CN112239353A - 一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺，所述衬砖的原料及其对应的重量百分比为：铝矾土40％‑60％，电熔刚玉10％‑18％，碳化硅9％‑19％，石墨8％‑14％，微膨胀剂、抗氧化剂及结合剂5‑10％；所述制备工艺包括如下步骤：①配料工序；②混碾工序：将原料按照一定的顺序加入混碾机中，使其充分融合形成泥料；③睏料工序：使泥料中的复合结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性；④机压成型工序：用压砖机将泥料压制成砖型：⑤低温热处理工序：对所述衬砖进行低温烘烤。制备出的衬砖广泛应用于“一罐制”铁水罐，延长使用寿命，简化生产工序，同时降低生产成本，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁水罐所用耐火材料的技术领域，具体为用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺。
背景技术
传统铁水运行模式为：铁水罐(鱼雷罐)高炉接铁→铁路运输→兑铁(混铁炉)→炉前铁水罐→铁水预处理→进入转炉。
“一罐制”铁水运行模式为：铁水罐高炉接铁→铁路运输→铁水预处理→进入转炉。
对比传统铁水运行模式和“一罐制”铁水运行模式发现，传统铁水运行模式由于运行工序繁多，各种铁水容器需要耐火材料进行砌筑，材料消耗量大，工序复杂等较多不利因素对有限的资源造成浪费。“一罐制”铁水运行全程由一个铁水罐完成，中途不进行倒罐等多余流程，铁水热损失小，简化了转炉前的铁水运行工序以及降低了其运行成本等优势。因需要完成全流程铁水的运输和预处理，则对铁水罐用的耐火材料要求更高，使用性能要求更严苛。
铁水罐用的耐火材料为传统耐火砖，该耐火砖大都是烧成粘土砖或烧成高铝砖，这些产品存在着使用寿命短，维护周期短；铁水罐修补劳动强度大，时间长；烧成耐火砖生产工艺繁琐，生产周期长，能源消耗高，对环境造成一定的污染等缺点。
随着钢铁冶炼技术的发展，降低生产运行成本，简化运行工序，是炼钢企业的首要目标，而作为铁水容器的铁水罐衬砖如何满足“一罐制”铁水运行模式，是当前急需要解决的问题，而研究铁水罐衬转及其制备方法重中之重。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺，该衬砖广泛应用于铁水罐，延长其使用寿命，简化生产工序，同时降低生产成本，减少环境污染。
本发明一方面公开一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖，所述衬砖的原料及其对应的重量百分比为：
铝矾土：40％-60％
电熔刚玉：10％-18％
碳化硅：9％-19％
石墨：8％-14％
微膨胀剂、抗氧化剂及复配结合剂：5-10％
其中，所述铝矾土中Al2O3含量≥85％
所述碳化硅中SiC含量≥95％
所述石墨中C含量≥95％。
优选的在一些实施例中，所述铝矾土的粒度及其对应的重量百分比为：
粒度为3-5mm：16％-24％
粒度为1-3mm：18％-25％
粒度为0-1mm：6％-11％
所述电熔刚玉的粒度为≤200目。
优选的在一些实施例中，所述碳化硅的粒度及其对应的重量百分比为：
粒度为0-1mm：4％-9％
粒度为200目：5％-10％
优选的在一些实施例中，所述石墨的粒度≤200目。
优选的在一些实施例中，所述复配结合剂为复配环保型树脂。
本发明的另一方面公开一种“一罐制”铁水罐衬砖的制备工艺，所述制备工艺包括以下步骤：
步骤S01，配料工序：按照权利要求1至6所述任一项衬砖的原料及其对应的重量百分比进行配料；
步骤S02，混碾工序：将所述衬砖的原料按照一定的顺序加入混碾机中，混碾共计时间不得少于40min，使复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
步骤S03，睏料工序：使泥料中的复配结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性,睏料时间不少于2h；
步骤S04，机压成型工序：将所述的泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
步骤S05，低温热处理工序：对所述压制成型的衬砖进行低温烘烤。
进一步实施例中，所述步骤S02，混碾工序中，复配结合剂采用复配环保型树脂，根据环境温度、湿度对其加入量进行调节。
优选的，所述步骤S02，混碾工序中，所述衬砖的原料加入混碾机的顺序依次为：
第一步，加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾时间不少于2min；
第二步，加入复配结合剂，混碾时间不少于4min；
第三步，加入石墨，混碾时间不少于4min；
第四步，加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅，及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾时间不少于30min。
优选的，所述步骤S05，低温热处理工序中，所述低温烘烤工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
④将温度设置为常温，让其自然冷却至常温。
采用低温烘烤工艺，所需能源少、耗能小、成本相对就低、对环境的污染也小，且所需的设备也比较简单。通过低温烘烤工艺制备的衬砖可广泛地应用于铁水罐，延长修补周期，降低生产成本，也延长铁水罐使用寿命。
附图说明
图1是本申请衬砖的制备工艺流程图；
图2是低温热处理工序中低温烘烤工艺的示意图；
图3是实施例1-3的衬砖做抗渣试验的图片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
本发明公开了一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖，按下述原料的重量百分比进行配比：
铝矾土：40％-60％
电熔刚玉：10％-18％
碳化硅：9％-19％
石墨：8％-14％
还包括微膨胀剂、抗氧化剂及复配结合剂：5-10％
其中，所述铝矾土中Al2O3含量≥85％，所述电熔刚玉中Al2O3含量≥98.5％，所述碳化硅中SiC含量≥95％，所述石墨中C含量≥95％。
上述配比原料中铝矾土和电熔刚玉都是经过高温煅烧生产出的熟料，二者作为配方的骨料。上述配比原料中碳化硅与铝矾土和电熔刚玉中的氧化铝反应生成莫来石相，形成高温烧结状态，使得衬砖更致密。上述配比原料中石墨，会将炉渣中氧化铁还原成为金属，使炉渣高粘度化，减少向砖内迁移，达到减少侵蚀的效果。
实际上热处理前后线变化率过大的话，会造成砖制品的耐压强度和抗折强度下降。所以上述配比原料加入微膨胀剂，目的是控制线变化率，发明人经过多次实验研究发现，线变化率控制在1.5％-2％以内，对砖制品的强度性能影响小。解决“一罐制”铁水罐衬砖的可逆热膨胀问题，即热胀冷缩。
上述原料中抗氧化剂可为金属硅粉、金属铝粉、碳化硼、氮化硼等。例如，抗氧化剂采用金属硅粉，金属硅粉在衬砖中反应生产碳化硅填充于间隙中，使砖制品致密化，提高耐磨性和抗铁水冲刷能力。
上述衬砖原料中复配组合剂，使得各个物料充分融合，具有较好的可塑性，提高耐压强度、抗折强度和高温使用性。其中，复配就是由两种或两种以上的结合剂混合。该复配结合剂需有良好的冷态强度，同时不降低其高温性能。
与传统的配方相比，本发明公开的衬砖原料中增加电熔刚玉的加入量，发明人发现，用高纯度的电熔刚玉代替一定量的铝矾土，一方面克服铝矾土作为骨料易剥落而蚀损的问题，另一方面减少杂质对砖制品质量的影响，提高抗渣侵蚀性和抗剥落性，还可提高体密度和耐压强度。
在一些实施例中，所述衬砖原料中铝矾土的粒度及重量百分比为：
粒度为3-5mm：16％-24％、
粒度为1-3mm：18％-25％
粒度为0-1mm：6％-11％
本领域技术认为粒度在0-1mm以上规格都是颗粒料，以目为计量单位为细粉料。
在一些实施例中，所述衬砖原料中电熔刚玉的粒度≤200目。电熔刚玉采用都是细粉料，粒度越小，越容易填充在铝矾土颗粒料的间隙中，提高致密度。
在一些实施例中，所述衬砖原料中碳化硅的粒度及重量百分比为：
粒度为0-1mm：4％-9％
粒度为200目：5％-10％
碳化硅的细粉料比颗粒料，更有利于提高衬砖的抗氧化性，因碳化硅氧化形成SiO2呈玻璃状态，在表面形成粘稠性的玻璃，能够有效地堵塞气孔，防止炉渣渗入及进一步氧化。
在一些实施例中，所述衬砖原料中石墨的粒度≤200目，粒度最好采用 325目的石墨，其低温氧化后的氧化物在材料表面形成一层致密保护层，减少氧向材料内部渗透；细粉石墨还能起到有效填充作用，提高材料致密度，减少出现气孔及气孔率，可更好地起到抗氧化的作用。
在一些实施例中，上述衬砖原料中复配结合剂采用复配环保型树脂，具体添加比例根据现场实际情况调配。该环保型树脂可在市场直接购买，如复配环保型树脂可为牌号5335与牌号5320/5320-2按照一定比例复配而成，其中牌号5335、牌号5320/5320-2为济南圣泉集团股份有限公司生产的产品。
因此，为达到与烧成砖一样的致密性，本发明衬砖的原料组成及粒度配比就极其重要。对此同一原料采用不同的粒度及质量配比，来达到合理颗粒配比。如铝矾土采用三种不同的粒度来配比，碳化硅采用颗粒料和细粉料来配比。
本发明的另一方面，如图2所示，本发明公开了一种衬砖的制备工艺，具体包括以下步骤：
步骤S01，配料工序：按照上述衬砖的原料及其对应的重量百分比，进行配料；
步骤S02，混碾工序：将所述衬砖的原料按照一定的顺序加入混碾机中，混碾共计时间不得少于40min，使复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
步骤S03，睏料工序：使泥料中的复配结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性,睏料时间不少于2h；
步骤S04，机压成型工序：将所述泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
步骤S05：低温热处理工序：对所述步骤S04压制成型的衬砖进行低温烘烤。
混碾工序为使配比原料充分地融合，经过一定时间混碾后，大颗粒铝矾土骨料的间隙处均匀地布满小粒度的原料。
睏料工序要充分发挥结合剂的性能，来改善泥料的成型性和均匀性，睏料时间主要取决于泥料本身的性质。
机压成型工序通过施加较高的压力，将泥料压制成砖型，该工序对致密性是非常关键的步骤，一般采用630吨自动压力机来制备。
低温热处理工序即在低于300℃的情况下进行烘烤处理，各个阶段温度的恒温时间不可过长，一方面是提高其内部的结合力，在其表面形成抗氧化的保护层，另一方面是避免线收缩率过大，造成衬砖破裂。
在一些实施例中，步骤S03中，复合结合剂采用复配环保型树脂。因结合剂加入量与温度、湿度相关，应根据季节气候进行微调，故该工序需严格控制加入量。具体为环境温度偏高，结合剂的加入量相应要减少，其中液态树脂的量需减少，也可把减少的液态树脂置换成固态的树脂粉。例如每降1kg 量的液态树脂，就补加0.5kg树脂粉。
在一些实施例中，所述步骤S02混碾工序中所述衬砖原料加入混碾机的顺序依次为：
第一步：加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾时间不少于2min；
第二步：加入复配结合剂，混碾时间不少于4min；
第三步：加入石墨，混碾时间不少于4min；
第四步：加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾时间不少于30min。
在一些实施例中，所述步骤S03睏料工序，使泥料中的复配结合剂分布均匀，提高其均匀性和成型性，睏料时间不得少于2h，目的是去除泥料内化学反应产生的气体，使得泥料具有较好的可塑性，便于成型得到更致密的砖制品，提高抗侵蚀性和抗冲刷性。
在一些实施例中，如图2所示，所述步骤S05中低温烘烤工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
④将温度设置为常温，让其自然冷却至常温。
传统的烧成砖经过高温烧结发生相的转化，其结合强度较高，而采用本发明制备工艺生产出的衬砖，仅采用低温烘烤工艺没有烧成工序，衬砖原料就在复配结合剂作用下固化结合，再将其砌筑于铁水罐中，随着铁水罐罐内温度(最高可达1450℃以上)逐渐上升发生相变转化。因采用铝矾土、电熔刚玉、碳化硅作为主要原料，其在高温煅烧时易形成莫来石相并伴随有轻微的体积膨胀，可补偿原料中碱金属等低熔物在高温条件下产生的收缩，且高温煅烧过程形成的莫来石相互连接结构可均化耐火材料的膨胀性。则普通烧成砖中，莫来石相形成的显微结构为均匀结构。而本发明中铝矾土煅烧生成的莫来石相为多晶聚团与微膨胀原料自身矿相的组合，其在显微结构上呈现为多相非均态体系，多相非均态体系可保证其高温下体积稳定，其多相结构对于提高材料的热震稳定性也有帮助。因此，本发明制备的衬砖具有耐压强度、高温抗折强度及抗氧化性能远比传统烧成砖的性能好。
则与传统的高温烧结工艺相比(烘烤温度＞1000℃)，上述低温烘烤工艺，所需能源少、耗能小、成本相对就低，且对环境的污染也小，所需的设备也简单，如天然气窑就可以满足低温烘烤工艺。
实施例1：用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺
1、原料配比
2、制备工艺
1)配料工序：按照以上的重量百分配比准确称量各物料；
2)混碾工序：首先将所有的物料按照一定的顺序加入混碾机中，其加入混碾机的顺序依次为：
第一步：加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾2min；
第二步：加入复配结合剂，混碾4min；
第三步：加入石墨，混碾4min；
第四步：加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾30min；
使得复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
3)睏料工序：使泥料中的复配结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性；
4)机压成型工序：将所述的泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
5)低温热处理工序：对所述机压成型的衬砖进行低温烘烤，其工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
④将温度设置为室温，让其自然冷却至室温。
其中，复配结合剂为牌号5335与牌号5320按照1:1比例复配而成的液体结合剂。
实施例2：用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺
1、原料配比
2、制备工艺
1)配料工序：按照以上的重量百分配比准确称量各原料；
2)混碾工序：首先将所有的物料按照一定的顺序加入混碾机中，其加入混碾机的顺序依次为：
第一步：加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾4min；
第二步：加入复配结合剂，混碾4min；
第三步：加入石墨，混碾4min；
第四步：加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾35min。
使得复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
3)睏料工序：使泥料中的液体结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性；
4)机压成型工序：将所述的泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
5)低温热处理工序：对所述机压成型的衬砖进行低温烘烤，其工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
④将温度设置为室温，让其自然冷却至室温。
其中，复配结合剂为牌号5335与牌号5320/2按照2:1比例复配而成的液体结合剂。
实施例3：用于“一罐制”铁水罐的衬砖及其制备工艺
1、原料配比
2、制备工艺
1)配料工序：按照以上重量百分配比准确称量各物料；
2)混碾工序：首先将所有的物料按照一定的顺序加入混碾机中，其加入混碾机的顺序依次为：
第一步：加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾4min；
第二步：加入复配结合剂，混碾6min；
第三步：加入石墨，混碾10min；
第四步：加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾30min。
使得复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
3)睏料工序：使泥料中的液体结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性；
4)机压成型工序：将所述泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
5)低温热处理工序：对所述机压成型的衬砖进行低温烘烤，其工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
④将温度设置为室温，让其自然冷却至室温。
其中，复配结合剂为牌号5335与牌号5320按照1.5:1比例复配而成的液体结合剂。
实施例1-3所制备出的铁水罐衬砖，其各项物理指标检测数据见下表：
其中，图3为实施例1-3制备出的衬砖做1500℃×3h抗渣试验的图片。
从上述的表格中可知，本发明的衬砖与传统烧成砖相比，其耐压强度、气孔、体积密度等物理参数，大幅度地提升。通过1500℃×3h抗渣试验，直接地证明了本发明制备的衬砖具有耐压强度、高温抗折强度及抗氧化性能远比传统烧成砖的性能好。
实施例1-3所述制备出的衬砖，在炼钢厂的使用具体情况为：
湖南华菱涟源钢铁有限公司(以下简称“涟钢”)210转炉厂220吨铁水罐采取“一罐制”运行模式，其铁水罐铁水平均温度高达1500℃。铁水罐正常装铁水量为210吨，最大装铁量为220吨，装220吨铁水时净空不小于 500mm，以保证顺利进行脱硫预处理。在最大铁水装入量的情况下，保证在天车吊运过程中不洒铁，能顺利兑入转炉中去。
涟钢210转炉厂220吨“一罐制”铁水罐工作衬砖由本公司提供的免烧衬砖，具体为实施例1-3所制备出的衬砖，其使用寿命≥650次，过铁量≥ 10万吨。一个炉役期间，罐底无需进行换底，只需根据实际情况补底维修，而且修补周期长、劳动强度小；罐身及罐嘴也仅仅只需要根据实际情况简单挖修，大大降低了炼钢厂的生产运行成本，简化其运行工序。
实际上，铁水罐在使用过程中可能出现周转较慢，热周转铁水罐可能经常出现比较大的温降以及间歇操作、热震频繁，虽然传统高温烧成砖使用寿命也可能达到500次，但是其热震稳定性不好，已经不能满足“一罐制”铁水罐的要求。
其中，过铁量是用使用次数*每次铁水包的装铁吨位，例如使用500次，每次装铁100吨，过铁量500*100＝5万吨，故过铁量不能单纯的看使用次数，还要看铁水包本身的装铁量。
综上所述
1)本发明公开的衬砖，广泛应用于“一罐制”铁水罐，温度起伏变小，延长铁水罐的使用寿命，简化其运行工序。
2)本发明公开的衬砖制备工艺，采用低温烘烤工艺，由传统的烧成砖改为免烧砖，简化生产工艺，降低生产成本，缩短生产周期，降低能源消耗，改善环境污染。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种用于“一罐制”铁水罐的衬砖，其特征在于，所述衬砖的原料及其对应的重量百分比为：
铝矾土：40％-60％
电熔刚玉：10％-18％
碳化硅：9％-19％
石墨：8％-14％
微膨胀剂、抗氧化剂及复配结合剂：5-10％
其中，所述铝矾土中Al2O3含量≥85％
所述碳化硅中SiC含量≥95％
所述电熔刚玉中Al2O3含量≥98.5％
所述石墨中C含量≥95％。
2.根据权利要求1所述的衬砖，其特征在于，所述铝矾土的粒度及其对应的重量百分比为：
粒度为3-5mm：16％-24％
粒度为1-3mm：18％-25％
粒度为0-1mm：6％-11％
3.根据权利要求1所述的衬砖，其特征在于，所述电熔刚玉的粒度≤200目。
4.根据权利要求1所述的衬砖，其特征在于，所述碳化硅的粒度及其对应的重量百分比为：
粒度为0-1mm：4％-9％
粒度为200目：5％-10％
5.根据权利要求1所述的衬砖，其特征在于，所述石墨的粒度≤200目。
6.根据权利要求1所述的衬砖，其特征在于，所述复配结合剂为复配环保型树脂。
7.一种衬砖的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：
步骤S01，配料工序：按照权利要求1至6所述的任一项权利要求进行配料；
步骤S02，混碾工序：将所述衬砖的原料按照一定的顺序加入混碾机中，混碾共计时间不得少于40min，使复配结合剂与其他原料充分融合，形成泥料；
步骤S03，睏料工序：使泥料中的复配结合剂分布均匀，提高泥料的均匀性和成型性,睏料时间不少于2h；
步骤S04，机压成型工序：将所述泥料倒入安装好的模具中，用压砖机压制成型；
步骤S05，低温热处理工序：对所述步骤S04制备的衬砖进行低温烘烤。
8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤02，混碾工序中，复配结合剂采用复配环保型树脂，根据环境温度、湿度对其加入量进行调节。
9.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤S02，混碾工序中，所述衬砖的原料加入混碾机的顺序依次为：
第一步，加入粒度规格≥0-1mm的铝矾土、碳化硅，混碾时间不少于2min；
第二步，加入复配结合剂，混碾时间不少于4min；
第三步，加入石墨，混碾时间不少于4min；
第四步，加入粒度≤200目的电熔刚玉和碳化硅、及微膨胀剂和抗氧化剂，混碾时间不少于30min。
10.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于所述步骤S05，低温热处理工序中，所述低温烘烤工艺为：
①2h内从常温升至90℃，恒温2h；
②2h内从90℃升至150℃，恒温1h；
③3h内从150℃升至210℃，恒温5h；
将温度设置为常温，让其自然冷却至常温。
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