CN110342947A - 一种铁水包工作衬砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁水包工作衬砖及其制备方法。其技术方案是：将40~60wt%的高铝矾土颗粒、20~40wt%的烧结镁砂颗粒、0.1~2wt%的有机助剂和5~20wt%的无水乙醇搅拌，烘干，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。再将20~40wt%的鳞片石墨、20~40wt%的碳化硅细粉、10~20wt%的抗氧化剂、10~20wt%的高铝矾土细粉和2~10wt%的表面活性剂搅拌，即得预处理粉。然后将30~50wt%的所述预处理颗粒、30~50wt%的所述预处理粉、10~20wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，压制成型，固化，制得铁水包工作衬砖。本发明具有生产成本低、工艺简单和易于工业化生产的特点，所制备的铁水包工作衬砖高温抗折强度大和抗渣侵蚀性好。
Description
技术领域
本发明属于铁水包内衬技术领域。具体涉及一种铁水包工作衬砖及其制备方法。
背景技术
目前，一些大型钢铁公司将铁水盛接、运输、贮存、铁水预处理、转炉兑铁和铁水保温等多功能集于铁水包，将高炉出来的铁水，经过必要工艺流程后，以不更换铁水包的生产组织模式，直接兑入转炉内进行冶炼，即“一包到底”铁水运输技术。该技术虽具有诸多优势，但却给耐火材料带来一些负面影响：生产条件的复杂化导致铁水包工作衬用耐火材料更易损毁，寿命降低；脱硫（如喷吹脱硫、KR搅拌脱硫等）过程引入的大量石灰和萤石等，对渣线位置侵蚀严重。
对比研究发现，脱硫前后渣碱度的变化，导致衬砖抗渣侵蚀、渗透能力下降，加剧材料结构剥落、降低使用寿命；铁水转运过程中的温度变化，使得衬砖体积变化增大，导致砖缝成为渣或铁水的渗透通道。为此，科技人员进行了广泛和深入的研究：
“一罐制铁水包用MgO-SiC-C工作衬砖及制备方法”（201610955000.6）专利技术，在原料中引入了镁砂，避免了由于砖缝过大导致侵蚀加快甚至夹铁，利用方镁石拥有良好的抗碱性渣的优势，提高了渣线部位的使用寿命，但在产品的高温抗折强度方面仍需进一步提高。“铁水包用叶蜡石-碳化硅碳砖及其制备方法”（201110206980.7）专利技术，以叶蜡石和碳化硅为主要原料，生产出不烧的铁水包内衬砖，具有整个产品的造价低，经济效益好，吨铁耐材消耗少等特点，但在产品的抗渣侵蚀性方面仍需进一步改善。
现有技术虽然通过原料体系、添加剂等方式对铁水包工作衬砖的结构与性能进行了调节，但仍无法兼顾材料的抗氧化性、抗剥落性能、抗侵蚀性能等方面性能的优化。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种生产成本低、工艺简单和易于工业化生产的铁水包工作衬砖的制备方法，用该方法制备的铁水包工作衬砖高温抗折强度大和抗渣侵蚀性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、将40~60wt%的高铝矾土颗粒、20~40wt%的烧结镁砂颗粒、0.1~2wt%的有机助剂和5~20wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌2~6小时，在80~110℃条件下烘干12~24小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。
第二步、将20~40wt%的鳞片石墨、20~40wt%的碳化硅细粉、10~20wt%的抗氧化剂、10~20wt%的高铝矾土细粉和2~10wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌2~6小时，即得预处理粉。
第三步、将30~50wt%的所述预处理颗粒、30~50wt%的所述预处理粉、10~20wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于150~200MPa条件下压制成型，再于180~240℃条件下固化18~24小时，制得铁水包工作衬砖。
所述高铝矾土的化学成分：Al2O3含量大于82wt%，SiO2含量小于13wt%，K2O+Na2O含量小于0.7wt%；所述高铝矾土颗粒的粒度为1~5mm，所述高铝矾土细粉的粒度小于0.088mm。
所述烧结镁砂颗粒的化学成分：MgO含量大于96wt%，SiO2含量小于1.2wt%；所述烧结镁砂颗粒的粒度为1~3mm。
所述有机助剂为聚乙烯吡咯烷酮或为聚丙二醇，所述聚乙烯吡咯烷酮的灰分小于0.1wt%，所述聚丙二醇的分子量小于1000。
所述无水乙醇的水含量小于0.2vol%。
所述鳞片石墨的C含量大于95wt%，鳞片石墨的粒度小于0.088mm。
所述碳化硅细粉的SiC含量大于90wt%，碳化硅细粉的粒度小于0.088mm。
所述抗氧化剂为Al粉或为Si粉，抗氧化剂的纯度大于99wt%；抗氧化剂的粒度小于0.088mm。
所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯或为脂肪醇聚氧乙烯醚。
所述刚玉颗粒为棕刚玉颗粒或为板状刚玉颗粒，所述刚玉颗粒的Al2O3含量大于95wt%；刚玉颗粒的粒度为1~0.088mm。
所述热固性酚醛树脂的残碳大于42wt%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明采用的原料来源广泛，生产成本低；在制备过程中仅需将预处理颗粒、预处理粉、刚玉颗粒和热固性酚醛树脂混合均匀，压制成型，固化，即得所述铁水包工作衬砖，生产工艺简单，易于工业化生产。
2、本发明对高铝矾土颗粒、烧结镁砂颗粒等主要颗粒料进行了预处理，调控了颗粒的表面结构与形貌，使其易于形成合理和可控的颗粒堆积；并结合对高铝矾土细粉、鳞片石墨、碳化硅细粉、抗氧化剂等粉料进行预处理，使得预处理粉于颗粒间在不同温度处理及高温使用过程中，实现了局部反应气氛与含碳纳米结构原位生成的有效控制，因而使得本发明制备的铁水包工作衬砖具有较高的高温抗折强度和抗渣侵蚀性。
3、本发明通过对颗粒料及粉料的分别预处理，结合合理的颗粒与粉料配比，有效控制了材料的孔径结构和高温使用过程中含碳纳米结构的分布状态，使得本发明制备的铁水包工作衬砖具有较高的高温抗折强度和可控的高温体积变化。
本发明制备的铁水包工作衬砖经检测：常温耐压强度大于71MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5h）大于10.5MPa；加热永久线变化（1450℃×3h）为0.3~0.8%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于6。
本发明具有生产成本低、工艺简单和易于工业化生产的特点，所制备的铁水包工作衬砖高温抗折强度大和抗渣侵蚀性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述高铝矾土颗粒的化学成分：Al2O3含量大于82wt%，SiO2含量小于13wt%，K2O+Na2O含量小于0.7wt%；所述高铝矾土颗粒的粒度为1~5mm。
所述高铝矾土细粉的化学成分：Al2O3含量大于82wt%，SiO2含量小于13wt%，K2O+Na2O含量小于0.7wt%；所述高铝矾土细粉的粒度小于0.088mm。
所述烧结镁砂颗粒的化学成分：MgO含量大于96wt%；SiO2含量小于1.2wt%；所述烧结镁砂颗粒的粒度为1~3mm。
所述聚乙烯吡咯烷酮的灰分小于0.1wt%，所述聚丙二醇的分子量小于1000。
所述鳞片石墨的C含量大于95wt%，鳞片石墨的粒度小于0.088mm。
所述碳化硅细粉的SiC含量大于90wt%，碳化硅细粉的粒度小于0.088mm。
所述抗氧化剂的纯度大于99wt%；抗氧化剂的粒度小于0.088mm。
所述刚玉颗粒的Al2O3含量大于95wt%；刚玉颗粒的粒度为1~0.088mm。
所述热固性酚醛树脂的残碳大于42wt%。
所述无水乙醇的水含量小于0.2 vol%。
实施例1
一种铁水包工作衬砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将40~50wt%的高铝矾土颗粒、30~40wt%的烧结镁砂颗粒、0.1~1wt%的有机助剂和13~20wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌2~5小时，在80~100℃条件下烘干12~17小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。
第二步、将20~30wt%的鳞片石墨、30~40wt%的碳化硅细粉、10~15wt%的抗氧化剂、10~15wt%的高铝矾土细粉和5~10wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌2~5小时，即得预处理粉。
第三步、将30~40wt%的所述预处理颗粒、40~50wt%的所述预处理粉、10~15wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于150~180MPa条件下压制成型，再于180~220℃条件下固化18~22小时，制得铁水包工作衬砖。
本实施例中：所述有机助剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述抗氧化剂为Al粉；所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯；所述刚玉颗粒为棕刚玉颗粒。
本实施例制备的铁水包工作衬砖的性能经检测：常温耐压强度大于71 MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5 h）大于11.5 MPa；加热永久线变化（1450℃×3 h）为0.3~0.6%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于6。
实施例2
一种铁水包工作衬砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将50~60wt%的高铝矾土颗粒、20~30wt%的烧结镁砂颗粒、1~2wt%的有机助剂和13~20wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌4~6小时，在90~110℃条件下烘干16~20小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。
第二步、将30~40wt%的鳞片石墨、20~30wt%的碳化硅细粉、15~20wt%的抗氧化剂、10~15wt%的高铝矾土细粉和2~5wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌4~6小时，即得预处理粉。
第三步、将40~50wt%的所述预处理颗粒、30~40wt%的所述预处理粉、15~20wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于170~200MPa条件下压制成型，再于200~240℃条件下固化20~24小时，制得铁水包工作衬砖。
本实施例中：所述有机助剂为聚丙二醇；所述抗氧化剂为Si粉；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒。
本实施例制备的铁水包工作衬砖的性能经检测：常温耐压强度大于75 MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5 h）大于10.5 MPa；加热永久线变化（1450℃×3 h）为0.3~0.5%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于5.6。
实施例3
一种铁水包工作衬砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将50~60wt%的高铝矾土颗粒、28~38wt%的烧结镁砂颗粒、0.1~1wt%的有机助剂和5~12wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌2~5小时，在80~100℃条件下烘干20~24小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。
第二步、将25~35wt%的鳞片石墨、25~35wt%的碳化硅细粉、12~18wt%的抗氧化剂、15~20wt%的高铝矾土细粉和3~8wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌2~5小时，即得预处理粉。
第三步、将35~45wt%的所述预处理颗粒、35~45wt%的所述预处理粉、12~18wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于150~180MPa条件下压制成型，再于180~220℃条件下固化18~22小时，制得铁水包工作衬砖。
本实施例中：所述有机助剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述抗氧化剂为Al粉；所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯；所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒。
本实施例制备的铁水包工作衬砖的性能经检测：常温耐压强度大于75 MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5 h）大于11.8 MPa；加热永久线变化（1450℃×3 h）为0.4~0.8%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于5.2。
实施例4
一种铁水包工作衬砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
第一步、将45~55wt%的高铝矾土颗粒、30~40wt%的烧结镁砂颗粒、1~2wt%的有机助剂和8~15wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌4~6小时，在90~110℃条件下烘干20~24小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒。
第二步、将20~30wt%的鳞片石墨、25~35wt%的碳化硅细粉、15~20wt%的抗氧化剂、15~20wt%的高铝矾土细粉和5~10wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌4~6小时，即得预处理粉。
第三步、将40~50wt%的所述预处理颗粒、35~45wt%的所述预处理粉、10~15wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于170~200MPa条件下压制成型，再于200~240℃条件下固化20~24小时，制得铁水包工作衬砖。
本实施例中：所述有机助剂为聚丙二醇；所述抗氧化剂为Si粉；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；所述刚玉颗粒为棕刚玉颗粒。
本实施例制备的铁水包工作衬砖的性能经检测：常温耐压强度大于73 MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5 h）大于11.0 MPa；加热永久线变化（1450℃×3 h）为0.3~0.6%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于5.5。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式采用的原料来源广泛，生产成本低；在制备过程中仅需将预处理颗粒、预处理粉、刚玉颗粒和热固性酚醛树脂混合均匀，压制成型，固化，即得所述铁水包工作衬砖，生产工艺简单，易于工业化生产。
2、本具体实施方式对高铝矾土颗粒、烧结镁砂颗粒等主要颗粒料进行了预处理，调控了颗粒的表面结构与形貌，使其易于形成合理和可控的颗粒堆积；并结合对高铝矾土细粉、鳞片石墨、碳化硅细粉、抗氧化剂等粉料进行预处理，使得预处理粉于颗粒间在不同温度处理及高温使用过程中，实现了局部反应气氛与含碳纳米结构原位生成的有效控制，因而使得本具体实施方式制备的铁水包工作衬砖具有较高的高温抗折强度和抗渣侵蚀性。
3、本具体实施方式通过对颗粒料及粉料的分别预处理，结合合理的颗粒与粉料配比，有效控制了材料的孔径结构和高温使用过程中含碳纳米结构的分布状态，使得本具体实施方式制备的铁水包工作衬砖具有较高的高温抗折强度和可控的高温体积变化。
本具体实施方式制备的铁水包工作衬砖经检测：常温耐压强度大于71MPa；高温抗折强度（1400℃×0.5h）大于10.5MPa；加热永久线变化（1450℃×3h）为0.3~0.8%；渣蚀指数（1500℃×2h，渣碱度为6）小于6。
本具体实施方式具有生产成本低、工艺简单和易于工业化生产的特点，所制备的铁水包工作衬砖高温抗折强度大和抗渣侵蚀性好。
Claims (10)
1.一种铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
第一步、将40~60wt%的高铝矾土颗粒、20~40wt%的烧结镁砂颗粒、0.1~2wt%的有机助剂和5~20wt%的无水乙醇置于搅拌机中，以300~600转/分钟的转速搅拌2~6小时，在80~110℃条件下烘干12~24小时，筛分，即得粒度为1~5mm的预处理颗粒；
第二步、将20~40wt%的鳞片石墨、20~40wt%的碳化硅细粉、10~20wt%的抗氧化剂、10~20wt%的高铝矾土细粉和2~10wt%的表面活性剂置于搅拌机中，以200~400转/分钟的转速搅拌2~6小时，即得预处理粉；
第三步、将30~50wt%的所述预处理颗粒、30~50wt%的所述预处理粉、10~20wt%的刚玉颗粒和3~5wt%的热固性酚醛树脂混合均匀，于150~200MPa条件下压制成型，再于180~240℃条件下固化18~24小时，制得铁水包工作衬砖；
所述高铝矾土的化学成分是：Al2O3含量大于82wt%，SiO2含量小于13wt%，K2O+Na2O含量小于0.7wt%；所述高铝矾土颗粒的粒度为1~5mm，所述高铝矾土细粉的粒度小于0.088mm。
2.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述烧结镁砂颗粒的化学成分：MgO含量大于96wt%，SiO2含量小于1.2wt%；所述烧结镁砂颗粒的粒度为1~3mm。
3.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述有机助剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚丙二醇；所述聚乙烯吡咯烷酮的灰分小于0.1wt%，所述聚丙二醇的分子量小于1000。
4.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述鳞片石墨的C含量大于95wt%，鳞片石墨的粒度小于0.088mm。
5.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述碳化硅细粉的SiC含量大于90wt%，碳化硅细粉的粒度小于0.088mm。
6.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述抗氧化剂为Al粉或为Si粉，抗氧化剂的纯度大于99wt%；抗氧化剂的粒度小于0.088mm。
7.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为脂肪酸聚氧乙烯酯或为脂肪醇聚氧乙烯醚。
8.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述刚玉颗粒为棕刚玉颗粒或为板状刚玉颗粒，所述刚玉颗粒的Al2O3含量大于95wt%；刚玉颗粒的粒度为1~0.088mm。
9.根据权利要求1所述铁水包工作衬砖的制备方法，其特征在于所述热固性酚醛树脂的残碳大于42wt%。
10.一种铁水包工作衬砖，其特征在于所述铁水包工作衬砖是根据权利要求1~9项中任一项所述铁水包工作衬砖的制备方法所制备的铁水包工作衬砖。
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