CN111393150B - 环保型镁质干式料及其制备工艺 - Google Patents

环保型镁质干式料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明采用了如下一种环保型镁质干式料，包括质量比为60～75:20～30:8～10:15～25:8～12：2～4.5：1～2：0.5～1.5：0.8～1.2的烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、结合剂、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、膨胀剂、漂珠、膨润土。本发明优化了干式料各组分配比，采用了环保型的结合剂，能有效解决结合剂在高温条件下分解成有毒有害物质的问题，更加节能环保，让干式料在使用过程中无刺激性味道，更利于生产环境的前提下还能确保干式料在使用过程中的硬度要求，确保其耐冲刷能力。

Description

环保型镁质干式料及其制备工艺
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及环保型镁质干式料及其制备工艺。
背景技术
随着世界钢铁生产技术的巨大发展，形成了中间包冶金工艺，中间包从连铸系统中单纯的钢水过渡盛器转变为具有多种精炼功能的精炼装置，中间包精炼技术也成为洁净钢生产中的重要技术之一。中间包作为连铸生产中的重要的热工设备，不仅起着均匀钢水温度的作用，而且是钢包与结晶器之间的缓冲器，对连铸钢坯的质量、成本及连铸生产的顺利进行具有举足轻重的重要作用。
中间包干式料是不加水和液体结合剂依靠振动成型的方法制作而成的不定形耐火材料(中间包工作衬)，制作而成干式料致密、均匀，低温加热后生成脱模强度。以中间包干式料制作中间包工作衬因其具有施工方便、烘烤时间短、抗渣性能好、保温效果好、能量消耗低、施工设备简单等优点而使得其在各大钢厂得到广泛应用。
目前，中间包干式料中应用最广泛且效果较好的低温结合剂是热塑性酚醛树脂，其是以镁砂为主原料，添加含钙材料，以及各种助烧剂、高温改性剂而开发的一种耐火材料；但是固体酚醛树脂在干式料烘烤使用过程中产生的残碳和氢会给钢水增碳和增氢，进而影响钢坯质量；同时固体酚醛树脂在高温作用会产生大量的有害刺激性气体，对现场施工工人和环境造成一定程度的危害，不符合洁净、绿色环保的高质量钢坯的生产要求。
为解决上述问题，现有技术中使用其他类型的结合剂以替代酚醛树脂，例如：葡萄糖+水玻璃的混合物、羟乙基纤维+
Figure BDA0002423160300000011
-Al2O3的混合物、松香+硼酸盐玻璃粉等，但是不同结合剂的使用在其用于粘结镁砂时，随着烘烤过程温度的升高，干式料的中、高温强度不够，在钢水冲刷使易脱落，影响干式料的使用效果。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种环保型镁质干式料及其制备工艺，能有效提高干式料的中、高温强度，增加干式料在使用过程的耐冲刷能力。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种环保型镁质干式料，包括质量比为60～75:20～30:8～10:15～25:8～12：2～4.5：1～2：0.5～1.5：0.8～1.2的烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、结合剂、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、膨胀剂、漂珠、膨润土。
优选的，所述结合剂为碱金属硅酸盐。
优选的，所述膨胀剂为蓝晶石。
优选的，所述膨润土为天然漂白土。
优选的，所述高温烧结剂包括黏土，黏土中，Al2O3含量30％～48％，SiO2含量为50％～65％，TiO2含量为0.32％～0.44％，Fe2O3含量为0.34％～0.42％。
优选的，所述电熔镁砂由以下质量百分比的组份组成MgO含量为96.58％，CaO含量为1.05％，SiO2含量为0.86％，Fe2O3为0.63％，余量为杂质；所述电熔镁砂颗粒粒径小于等于200目。
优选的，所述烧结镁砂由以下质量百分比的组份组成MgO含量为92％，SiO2含量为2％，Fe2O3为5％，余量为杂质；以烧结镁砂总质量为基准计算颗粒分级为：粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％～22％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占45％～48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占30％～35％。
一种环保型镁质干式料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：利用200目筛网对电熔镁砂过筛处理，留取颗粒粒径小于等于200目的电熔镁砂备用；
S2：将烧结镁砂按照上述颗粒分级加工成以下粒径规格：5～3mm，3～1mm，1～0mm的烧结镁砂备用；
S3：按照上述质量比对烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、结合剂、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、膨胀剂、漂珠、膨润土称量备用；
S4：将结合剂、氢氧化铝微粉、高温烧结剂一起加入到混合机中混合20～25min，得到混合粉，备用；
S5：将步骤S3称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合6～9min，得到半成品；
S6：将步骤S3称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤S5中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合7～9min，得到镁质干式料成品。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、电熔镁砂及烧结镁砂的混合物，两种镁砂的颗粒粒径范围不同，能有利于镁砂之间的空隙填补之外还有利于各种添加料在镁砂之间的混合，增加的漂珠耐高温且为球状，能增加结合剂作用时的流动性和整个干式料的可塑性，增加结合剂的整体扩散效果，保证干式料各物料之间的凝聚力，能减少干式料的硬化时间，提高干式料在使用过程中低、中温强度。
2、增加的高温烧结剂能在镁砂的烧结过程中加速镁砂在高温下形成致密的固体结构成，提高干式料在使用过程中的耐冲刷性，确保其在使用过程中的质量。
3、膨润土的使用能提供一定吸附能力，添加至干式料中，作为中温促烧剂，提高干式料的中、高温强度。
4、本发明中的膨胀剂为高温膨胀剂，能在高温下发生变化，可用于抵消干式料的收缩，提高干式料的抗热震性能，进而确保干式料的抗裂能力，确保使用后容易拆包、翻包，延长使用寿命。
5、加入的氢氧化铝微粉，其在烘烤过程中可以分解生成活性氧化铝和水蒸气，在该过程中，水蒸气可以对中间包干式料内部的颗粒表面进行润湿，使得其中的电熔镁砂和结合剂表面水化，使部分结合剂熔解、扩散，与镁砂表面产生结合作用，增强中间包干式料的耐火性能与使用强度。
6、本发明优化了干式料各组分配比，采用了环保型的结合剂，能有效解决结合剂在高温条件下分解成有毒有害物质的问题，更加节能环保，让干式料在使用过程中无刺激性味道，利于生产环境的前提下还能确保干式料在使用过程中的硬度要求，确保其耐冲刷能力。
具体实施方式
本发明提供了一种环保型镁质干式料，包括质量比为60～75:20～30:8～10:15～25:8～12：2～4.5：1～2：0.5～1.5：0.8～1.2的烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、结合剂、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、膨胀剂、漂珠、膨润土。其中，结合剂为Na2SiO3·9H2O，高温烧结剂为黏土，膨胀剂为蓝晶石，膨润土为天然漂白土。
表1中为本发明中实施例1～8中，环保型镁质干式料的原料配比。
Figure BDA0002423160300000031
Figure BDA0002423160300000041
表1
将实施1中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例1中的各个原料比例称取的原料备用，其中60份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占45％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占35％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合20min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合6min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合7min，得到镁质干式料成品1。
将实施2中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例2中的各个原料比例称取的原料备用，其中75份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占21％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占46％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占33％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合22min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合7min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合7min，得到镁质干式料成品2。
将实施3中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例3中的各个原料比例称取的原料备用，其中66份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占22％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占47％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占31％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合25min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合9min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合9min，得到镁质干式料成品3。
将实施4中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例4中的各个原料比例称取的原料备用，其中68份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占22％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占30％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合23min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合7min，得到镁质干式料成品4。
将实施5中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例5中的各个原料比例称取的原料备用，其中74份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占32％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合21min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂、漂珠、膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到镁质干式料成品5。
将实施6中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例6中的各个原料比例称取的原料备用，其中74份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占32％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合21min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨胀剂与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到镁质干式料成品6。
将实施7中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例7中的各个原料比例称取的原料备用，其中74份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占32％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合21min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤2称取的漂珠与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到镁质干式料成品7。
将实施8中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例8中的各个原料比例称取的原料备用，其中74份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占32％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合21min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤2称取的膨润土与将步骤4中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到镁质干式料成品8。
将实施9中配比的干式料原料以如下方法制得干式料成品：
1、将原材料电熔镁砂进行碾磨，并用200目筛网进行过筛处理，得到满足使用要求的电熔镁砂。
2、按表1中实施例9中的各个原料比例称取的原料备用，其中74份单位质量的烧结镁砂中粒径为5～3mm的烧结镁砂占20％，粒径为3～1mm的烧结镁砂占48％，粒径为1～0mm的烧结镁砂占32％；
3、将称取的Na2SiO3·9H2O、氢氧化铝微粉、黏土一起加入到混合机中混合21min，得到混合粉，备用；
4、将步骤2称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合8min，得到半成品；
5、将步骤4中的半成品加入强制搅拌机中，混合8min，得到镁质干式料成品9。
成品干式料1-9的性能验证：
在相同的常规试验条件下，分别检测实施例1-8的配方制成的样块，分别进行250℃×3h、1100℃×3h和1550℃×3h烘干和烧成处理，并分别按国标测热处理后试样的常温抗折强度(GB/T3001—2007)、常温耐压强度(GB/T5072—2008)，1550℃热处理后试样还需增加干式料的显气孔体积密度(GB/T2997—2009)，试验结果见表2。
Figure BDA0002423160300000081
Figure BDA0002423160300000091
表2
从表2可以看出，成品1-5的各个检测指标均满足干式料的使用要求，且成品1-5的五个干式料在实验过程中的低、中、高温强度均得到了保证，是用于本发明的电熔镁砂及烧结镁砂的混合物，两种镁砂的颗粒粒径范围不同，能有利于镁砂之间的空隙填补之外还有利于各种添加料在镁砂之间的混合。
从成品5与成品7在各个温度阶段的处理之后的检测数据可知，添加的漂珠能增加结合剂作用时的流动性和整个干式料的可塑性，增加结合剂的整体扩散效果，保证干式料各物料之间的凝聚力，能减少干式料的硬化时间，提高干式料在使用过程中低、中温强度。
由于本发明中添加的膨胀剂为蓝晶石，蓝晶石在1400℃时，蓝晶石转变成莫来石和高硅玻璃相，并伴随正4％的体积变化，可以抵消干式料的收缩，提高干式料的抗热震性能，进而确保干式料的抗裂能力，确保使用后容易拆包、翻包，延长使用寿命。
结合成品5与成品8在各个温度阶段的处理之后的检测数据可知，膨润土作为中温促烧剂，提高干式料的中、高温强度作为中温促烧剂，提高干式料的中、高温强度。
本发明采用的结合剂为Na2SiO3·9H2O，在热处理过程中不会产生任何异味的有害气体，属于环境友好型结合剂，能有效解决结合剂在高温条件下分解成有毒有害物质的问题，更加节能环保，让干式料在使用过程中无刺激性味道，利于生产环境的前提下还能确保干式料在使用过程中的硬度要求，确保其耐冲刷能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.环保型镁质干式料，其特征在于：包括质量比为60~75:20~30:8~10:15~25:8~12: 2~4.5: 1~2: 0.5~1.5: 0.8~1.2的烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、碱金属硅酸盐、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、蓝晶石、漂珠、膨润土；
其中，所述电熔镁砂颗粒粒径小于等于200目；
以烧结镁砂总质量为基准计算颗粒分级为：粒径为5~3mm的烧结镁砂占20%~22%，粒径为3~1mm的烧结镁砂占45%~48%，粒径为1~0mm的烧结镁砂占30%~35%。
2.根据权利要求1所述的环保型镁质干式料，其特征在于：所述膨润土为天然漂白土。
3.根据权利要求1所述的环保型镁质干式料，其特征在于：所述高温烧结剂包括黏土，黏土中，Al2O3含量30%~48%，SiO2含量为50%~65%，TiO2含量为0.32%~0.44%，Fe2O3含量为0.34%~0.42%。
4.根据权利要求1所述的环保型镁质干式料，其特征在于：所述电熔镁砂由以下质量百分比的组份组成MgO含量为96.58%，CaO含量为1.05%，SiO2含量为0.86%，Fe2O3为0.63%，余量为杂质。
5.根据权利要求1所述的环保型镁质干式料，其特征在于：所述烧结镁砂由以下质量百分比的组份组成MgO含量为92%，SiO2含量为2%，Fe2O3为5%，余量为杂质。
6.根据权利要求1所述的环保型镁质干式料，其特征在于：所述钙镁橄榄石中CaO与SiO2的物质的量之比小于等于1。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的环保型镁质干式料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：利用200目筛网对电熔镁砂过筛处理，留取颗粒粒径小于等于200目的电熔镁砂备用；
S2：将烧结镁砂按照上述颗粒分级加工成以下粒径规格：5~3mm，3~1mm，1~0mm的烧结镁砂备用；
S3：按照上述质量比对烧结镁砂、电熔镁砂、钙镁橄榄石、碱金属硅酸盐、氢氧化铝微粉、高温烧结剂、蓝晶石、漂珠、膨润土称量备用；
S4：将碱金属硅酸盐、氢氧化铝微粉、高温烧结剂一起加入到混合机中混合20 ~25min，得到混合粉，备用；
S5：将步骤S3称取的电熔镁砂及烧结镁砂与将步骤S4中的混合粉一并加入强制搅拌机中，混合6~9min，得到半成品；
S6：将步骤S3称取的蓝晶石、漂珠、膨润土与将步骤S5中的半成品一并加入强制搅拌机中，混合7~9min，得到镁质干式料成品。
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