CN107673769A - 一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法 - Google Patents

一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法，属于钢铁冶金领域。本发明的生产方法以铝镁尖晶石、金属铝粉、金属硅粉为主要原料，并加入预合成低硅赛隆作为辅助原料，加入结合剂混碾后，通过液压机压制成型，并在氮化炉中烧成，形成塞隆结合。本发明加工出的挡渣闸板含碳量较低，抗氧化性和抗热震性优异，热态抗折强度高，且具有良好的抗氧化、抗热冲击性能，使用寿命明显延长，使用安全性得到有效保障，且本发明采用氮化法烧制而成，淘汰了传统的埋碳烧成和沥青浸煮工艺，避免了在加工过程中产生污染，并有效降低了能耗，实现了挡渣闸板的绿色生产。

Description

一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法。
背景技术
转炉炼钢是非常广泛使用的炼钢技术，挡渣闸板是钢水出钢过程中下渣控制的关键部件，其质量的优劣，对挡渣效果和使用安全具有重要意义。目前，各钢厂普遍使用的挡渣闸板，基本上都是铝碳质或铝锆碳质，其主要原料是板状刚玉、锆刚玉、锆莫来石等耐火材料；主要加工工艺过程为：压力机成型后，用焦炭将成型产品覆盖(埋碳法)，然后密封烧成半成品，在保温的状态下进行沥青浸煮。但此种加工工艺存在以下不足：
(1)采用埋碳烧成法，为了防止火焰直接烧到产品，因而需要采用隔焰烧成，必须用耐火材料砌筑成隔焰匣钵，将产品放入匣钵内，再用焦炭覆盖。因为做匣钵的耐火材料有很大的蓄热，因此此法不但造成能耗增加，而且操作过程有一定焦炭粉尘污染；
(2)采用沥青浸煮工艺，是用吊篮将烧成后的产品放入熔化的液态沥青中，在保温的状态下进行沥青浸煮。由于高温沥青会冒出黄烟，造成环境污染，而且，多次使用后的沥青残渣必须倒掉，会造成二次污染。
采用传统的加工工艺制作挡渣闸板不仅容易产生环境污染，加工出的挡渣闸板也存在热稳定性较差、不耐侵蚀、容易炸裂等问题，使用安全性能有待提高，如何在减少生产污染的基础上提高挡渣闸板的使用质量，已成为行业内亟待解决的问题。
经检索，中国专利申请号：2011103484101，申请日：2011年10月28日，发明创造名称为：塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，该申请案公开了一种塞隆结合氧化锆耐火材料的制备方法，耐火材料所用原料以及原料重量百分比为：氧化锆细粉70～95wt％，塞隆细粉5～30wt％。其制备方法是将氧化锆细粉、塞隆细粉干混后加入聚乙烯醇溶液结合剂湿混，之后经混料后获得坯体成型用坯料；坯体采用压力机成型，成型压强为≥100Mpa；干燥后坯体在氮气气氛下于高温炉中以5℃/min升温速度加热至1450～1550℃，保温2～3小时烧成，在氮气保护下自然冷却到室温获得塞隆结合氧化锆耐火材料。该耐火材料强度高、热膨胀率小、抗热震性能好。
又如中国专利申请号：2015106166819，申请日：2015年9月25日，发明创造名称为：一种转炉挡渣内水口砖及其制备方法，该砖的原料组分按重量百分比配比如下：板状刚玉颗粒50～60％、电熔尖晶石颗粒1～16％、电熔刚玉粉10～20％、电熔尖晶石粉2～18％、α-Al2O3 微粉1～6％、黑碳化硅粉0.3～3.0％、金属硅粉0.3～3.0％、塞隆粉1～2％、粘土粉2～6％、-195C石墨0.3～3.0％，外加占上述组分总质量3～5％的树脂结合剂。该申请案通过加入塞隆粉，缓解热应力对材料的破坏作用，改善内水口砖的热震稳定性，提高其抗剥落性和抵抗渣和钢水的侵蚀性能，延长使用寿命，消除安全隐患。
综上所述，以上申请案均有助于改善转炉挡渣砖的各方面性能，但实践使用时其性能仍有多方面不足，仍有继续研究优化的空间。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中挡渣闸板使用性能较差、生产过程污染性较高的不足，提供了一种低硅塞隆挡渣闸板及其生产方法，淘汰有污染的埋碳烧成和沥青浸煮工艺，利用塞隆强化工艺，实现挡渣闸板的无污染绿色生产。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、原料配制与混合，原料包括以下质量份的配料：
将上述配料均匀混合后混碾成泥料；
步骤二、将混好的泥料采用液压机压制成型；
步骤三、将成型坯放在通风处自然干燥后放入烘烤窑中烘烤；
步骤四、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成；
步骤五、烧成后的产品经检验后包装入库。
更进一步地，步骤一中原料的粒度级配为：粒径1～3mm的粗颗粒质量比为30～60％，粒径200目～1mm的中间颗粒质量比为10～35％，粒径200目以下的细粉质量比为25～40％。
更进一步地，步骤一中原料混合过程如下：将细粉预混和备用，将粗颗粒和中间颗粒均匀混合，然后加入结合剂，最后加入备用的细粉预混合料进行混碾，混碾时间为30～50min后出料。
更进一步地，结合剂为酚醛树脂和磷酸二氢铝中的至少一种。
更进一步地，步骤二中采用2500吨液压机压制成型。
更进一步地，步骤三中将成型坯放在通风处自然干燥20～24h后放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度为180～220℃，烘烤时间为6～10h。
更进一步地，步骤四中氮化烧成的温度为1450～1550℃，烧成时间为8～12h。
更进一步地，步骤一中的预合成低硅赛隆采用以下方法制备：
A、组料配制，包括以下质量份的配料：
将上述配料均匀混合后混碾成泥料；
B、混好的泥料采用液压机压制成型；
C、将成型坯放在通风处自然干燥后放入烘烤窑中烘烤；
D、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成；
E、烧成后的坯料研磨至粒径180～200目，即制成预合成低硅赛隆。
更进一步地，步骤B中混碾后泥料采用1250吨液压机压制成型。
本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板，采用如上所述的生产方法制成。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，配料中加入预合成低硅赛隆作为赛隆反应合成的种子材料，并同步加入能够在氮化反应过程中进一步生产塞隆的金属铝粉和金属硅粉，氮化烧成过程中能够进一步反应生成低硅塞隆，形成塞隆反应结合，从而大幅度提高产品强度，提高其抗热震性能和耐腐蚀能力，使得加工出的碱性挡渣闸板热稳定性明显提高，使用安全性得到有效保障。
(2)本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，采用自制的预合成低硅赛隆，同时采用碱性耐火材料镁铝尖晶石，使高温强度、抗钢渣侵蚀性能和抗热震性能极大提高，产品的高温抗折强度(1400℃)达到了30MPa以上，产品性能有明显优势。
(3)本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，采用氮化法烧制而成，淘汰了传统的埋碳烧成和沥青浸煮工艺，避免了在加工过程中产生污染，并有效降低了能耗，实现了挡渣闸板的绿色生产。
(4)本发明的一种低硅塞隆挡渣闸板，含碳量较低，抗氧化性和抗热震性优异，热态抗折强度高，且具有良好的抗氧化、抗热冲击性能，使用寿命明显延长，更适应工业化生产。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、原料配制与混合，原料包括以下质量份的配料：
其中上述原料的粒度级配为：粒径1～3mm的粗颗粒质量比为45％，粒径200目～1mm的中间颗粒质量比为25％，粒径200目以下的细粉质量比为30％；本实施例中的碳素材料包括石墨、无定形碳和高温沥青，结合剂采用酚醛树脂，各配料混合过程如下：先将粒径200目以下的细粉预混合备用，然后将粗颗粒和中间颗粒均匀混合，再加入结合剂，最后加入备用的细粉预混合料进行混碾，混碾时间为30min后出料；本实施例中各配料间形成良好级配，配合结合剂的粘结效果，形成颗粒、粉料的无间隔结合，不同大小的各颗粒之间逐级填充，形成较为致密的堆积状态，空隙率降低，使产品强度有所提升；
步骤二、将混好的泥料采用液压机压制成型；具体采用2500吨液压机压制成型；
步骤三、将成型坯放在通风处自然干燥20h后放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度为180℃，烘烤时间为6h；
步骤四、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成，烧成温度为1450℃，烧成时间为8h，在烧成过程中形成低硅塞隆结合；
步骤五、烧成后的产品经检验后包装入库，具体地，烧成后的产品经外观检验，再套箍、装壳、磨光后，涂抹滑板涂料，然后包装入库。
需要说明的是，本实施例中的原料采用了自主研制的预合成低硅赛隆，该预合成低硅赛隆采用以下方法制备：
A、组料配制，该组料包括以下质量份的配料：
其中金属硅粉、金属铝粉和氧化铝微粉均采用粒径200目以下的细粉颗粒，充分混合后加入酚醛树脂结合剂进行混碾，混碾30min后出料；
B、将上述混好的泥料采用液压机压制成型，具体采用1250吨液压机压制成型；
C、将成型坯放在通风处自然干燥20h后放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度为180℃，烘烤时间为6h；
D、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成，烧成温度为1550℃，烧成时间为8h；
E、烧成后的坯料研磨至粒径180目，即制成预合成低硅赛隆，然后将此预合成低硅赛隆作为配料进行挡渣闸板的加工。
还需要说明的是，生产实践中目前普遍采用碱性炼钢方式，而常规使用的挡渣闸板(如铝碳质、铝锆碳质闸板)多为中性偏酸性闸板，导致使用性能较差，不耐侵蚀，现有技术中也有关于碱性闸板的研究，但是普通的碱性闸板热稳定性较差，容易产生炸裂问题，而本实施例在步骤一的配料中加入预合成低硅赛隆作为赛隆反应合成的种子材料，并同步加入能够在氮化反应过程中进一步生产塞隆的金属铝粉和金属硅粉，在步骤四的氮化烧成过程中能够进一步反应生成低硅塞隆，形成塞隆反应结合，利用低硅塞隆的耐高温、高强度、高韧性等性能，通过塞隆强化工艺，同时使用更适合碱性炼钢的铝镁尖晶石作为主料，从而大幅度提高产品强度，提高其抗热震性能和耐腐蚀能力，加工出的碱性挡渣闸板含碳量较低，抗氧化性和抗热震性优异，热态抗折强度高，且具有良好的抗氧化、抗热冲击性能，使用寿命明显延长，使用安全性得到有效保障，且本实施例采用氮化法烧制而成，淘汰了传统的埋碳烧成和沥青浸煮工艺，避免了在加工过程中产生污染，并有效降低了能耗，实现了挡渣闸板的绿色生产。
本实施例采用自制的预合成低硅赛隆，同时配合采用碱性耐火材料镁铝尖晶石，使高温强度、抗钢渣侵蚀性能和抗热震性能极大提高，产品的高温抗折强度(1400℃)达到了30MPa以上，产品性能有明显优势。
实施例2
本实施例的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例步骤一中原料包括以下质量份的配料：
其中结合剂为磷酸二氢铝，以上原料的粒度级配为：粒径1～3mm的粗颗粒质量比为30％，粒径200目～1mm的中间颗粒质量比为35％，粒径200目以下的细粉质量比为35％，混碾时间为50min；
步骤三中自然干燥24h后进行烘烤，烘烤温度为220℃，烘烤时间为10h；
步骤四中氮化烧成的温度为1550℃，烧成时间为12h；
其中预合成低硅赛隆的制备方法如下：
A、组料配制，组料包括以下质量份的配料：
步骤C中将成型坯自然干燥24h后进行烘烤，烘烤温度为220℃，烘烤时间为10h；
步骤D中氮化烧成温度为1450℃，烧成时间为8h；
步骤E中将烧成坯料研磨至粒径200目，制成预合成低硅赛隆备用。
实施例3
本实施例的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例步骤一中原料包括以下质量份的配料：
其中结合剂为磷酸二氢铝与酚醛树脂的混合，以上原料的粒度级配为：粒径1～3mm的粗颗粒质量比为40％，粒径200目～1mm的中间颗粒质量比为20％，粒径200目以下的细粉质量比为40％，混碾时间为40min；
步骤三中自然干燥22h后进行烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤时间为8h；
步骤四中氮化烧成的温度为1500℃，烧成时间为10h；
其中预合成低硅赛隆的制备方法如下：
A、组料配制，组料包括以下质量份的配料：
步骤C中将成型坯自然干燥22h后进行烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤时间为8h；
步骤D中氮化烧成温度为1500℃，烧成时间为10h；
步骤E中将烧成坯料研磨至粒径190目制成预合成低硅赛隆。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、原料配制与混合，原料包括以下质量份的配料：
将上述配料均匀混合后混碾成泥料；
步骤二、将混好的泥料采用液压机压制成型；
步骤三、将成型坯放在通风处自然干燥后放入烘烤窑中烘烤；
步骤四、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成；
步骤五、烧成后的产品经检验后包装入库。
2.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤一中原料的粒度级配为：粒径1～3mm的粗颗粒质量比为30～60％，粒径200目～1mm的中间颗粒质量比为10～35％，粒径200目以下的细粉质量比为25～40％。
3.根据权利要求2所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤一中原料混合过程如下：将细粉预混和后备用，将粗颗粒和中间颗粒均匀混合，然后加入结合剂，最后加入备用的细粉预混合料进行混碾，混碾时间为30～50min后出料。
4.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：结合剂为酚醛树脂和磷酸二氢铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤二中采用2500吨液压机压制成型。
6.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤三中将成型坯放在通风处自然干燥20～24h后放入烘烤窑中烘烤，烘烤温度为180～220℃，烘烤时间为6～10h。
7.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤四中氮化烧成的温度为1450～1550℃，烧成时间为8～12h。
8.根据权利要求1所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤一中的预合成低硅赛隆采用以下方法制备：
A、组料配制，包括以下质量份的配料：
将上述配料均匀混合后混碾成泥料；
B、混好的泥料采用液压机压制成型；
C、将成型坯放在通风处自然干燥后放入烘烤窑中烘烤；
D、将烘烤后的坯料放入氮化炉中进行氮化烧成；
E、烧成后的坯料研磨至粒径180～200目，即制成预合成低硅赛隆。
9.根据权利要求8所述的一种低硅塞隆挡渣闸板的生产方法，其特征在于：步骤B中混碾后泥料采用1250吨液压机压制成型。
10.一种低硅塞隆挡渣闸板，其特征在于：采用如权利要求1～9任一项所述的生产方案制成。
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