CN112321281B - 一种复合座砖及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合座砖及其制备工艺。复合座砖双层设计：在工作层采用优异抗侵蚀、耐磨性和抗热震性的重质浇注料；非工作层采用具有保温功能的轻质浇注料。非工作层占总高度的1/3~1/2。工作层和非工作层采用相同或相似的镁尖晶石材质，高温处理时体积变化同步。工作层和非工作层一次浇注整体成形，结合强度好。浇注时把座砖翻过来浇注，使重质层在下，轻质层在上。

Description

一种复合座砖及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种复合座砖及其制备工艺，属于无机非金属材料学科耐火材料领域。
背景技术
炉外精炼时最高温度达到1750℃、吹氩时间长，熔渣碱度变化等恶劣工况，对钢包耐火材料的损害很大，尤其对钢包用透气砖、座砖等功能性元件。高温下酸性渣渗透性很强，而碱性渣的侵蚀性很强；精炼时常采用强制搅拌，湍流的钢水对座砖的磨损也非常严重；间歇性的操作，温度波动大，极易产生热剥落和结构剥落。苛刻的服役工况对透气砖座砖的抗侵蚀性、耐磨性、抗热震性要求非常高，目前使用的刚玉质、铬刚玉质的透气砖座砖由于氧化铝的两性氧化物特性，刚玉在高温下易和碱反应，导致刚玉质透气砖座砖抗碱侵蚀能力很差，难以适应钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼的要求，透气砖座砖的使用寿命短，成为制约钢包长寿的薄弱环节。另外，由于透气砖座砖的保温性能差，使得透气砖夹钢容易凝固，需要通过吹氧轻烧，加速了透气砖的损毁。本发明通过对透气砖座砖的成分和结构设计解决以上所说的磨损、烧损、侵蚀等问题，提高座砖的使用寿命。同时，提高座砖的保温效果，减少座砖内透气砖夹钢冷凝，减少吹氧，提高内芯透气砖的寿命。
发明内容
本发明采用双层复合砖结构设计，在工作层（记为A）采用优异抗侵蚀、耐磨性和抗热震性的重质浇注料，非工作层（记为B）采用具有保温功能的轻质浇注料，非工作层占总高度的1/3~1/2，如图1。工作层和非工作层采用相似的材质，高温处理时体积变化近似同步。工作层和非工作层一次浇注整体成形，结合强度好。浇注时把座砖翻过来浇注，使重质层在下，轻质层在上，如图2。
本发明的复合座砖的工作层A，按照质量百分比计，各原料组成如下：
（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，21~38%；
（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，13~26%；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，8~15%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，12~22%；
（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，17~25%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1~2%；
（7）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5~3%。
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%；
本发明的复合座砖非工作层B，按照质量百分比计，各原料组成如下：
（1）粒度3~2㎜的M60 矾土基烧结莫来石，12~25 %；
（2）粒度2~1㎜的M60 矾土基烧结莫来石，15~28 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，6~20%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17~26%；
（5）粒度≤0.045mm的红柱石，3~12%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，5~10%；
（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，6~15%；
（8）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5~3%；
（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%。
本发明的复合座砖采用了多种原料复配而成，其中，电熔镁砂、介孔氧化铝、镁铝尖晶石、M60 矾土基烧结莫来石、红柱石、苏州白泥、碳酸镁粉，以ρ-Al2O3为结合剂。电熔镁砂的结晶相为方镁石，晶体结构稳定，熔点2800℃。方镁石化学性能稳定，在高温时(1540℃)氧化镁和各种耐火材料之间不起反应或弱反应（硅质除外），对含CaO和FeO的碱性渣有极好的抵抗能力，因此，其特别适用于钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼用耐火材料原材料。介孔氧化铝抗侵蚀性好、使用温度高、导热系数小，具有阻止热传导的热障功能，并且因为微小的气孔有利于提高材料的抗热震性。镁铝尖晶石构造中，Al-O、Mg-O之间都是较强的离子键，且静电键强度相等，结构牢固。镁铝尖晶石晶体的饱和结构具有良好的抗热震性、对酸性渣和碱性渣均具有良好的抗侵蚀性能，且耐磨性能优异，能适应精炼的恶劣工况条件。M60 矾土基烧结莫来石性能稳定，杂质含量低，耐火度高；低热熔、低导热率，具有很好的隔热保温效果。红柱石高温莫来石化过程有利于烧结，提高荷重软化温度，且有一定的体积膨胀，补偿烧结的收缩，保持体积稳定。苏州白泥杂质很少，耐火度高，用以提高烧结性能，降低烧结温度。碳酸镁分解造孔，中间产物氧化镁原位和氧化铝反应生成镁铝尖晶石，提高强度和荷软温度。结合剂ρ-Al2O3在常温下能发生水化形成凝胶，形成低温施工强度，在高温下转化成刚玉。
本发明的复合座砖制备工艺如下：
（1）混碾搅拌：分别将A和B的以上原料经强力混碾10~15分钟，另外加水量均为+3~3.5%。
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料A注入模具，震动5~8分钟，然后将轻质浇注料B注入模具，震动2~3分钟。A占总高度的2/3~1/2，B占总高度的1/3~1/2。
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护48~72小时后拆模，自然干燥72小时，在120~150℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1200~1300℃，保温8~12小时。
本发明的复合座砖优点有：（1）复合座砖的工作层力学强度高、耐磨性好、荷重软化温度高、抗侵蚀性能好、抗热震性好，能抵抗炉外精炼的高温、侵蚀、磨损等恶劣工况环境，而其非工作层荷重软化温度高、导热系数低，达到既有保温功能，又有足够的支撑强度而不变形；（2）由于工作层和非工作层的原料相似，且一次性浇注，界面结合强度好，砖的整体性好，层间不会存在界面脱落问题；（3）本发明的工作层以碱性原料镁砂为颗粒，尖晶石细粉为基质，相比常用的铬刚玉莫来石座砖，对抗碱性渣的侵蚀性更好，更适应钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼的要求，具有更长的使用寿命。且因配料中不含铬成分，更环保，用后废砖更易回收处理再利用。
附图说明
图1为双层设计的复合座砖剖面示意图。其中1为工作层，具有优异抗侵蚀、耐磨性和抗热震性的重质浇注料；2为非工作层，具有保温功能的轻质浇注料。
图2为复合座砖浇注时翻转浇注示意图。其中1为工作层；2为非工作层；箭头指向浇注口。
具体实施方式
实施例一
工作层A1的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，38%；
（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，13%；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，8%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，22%；
（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，17%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，2%；
（7）外加结合剂ρ-Al2O3，+3%；
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
非工作层B1的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度3~2㎜的M60 矾土基烧结莫来石，12 %；
（2）粒度2~1㎜的M60 矾土基烧结莫来石，28 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，6%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17%；
（5）粒度≤0.045mm的红柱石，12%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，10%；
（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，15%；
（8）外加结合剂ρ-Al2O3，+3%；
（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
座砖制备工艺如下：
（1）混碾搅拌：分别将A1和B1的以上原料经强力混碾15分钟，另外加水量均为+3.5%。
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料A1注入模具，震动8分钟，然后将轻质浇注料B1注入模具，震动2分钟。重质浇注料A1的高度占座砖总高度2/3，轻质浇注料B1的高度占座砖总高度1/3。
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护48小时后拆模，自然干燥72小时，在150℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1200℃，保温12小时。
表1列出了实施例一的配方和性能。
表1复合座砖的实例配方和性能列表
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE002
实施例二
工作层A2的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，30%；
（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，20%；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，11%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17%；
（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，21%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1%；
（7）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5%。
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2%；
非工作层B2的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度3~2㎜的M60 矾土基烧结莫来石，18 %；
（2）粒度2~1㎜的M60 矾土基烧结莫来石，22 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，13%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，20%；
（5）粒度≤0.045mm的红柱石，8%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，8%；
（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，11%；
（8）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5%；
（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
座砖的制备工艺为：
（1）混碾搅拌：分别将A2和B2的以上原料经强力混碾10分钟，另外加水量均为+3%。
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料A2注入模具，震动5分钟，然后将轻质浇注料B2注入模具，震动3分钟。重质浇注料A2的高度占座砖总高度2/3，轻质浇注料B2的高度占座砖总高度1/3。
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护72小时后拆模，自然干燥72小时，在120℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1300℃，保温8小时。
表1列出了实施例二的配方和性能。
实施例三
工作层A3的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，21%；
（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂， 26%；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，15%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，12%；
（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，25%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1%；
（7）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5%；
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.3%。
非工作层B3的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度3~2㎜的M60 矾土基烧结莫来石，25 %；
（2）粒度2~1㎜的M60 矾土基烧结莫来石，15 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，20%；
（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，26%；
（5）粒度≤0.045mm的红柱石，3%；
（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，5%；
（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，6%；
（8）外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5%；
（9）外加减水剂聚羧酸，+0.3%。
座砖的制备工艺为：
（1）混碾搅拌：分别将A3和B3的以上原料经强力混碾10分钟，另外加水量均为+3%。
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料A3注入模具，震动5分钟，然后将轻质浇注料B3注入模具，震动3分钟。重质浇注料A3的高度占座砖总高度1/2，轻质浇注料B3的高度占座砖总高度1/2。
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护72小时后拆模，自然干燥72小时，在120℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1250℃，保温8小时。
表1列出了实施例三的配方和性能。

Claims (2)

1.一种复合座砖，其特征在于，采用双层设计，包括工作层和非工作层，其中：工作层的各原料质量百分比配方如下：
粒度5~3mm的电熔镁砂，21~38%；
粒度3~1 mm 的电熔镁砂，13~26%；
粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，8~15%；
粒度0.5~0.088的介孔氧化铝，12~22%；
粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，17~25%；
粒度≤0.010mm的苏州白泥，1~2%；
外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5~3%；
外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%；
非工作层的各原料质量百分比配方如下：
粒度3~2㎜ 的M60 矾土基烧结莫来石，12~25 %；
粒度2~1㎜ 的M60 矾土基烧结莫来石，15~28 %；
粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，6~20%；
粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17~26%；
粒度≤0.045mm的红柱石，3~12%；
粒度≤0.010mm的苏州白泥，5~10%；
粒度≤0.010mm的碳酸镁，6~15%；
外加结合剂ρ-Al2O3，+2.5~3%；
外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%。
2.根据权利要求1所述的座砖的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
混碾搅拌：分别将工作层和非工作层的原料经强力混碾10~15分钟，另外加水量均为+3~3.5%；
浇注：浇注时先将工作层重质浇注料注入模具，震动5~8分钟，然后将非工作层轻质浇注料注入模具，震动2~3分钟；工作层占总高度的2/3~1/2，非工作层占总高度的1/3~1/2；
养护与烘烤：浇注施工完毕养护48~72小时后拆模，自然干燥72小时，在120~150℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1200~1300℃，保温8~12小时。
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