CN107903045A - 一种下水口砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种下水口砖及其制备方法。本发明所述下水口砖包括下水口砖主体，其中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：均化矾土熟料50～70份、刚玉15～25份、尖晶石8～15份、Al2O315～25份、纯铝酸钙水泥3～8份、二氧化硅1～2份和添加剂0.1～0.3份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75～85％。本发明所述下水口砖具有性能优良、安全可靠，且成本低、性价比高的优点。本发明所述制备方法操作简单、无需高温烧结，通过振动成型即可。

Description

一种下水口砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体而言，涉及一种下水口砖及其制备方法。
背景技术
随着快速、高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展，滑动水口(Sliding Nozzle，简称SN)系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，成为冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。
滑动水口一般由机构、上水口、上滑板、下滑板、下水口等组成，上水口与上滑板一起静止设置于机构中，而下滑板与下水口组合成一体而作为滑动部分使用。滑动水口的工作原理是通过滑动机构的滑动带动流钢孔的开闭从而调节钢水流量大小。
由于在浇钢作业过程中，下水口与高温钢水接触，如果耐热性能不佳、抗压抗折能力不够，热应力容易使下水口发生炸裂，钢水沿裂纹渗钢，严重时会造成跑钢等恶性事故。因此，为了避免出现安全事故，目前一般采用机压成型，对于特殊要求或异性下水口不易机压成型的采用振动成型方式。但振动成型均使用刚玉质，甚至是纯刚玉质制备下水口砖，导致下水口砖的造价成本高。因此，本领域亟待提出一种性能优良、安全可靠且同时造价低的水口砖及其制备方法。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种下水口砖，所述下水口砖不但性能优良、安全可靠，而且造价成本低，性价比高。
本发明的第二目的在于提供一种前述下水口砖的制备方法，所述下水口砖的制备方法简单，无需高温烧结，通过振动成型即得。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种下水口砖，所述下水口砖包括下水口砖主体，其中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料50～70份、刚玉15～25份、尖晶石8～15份、Al2O315～25份、纯铝酸钙水泥3～8份、二氧化硅1～2份和添加剂0.1～0.3份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75～85％。
本发明所述下水口砖采用均化矾土熟料为主要骨料，与少量刚玉、尖晶石、Al2O3、二氧化硅和添加剂配合使用。一方面，本发明使用价格低廉的均化矾土熟料代替价格高昂的刚玉，降低下水口砖的制备成本，具有重大的社会经济效应。另一方面，本发明还加入少量的刚玉、尖晶石、Al2O3、二氧化硅等耐火性能优良的原料，通过其与高铝矾土之间的配合作用，维持本发明所述下水口砖的耐火性能，避免完全使用高铝矾土造成制成的下水口砖的耐火性能下降。具体而言，目前刚玉的市价为5-7千元/吨，而均化矾土熟料的市价为2千元左右/吨，与不添加高铝矾土而全部使用钢玉制备的下水口砖相比，本发明所述下水口砖节约成本35-50％左右，但其密度和显气孔率与全刚玉制备的下水口砖相差不大，在常温下的抗压性也基本相当，能够满足180吨精炼钢包连滑2～3次。
在一些具体的实施方式中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料60～70份、刚玉15～20份、尖晶石8～10份、Al2O315～20份、纯铝酸钙水泥3～6份、二氧化硅1～1.5份和添加剂0.2～0.3份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75～80％。
在一些具体的实施方式中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料60～65份、刚玉15～17份、尖晶石8～9份、Al2O315～17份、纯铝酸钙水泥4～6份、二氧化硅1.2～1.5份和添加剂0.25～0.3份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75～88％。
在一些具体的实施方式中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料60份、刚玉20份、尖晶石10份、Al2O320份、纯铝酸钙水泥5份、二氧化硅1.5份和添加剂0.2份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为78％。
在一些具体的实施方式中，均化矾土熟料50份、刚玉25份、尖晶石15份、Al2O3 25份、纯铝酸钙水泥3份、二氧化硅1份和添加剂0.2份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75％。
在一些具体的实施方式中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料70份、刚玉15份、尖晶石8份、Al2O3 15份、纯铝酸钙水泥8份、二氧化硅2份和添加剂0.1份；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为85％。
本发明还对均化矾土熟料以及刚玉等原料之间的配比作出进一步限定，通过使各原料之间的配比更合理从而进一步增强所述下水口砖的性能。
在一些具体的实施方式中，所述均化矾土熟料包括粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料，其中，所述粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料的质量比为1：1～2:1～2；
所述刚玉包括粒径大小为1～0mm的刚玉和粒径大小为180～320目的刚玉粉，所述粒径大小为1～0mm的刚玉和所述粒径大小为180～320目的刚玉粉的质量比为1:2～3；
所述尖晶石的粒径大小为300～320目；所述Al2O3的粒径大小为300～320目；所述二氧化硅的粒径大小为1～2μm。
本发明还对均化矾土熟料、刚玉、尖晶石、Al2O3、纯铝酸钙水泥和二氧化硅的粒径作出进一步限定，通过调整上述原料的粒径大小，从而使各原料之间的颗粒级配合理，既便于水口砖制备成形，又有利于获得较佳的密度和显气孔率佳。
在一些具体的实施方式中，所述添加剂为减水剂，优选地，所述减水剂为ADS、ADW。
在一些具体的实施方式中，所述刚玉为白刚玉、棕刚玉、铬刚玉和板状刚玉中的一种或多种。
在一些具体的实施方式中，所述纯铝酸钙水泥选自CA-50、CA-60、CA-70和CA-80中的一种或多种。
在一些具体的实施方式中，所述下水口砖还包括外壳，所述外壳与所述下水口砖主体为一体成型，优选地，所述外壳为钢质外壳。
本发明还涉及前述下水口砖的制备方法，所述方法包括：
A、将用于制备下水口砖主体的原料混合均匀；
B、将钢壳固定，放置在振动床上，加入所述步骤A中混合均匀的原料，振动成型。
本发明所述下水口砖的制备方法通过振动成型即可制成，不但操作方便简单，无需高温烧结，解决下水口砖成型难的技术问题，而且制成的下水口砖各部分的密度均匀，性能优良。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述下水口砖以均化矾土熟料为主要骨料，显著降低刚玉的使用量，降低制备成本，同时，将均化矾土熟料与少量刚玉、尖晶石、Al2O3、纯铝酸钙水泥、二氧化硅等配合使用，保障下水口砖的耐火性能，使其无论是在密度、显气孔率方面还是在常温抗压强度或高温抗压强度方面都与全部使用刚玉、不用高铝矾土替代的常规下水口砖相差不大。因此，本发明所述水口砖具有性能优良、安全可靠、造价成本低和性价比高的优点。
(2)本发明还进一步对均化矾土熟料、刚玉、尖晶石、Al2O3、纯铝酸钙水泥、二氧化硅等的用量配比以及颗粒级配进行优化，从而进一步增强本发明所述下水口砖的性能。
(3)本发明所述下水口砖的制备方法通过振动成型即可，不但具有操作简单、无需高温烧结，解决下水口砖成型难的技术问题的优点，而且与机压成型相比，振动成型的下水口砖各部分的密度、显气孔率均匀，砖体的整体性能均匀一致。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。
实施例1
按照以下方法制备下水口砖：
1.称取下述重量的原料，混合均匀：
均化矾土熟料60Kg，其中，所述均化料中Al2O3的质量分数为78％，所述均化料由粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料组成，其质量比为1:2:2，所述均化矾土熟料的密度为2.8g/cm3；
刚玉20Kg，其中，所述刚玉由粒径大小为1～0mm的刚玉和粒径大小为240目的刚玉粉组成，所述粒径大小为1～0mm的刚玉与所述粒径大小为240目的刚玉粉的质量比为1:3，所述刚玉为白刚玉，所述刚玉的密度为3.5g/cm3；
尖晶石10Kg，所述尖晶石的粒径大小为310目；
Al2O3 20Kg，所述Al2O3的粒径大小为310目；
纯铝酸钙水泥5Kg；
二氧化硅1.5Kg，所述二氧化硅的粒径大小为1μm；
ADS：0.2Kg。
2.固定钢质外壳，将其放置在振动床上，加入步骤1中混合均匀的原料，开启机器，振动成型，即得所述下水口砖。
实施例2
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于，各原料之间用量的配比不同(各原料的粒径大小与实施例1相同)，具体而言，均化矾土熟料50Kg、刚玉25Kg、尖晶石15Kg、Al2O3 25Kg、纯铝酸钙水泥3Kg、二氧化硅1Kg和ADS 0.2Kg；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75％。
实施例3
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于，各原料之间用量的配比不同(各原料的粒径大小与实施例1相同)，具体而言，均化矾土熟料70Kg、刚玉15Kg、尖晶石8Kg、Al2O3 15Kg、纯铝酸钙水泥8Kg、二氧化硅2Kg和ADS 0.1Kg；其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为85％。
实施例4
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于：
所述均化料由粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料组成，其质量比为1:1:1；
所述粒径大小为1～0mm的刚玉与所述粒径大小为240目的刚玉粉的质量比为1:2；
所述尖晶石的粒径大小为300目；
所述Al2O3的粒径大小为300目：
所述二氧化硅的粒径大小为1.5μm。
实施例5
参造实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于：
所述尖晶石的粒径大小为320目；
所述Al2O3的粒径大小为320目：
所述二氧化硅的粒径大小为2μm。
对比例1
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于，所述均化矾土熟料全部由刚玉替代。
对比例2
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于，将刚玉、尖晶石、和Al2O3从原料中去除。
对比例3
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于：
所述均化料由粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料组成，其质量比为2:1:1；
所述粒径大小为1～0mm的刚玉与所述粒径大小为150目的刚玉粉的质量比为1:1；
所述尖晶石的粒径大小为100目；
所述Al2O3的粒径大小为100目：
所述二氧化硅的粒径大小为0.5μm。
对比例4
参照实施例1所述方法制备下水口砖，区别仅在于：
所述均化料由粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料组成，其质量比为1:2:4；
所述粒径大小为1～0mm的刚玉与所述粒径大小为500目的刚玉粉的质量比为1:4；
所述尖晶石的粒径大小为500目；
所述Al2O3的粒径大小为500目：
所述纯铝酸钙水泥的粒径大小为500目；
所述二氧化硅的粒径大小为4μm。
对比例5
参照实施例1所述方式制备下水口砖，区别仅在于，所述下水口砖采用机压成型的方法制备而成。
实验例1
检测实施例1～5以及对比例1～5所述下水口砖上部、中部和下部的密度、显气孔率，并参照实施例1～5以及对比例1～4所述方法制备小样，检测其在常温下的抗压强度(对比例5所述下水口砖不适合检测抗压强度)。具体检测结果参见表1。根据表1所示检测结果可知，本发明实施例1～5所述下水口砖在密度、气孔率和常温下抗压强度上略逊于使用全刚玉为骨料制备的下水口砖(对比例1)，但明显高于其他配方制成下水口砖(对比例2～4)。同时，本发明所述下水口砖通过振动成型的方式制备而成，其上部、中部和下部的密度相差无几，显气孔率也相同，使所述下水口砖在整体上表现出基本一致的性能。而机压成型的下水口砖表现出上、下部密度高，中部密度低的现象，其整体性能不均一，导致其在使用过程中不耐用。
表1下水口砖性能检测
实验例2
统计实施例1～5以及对比例1～5所述下水口砖在180吨精炼钢包使用过程中的连滑次数，其中，实施例2、5所述下水口砖可使用3次，实施例1、3、4所述下水口砖能够使用2次，对比例1所述下水口砖能够使用3次，对比例2所述下水口砖不能用于精炼钢包连滑，而对比例3～5所述下水口砖只能使用1次。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种下水口砖，其特征在于，所述下水口砖包括下水口砖主体，其中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料50～70份、刚玉15～25份、尖晶石8～15份、Al2O315～25份、纯铝酸钙水泥3～8份、二氧化硅1～2份和添加剂0.1～0.3份；
其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为75～85％。
2.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：
均化矾土熟料60份、刚玉20份、尖晶石10份、Al2O3 20份、纯铝酸钙水泥5份、二氧化硅1.5份和添加剂0.2份；
其中，所述均化矾土熟料中Al2O3的质量分数为78％。
3.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述均化矾土熟料包括粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料，其中，所述粒径为5～3mm的均化料、粒径为3～1mm的均化料以及粒径为1～0mm的均化料的质量比为1：1～2:1～2。
4.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述刚玉包括粒径大小为1～0mm的刚玉和粒径大小为180-320目的刚玉粉，所述粒径大小为1～0mm的刚玉和所述粒径大小为180-320目的刚玉粉的质量比为1:2～3。
5.根据权利要求1所述的下水口砖，其特征在于，所述尖晶石的粒径大小为300～320目；所述Al2O3的粒径大小为300～320目；所述二氧化硅的粒径大小为1～2μm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的下水口砖，其特征在于，所述添加剂为减水剂，优选地，所述减水剂为ADS或ADW。
7.根据权利要求1～5任一项所述的下水口砖，其特征在于，所述刚玉为白刚玉、棕刚玉、铬刚玉和板状刚玉中的一种或多种。
8.根据权利要求1～5任一项所述的下水口砖，其特征在于，所述纯铝酸钙水泥选自CA-50、CA-60、CA-70和CA-80中的一种或多种。
9.根据权利要求1～5任一项所述的下水口砖，其特征在于，所述下水口砖还包括外壳，所述外壳与所述下水口砖主体为一体成型，优选地，所述外壳为钢质外壳。
10.权利要求1～9任一项所述下水口砖的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
A、将用于制备下水口砖主体的原料混合均匀；
B、将钢壳固定在模具上面，放置在振动床平台上，加入所述步骤A中混合均匀的原料，振动成型。
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