0.4％、超细硅微粉0.1％。
所述电熔白刚玉的粒径为(5～3、3～1、1～0.075、0.075～0)mm，其重量百分含量为：粒径为5～3mm的电熔白刚玉15％、粒径为3～1mm的电熔白刚玉15％、粒径为1～0.075mm的电熔白刚玉10％、粒径为0.075～0mm的电熔白刚玉10％；所述电熔白刚玉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.15％，Fe2O3的含量≤0.1％，Na2O+K2O的含量≤0.4％。
所述镁铝尖晶石由(3～1、1～0.075、0.075～0)mm三种颗粒级配组成，其重量百分含量为：粒径为3～1mm的镁铝尖晶石20％、粒径为1～0.075mm的镁铝尖晶石10％、粒径为0.075～0mm的镁铝尖晶石6％；所述镁铝尖晶石中：Al2O3的含量≥78.0％，MgO的含量≥21.0％，SiO2的含量≤0.05％，Fe2O3的含量≤0.2％，Na2O+K2O的含量≤0.2％。
所述CA-71水泥中：Al2O3的含量为71±2％，SiO2的含量≤0.6％，Fe2O3的含量≤0.3％；所述CA-71水泥的终凝时间≤8小时。
所述α-Al2O3微粉的粒度为0～2μm；所述α-Al2O3微粉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.1％，Fe2O3的含量≤0.08％，Na2O+K2O的含量≤0.3％。
所述金属铝粉的粒度为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％
上述的浇注成型转炉出钢口内水口砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将按重量百分比的电熔白刚玉、镁铝尖晶石、CA-71水泥、α-Al2O3微粉、金属铝粉和复合添加剂用V型混合机进行预混合，预混合时间不低于30min；
(2)将步骤(1)预混合材料加入泥沙搅拌机中，再加入水，水的重量为预混合材料重量的3％～6％，搅拌均匀得到泥料；
(3)将内水口模具固定在振动平台上，再将步骤(2)搅拌好泥料导入模具中，振动成型，自然养护24小时后脱模得到胚砖；
(4)将步骤(3)脱模后的胚砖放入电烤干燥器内干燥，进窑口温度60℃，在此温度下干燥12小时以上，然后在110℃的温度下干燥24h以上，然后在110～210℃的温度下干燥12h以上，最后在210℃的恒温状态下干燥24h以上，总干燥时间84h以上；
(5)将提前焊接好的钢箍在加热器上加热，然后将钢箍套在步骤(4)干燥后的胚砖外围，得到成品内水口砖。
实施例3
本实施例提供的浇注成型转炉出钢口内水口砖，它由以下重量百分含量的原料制成：38％的电熔白刚玉、45％的镁铝尖晶石、5％的CA-71水泥、8％的α-Al2O3微粉、3％的金属铝粉和1％的复合添加剂。
所述复合添加剂包括防爆纤维、ADS3分散剂、ADW1分散剂和超细硅微粉，其重量百分含量为：防爆纤维0.3％、ADS3分散剂0.2％、ADW1分散剂0.4％、超细硅微粉0.1％。
所述电熔白刚玉的粒径为(5～3、3～1、1～0.075、0.075～0)mm，其重量百分含量为：粒径为5～3mm的电熔白刚玉15％、粒径为3～1mm的电熔白刚玉10％、粒径为1～0.075mm的电熔白刚玉5％、粒径为0.075～0mm的电熔白刚玉8％；所述电熔白刚玉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.15％，Fe2O3的含量≤0.1％，Na2O+K2O的含量≤0.4％。
所述镁铝尖晶石由(3～1、1～0.075、0.075～0)mm三种颗粒级配组成，其重量百分含量为：粒径为3～1mm的镁铝尖晶石25％、粒径为1～0.075mm的镁铝尖晶石15％、粒径为0.075～0mm的镁铝尖晶石5％；所述镁铝尖晶石中：Al2O3的含量≥78.0％，MgO的含量≥21.0％，SiO2的含量≤0.05％，Fe2O3的含量≤0.2％，Na2O+K2O的含量≤0.2％。
所述CA-71水泥中：Al2O3的含量为71±2％，SiO2的含量≤0.6％，Fe2O3的含量≤0.3％；所述CA-71水泥的终凝时间≤8小时。
所述α-Al2O3微粉的粒度为0～2μm；所述α-Al2O3微粉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.1％，Fe2O3的含量≤0.08％，Na2O+K2O的含量≤0.3％。
所述金属铝粉的粒度为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％
上述的浇注成型转炉出钢口内水口砖的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将按重量百分比的电熔白刚玉、镁铝尖晶石、CA-71水泥、α-Al2O3微粉、金属铝粉和复合添加剂用V型混合机进行预混合，预混合时间不低于30min；
(2)将步骤(1)预混合材料加入泥沙搅拌机中，再加入水，水的重量为预混合材料重量的3％～6％，搅拌均匀得到泥料；
(3)将内水口模具固定在振动平台上，再将步骤(2)搅拌好泥料导入模具中，振动成型，自然养护24小时后脱模得到胚砖；
(4)将步骤(3)脱模后的胚砖放入电烤干燥器内干燥，进窑口温度60℃，在此温度下干燥12小时以上，然后在110℃的温度下干燥24h以上，然后在110～210℃的温度下干燥12h以上，最后在210℃的恒温状态下干燥24h以上，总干燥时间84h以上；
(5)将提前焊接好的钢箍在加热器上加热，然后将钢箍套在步骤(4)干燥后的胚砖外围，得到成品内水口砖。
表1为按实施例1～3所制得的产品的理化测试检测表
所述三种实施例制得的内水口砖在某钢厂转炉出钢口上试用，在同等工艺条件下使用，相比普通镁碳质内水口砖可使用60-70炉，浇注内水口砖的使用寿命显著提高，可达到120～150炉，提高了转炉生产效率。下线更换时浇注内水口砖的残厚大于30mm，避免了内水口与挡渣上滑板易漏钢的问题，裂纹情况良好，外部钢箍有效的控制微细裂纹的扩散；本发明浇注内水口砖具有优良的耐侵蚀性能、抗机械冲刷性能和抗热震性能。
Claims (4)
1.一种浇注成型转炉出钢口内水口砖,其特征在于，它由以下重量百分含量的原料制成：33％～62％的电熔白刚玉、25％～52％的镁铝尖晶石、1％～5％的CA-71水泥、8％的α-Al2O3微粉、1～3％的金属铝粉和1％的复合添加剂；所述复合添加剂包括：防爆纤维0.3％、ADS3分散剂0.2％、ADW1分散剂0.4％、超细硅微粉0.1％；所述电熔白刚玉中：粒径为5～3mm的电熔白刚玉15％、粒径为3～1mm的电熔白刚玉10％～20％、粒径为1～0.075mm的电熔白刚玉5％～15％、粒径为0.075～0mm的电熔白刚玉3％～12％；所述电熔白刚玉的Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.15％，Fe2O3的含量≤0.1％，Na2O+K2O的含量≤0.4％；所述镁铝尖晶石中：粒径为3～1mm的镁铝尖晶石15％～25％、粒径为1～0.075mm的镁铝尖晶石5％～15％、粒径为0.075～0mm的镁铝尖晶石5％～12％；所述镁铝尖晶石的Al2O3的含量≥78.0％，MgO的含量≥21.0％，SiO2的含量≤0.05％，Fe2O3的含量≤0.2％，Na2O+K2O的含量≤0.2％；所述CA-71水泥中：Al2O3 的含量为71±2％，SiO2的含量≤0.6％，Fe2O3的含量≤0.3％；所述CA-71水泥的终凝时间≤8小时。
2.根据权利要求1所述的浇注成型转炉出钢口内水口砖，其特征在于：所述α-Al2O3微粉的粒度为0～2μm；所述α-Al2O3微粉中：Al2O3的含量≥99.0％，SiO2的含量≤0.1％，Fe2O3的含量≤0.08％，Na2O+K2O的含量≤0.3％。
3.根据权利要求1所述的浇注成型转炉出钢口内水口砖，其特征在于：所述金属铝粉的粒度为0～0.075mm；所述金属铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的浇注成型转炉出钢口内水口砖的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将按重量百分比的电熔白刚玉、镁铝尖晶石、CA-71水泥、α-Al2O3、金属铝粉和复合添加剂用V型混合机进行预混合，预混合时间不低于30min；
(2)将步骤(1)预混合材料加入泥沙搅拌机中，再加入水，水的重量为预混合材料重量的3％～6％，搅拌均匀得到泥料；
(3)将内水口模具固定在振动平台上，再将步骤(2)搅拌好泥料导入模具中，振动成型，自然养护24小时后脱模得到砖胚；
(4)将步骤(3)脱模后的砖胚放入电烤干燥器内干燥，进窑口温度60℃，在此温度下干燥12小时以上，然后在110℃的温度下干燥24h以上，然后在110～210℃的温度下干燥12h以上，最后在210℃的恒温状态下干燥24h以上，总干燥时间84h以上；
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