CN112500133B - 一种防塌包的中间包干式振动料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种防塌包的中间包干式振动料及其制备方法；包括电熔镁砂90‑93份、结合剂5‑8份、添加剂2‑4份、复合纤维0.1‑1份；其中，结合剂为糖类结合剂；通过防塌包的中间包干式料的设计以解决现有技术中存在的中间包干式料工作衬以酚醛树脂作为结合剂，在烘烤制度不完善的情况下，容易发生大面积坍塌和局部剥落的现象，导致生产不能顺行。

Description

一种防塌包的中间包干式振动料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种防塌包的中间包干式振动料及其制备方法。
背景技术
中间包工作层是保护中间包正常使用的基础；连铸中间包工作层的发展可以分为四个阶段：无工作层阶段、绝热板阶段、涂抹料或喷涂料阶段和干式料阶段。
中间包干式工作衬与涂抹料相比，具有施工方便，热效率高，中间包周转快，使用寿命长，残衬解体性好和能耗低等优点，在连铸中间包冶金工业中得到广泛应用。镁质材料具有较好的抗高铁和高碱性熔渣的侵蚀性能，具有使用寿命长、不污染钢液的特点，已经逐渐在中间包工作衬中应用，具有良好的使用效果和应用前景。但是方镁石热膨胀系数大，并且随着温度升高而增加，产生的热应力不断积累可能会使动作衬离鼓。目前，中间包干式料工作衬以酚醛树脂结合，烘烤过程中，随着中间包温度的升高，酚醛树脂逐渐固化，固化后的酚醛树脂在200℃-800℃时分解，释放出CO2、CO、CH4、H2及H2O等气体，同时留下固定碳，即结合剂被碳化，形成碳网络结构，这种气体量虽没有涂料产生的水汽量大，但是如果升温速度快导致结合剂分解过快，会造成大量气体聚集膨胀，再加上干式料工作衬体密大，这对在线烘烤制度要求比较高，在烘烤制度不完善的情况下，容易发生大面积坍塌和局部剥落的现象，导致生产不能顺行。导致干式料坍塌的主要原因一般认为有中温强度差、热膨胀严重，韧性差和透气性差。
因此，针对上述问题本发明急需提供及一种防塌包的中间包干式振动料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防塌包的中间包干式料及其制备方法，通过防塌包的中间包干式料的设计以解决现有技术中存在的中间包干式料工作衬以酚醛树脂作为结合剂，在烘烤制度不完善的情况下，容易发生大面积坍塌和局部剥落的现象，导致生产不能顺行。
本发明提供的一种防塌包的中间包干式振动料，按照重量份数计，包括电熔镁砂90-93份、结合剂5-8份、添加剂2-4份和复合纤维0.1-1份；其中，结合剂为糖类结合剂。
优选地，复合纤维为有机纤维、植物纤维和玻璃纤维中的至少两种。
优选地，复合纤维包括有机纤维、植物纤维和玻璃纤维。
优选地，有机纤维：植物纤维：玻璃纤维的质量比为(1-2):2:1。
优选地，有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160-170℃；植物纤维为纸纤维，长度为2mm，直径为10-20μm，熔点为300-500℃；玻璃纤维为无碱硼硅酸盐玻璃，长度为3-5mm，直径为30-50μm，熔点为500-750℃。
优选地，糖类结合剂包括麦芽糖、葡萄糖和蔗糖中的至少一种。
优选地，添加剂为软质粘土、膨润土、金属硅粉、硼酸和碳化硅微粉的混合物。
优选地，电熔镁砂MgO≥95%，SiO2＜2%，CaO＜2%，酌减＜0.2%，颗粒体积密度＞3.2g/cm3。
优选地，电熔镁砂包括：粒径≤0.75的电熔镁砂21-25份；0.75mm＜粒径≤1mm的电熔镁砂18-20份，1<粒径≤3mm的电熔镁砂25-30份；3<粒径≤5mm的电熔镁砂15-20份。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的防塌包的中间包干式振动料，包括如下步骤：
将电熔镁砂倒进混砂机内混合1-2min，加入复合纤维，混合1-2min搅拌均匀，形成镁砂纤维混合物；
将添加剂和结合剂加入到镁砂纤维混合物中，混合8-10min，搅拌后得到中间包干式振动料。
本发明提供的防塌包的中间包干式振动料及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过采用糖类替换酚醛树脂作为结合剂，同时增加金属硅粉、碳化硅微粉和复合纤维，提高干式振动料的中温强度、降低热态膨胀率，提高韧性和透气性，避免烘烤时出现大面积坍塌或者局部脱落现象，保证生产的顺利进行。
2、本发明通过复合纤维的添加，有助于减少干式振动料在烘烤过程中的收缩，在干式振动料内部形成稳定的微小气孔及通道，烘烤时能够让结合剂裂解产生的气体快速排出，缓解内部的应力，防止工作衬坍塌。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种防塌包的中间包干式振动料，按照重量份数计，包括电熔镁砂90-93份、结合剂5-8份、添加剂2-4份和复合纤维0.1-1份；其中，结合剂为糖类结合剂。
具体地，复合纤维为有机纤维、植物纤维和玻璃纤维中的至少两种。
具体地，复合纤维包括有机纤维、植物纤维和玻璃纤维。
具体地，有机纤维：植物纤维：玻璃纤维的质量比为(1-2):2:1。
具体地，有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160-170℃；植物纤维为纸纤维，长度为2mm，直径为10-20μm，熔点为300-500℃；玻璃纤维为无碱硼硅酸盐玻璃，长度为3-5mm，直径为30-50μm，熔点为500-750℃。
具体地，糖类结合剂包括麦芽糖、葡萄糖和蔗糖中的至少一种。
具体地，添加剂为软质粘土、膨润土、金属硅粉、硼酸和碳化硅微粉中的至少两种混合物。
具体地，电熔镁砂MgO≥95%，SiO2＜2%，CaO＜2%，酌减＜0.2%，颗粒体积密度＞3.2g/cm3。
具体地，电熔镁砂包括：粒径≤0.75的电熔镁砂21-25份；0.75mm＜粒径≤1mm的电熔镁砂18-20份，1<粒径≤3mm的电熔镁砂25-30份；3<粒径≤5mm的电熔镁砂15-20份。
本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的防塌包的中间包干式振动料，包括如下步骤：
S1)将电熔镁砂倒进混砂机内混合1-2min，加入复合纤维，混合1-2min搅拌均匀，形成镁砂纤维混合物；
S2)将添加剂和结合剂加入到镁砂纤维混合物中，混合8-10min，搅拌后得到中间包干式振动料。
本发明通过采用糖类替换酚醛树脂作为结合剂，同时增加金属硅粉、碳化硅微粉和复合纤维，提高干式振动料的中温强度、降低热态膨胀率，提高韧性和透气性，避免烘烤时出现大面积坍塌或者局部脱落现象，保证生产的顺利进行。
本发明复合纤维的添加，可以进一步的减少干式振动料在烘烤过程中的收缩，在干式振动料内部形成稳定的微小气孔及通道，烘烤时能够让结合剂裂解产生的气体快速排出，缓解内部的应力，防止工作衬坍塌。
实施例一
制备对照样品1：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入3份添加剂，搅拌，再将5份的酚醛树脂结合剂倒入（酚醛树脂为我厂自产原料，其市场销售型号为D012），搅拌均匀后，获得对照样品1；其中，添加剂为软质粘土、膨润土和硼酸；软质粘土、膨润土和硼酸按照重量比为1:1:1混合而成；酚醛树脂为我自产原料其市场销售型号为D012；电熔镁砂MgO≥95%，SiO2＜2%，CaO＜2%，酌减＜0.2%，颗粒体积密度＞3.2g/cm3；电熔镁砂为粒径≤0.75的电熔镁砂23份；0.75mm＜粒径≤1mm的电熔镁砂20份，1<粒径≤3mm的电熔镁砂30份；3<粒径≤5mm的电熔镁砂20份，以下各样品中的电熔镁砂均与对照样品1相同，不再赘述。
制备对照样品2：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入3份添加剂，搅拌，再将6份的麦芽糖倒入，搅拌均匀后，获得对照样品2；其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1:0.5:0.5混合而成。
制备对照样品3：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入3份添加剂，搅拌，再将6份的葡萄糖倒入，搅拌均匀后，获得对照样品3；其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1：0.5:0.5混合而成。
对照样品4：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入4份添加剂，搅拌，再将6份的蔗糖倒入，搅拌均匀后，获得样品3，其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1：0.5:0.5混合而成。
对照样品1-4均分别制成两根40mm×40mm×160mm长方体试样，于200℃保温3h后脱模，其中一根测定试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度，另外一根经1100℃×3h热处理后，测定其常温抗折强度、常温耐压强度以及烧后热态线变化率，以评定试样的低温结合性能和1100℃烧结性能、热态线膨胀性能，见表2。
相比对照样品1，对照样品2将结合剂改用麦芽糖，在添加剂中增加了金属硅粉和碳化硅微粉，通过麦芽糖的替换和添加剂的调配，获得的对照样品2的200℃保温3h脱模后的常温抗折、耐压压性能与对照样品1差别不大，能够满足脱模要求。添加剂中增加了金属硅粉和碳化硅微粉，可以吸收镁砂膨胀带来的应力，提高材料的1100℃烘后强度，提高干式振动料的中温强度，避免烘烤下的因强度过低而导致大面积坍塌或者局部脱落现象的发生，保证生产的顺利进行。
对照样品3与对照样品2的区别点仅为结合剂不同，对照样品2使用结合剂为麦芽糖，对照样品3结合剂为葡萄糖，通过表2发现，结合剂选用麦芽糖或葡萄糖，两者的整体的抗折和抗压性能差别不大，与对照样品1抗压、抗折性能接近。由此，结合剂也可以改用葡萄糖。
对照样品4与对照样品3的区别仅在于结合剂，样品3采用了蔗糖，抗折、抗压性能与对照样品3接近。由此，结合剂也可以改用蔗糖。
基于上述分析，在防塌包的中间包干式振动料中，可以选用糖类替换酚醛树脂，同时调配添加剂，在不影响原有脱模强度的前提下，可以提高干式料的中温强度，避免榻包现象的发生，保证生产的顺利进行。
制备样品1：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入4份添加剂，搅拌，再将6份的葡萄糖倒入，搅拌均匀后，加入0.5份有机纤维和0.5份的植物纤维，搅拌均匀后，获得样品4；其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1：0.5:0.5混合而成；有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160-170℃；植物纤维为纸纤维，长度为2mm，直径为10-20μm，熔点为300-500℃。
样品1制成两根40mm×40mm×160mm长方体试样，于200℃保温3h后脱模，其中一根测定试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度，另外一根经1100℃×3h热处理后，测定其常温抗折强度、常温耐压强度以及烧后热态线变化率，以评定试样的低温结合性能和1100℃烧结性能、热态线膨胀性能，见表2。
样品1与对照样品3的区别仅在于样品1中添加了复合纤维，通过复合纤维的添加，抗折、抗压性能大幅度提高，同时，相比对照样品1-4，热态线膨胀率进一步地下降，这是因为复合纤维的添加，可以在低温烘烤过程中燃烧反应，在干式振动料内部形成稳定的微小气孔及通道，在线烘烤时能够让结合剂裂解产生的气体快速排出，缓解内部的应力。提高干式振动料的中温强度、降低热态膨胀率，提高韧性和透气性，避免烘烤下的大面积坍塌或者局部脱落现象的发生，保证生产的顺利进行。
实施例二
制备样品2：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入4份添加剂，搅拌，再将6份的葡萄糖倒入，搅拌均匀后，加入0.5份有机纤维和0.5份的玻璃纤维，搅拌均匀后，获得样品2；其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1:0.5:0.5混合而成；有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160-170℃；玻璃纤维为无碱硼硅酸盐玻璃，长度为3-5mm，直径为30-50μm，熔点为500-750℃。
样品2制成两根40mm×40mm×160mm长方体试样，于200℃保温3h后脱模，其中一根测定试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度，另外一根经1100℃×3h热处理后，测定其常温抗折强度、常温耐压强度以及烧后热态线变化率，以评定试样的低温结合性能和1100℃烧结性能、热态线膨胀性能，见表2。
样品2与样品1的区别仅在于复合纤维不同，样品1采用有机纤维和植物纤维进行复配，样品2为有机纤维和玻璃纤维进行复配，1100℃热处理后常温抗折、耐压性能均有所提高，但是，样品2相比样品1，热态线膨胀率高。玻璃纤维相比植物纤维的刚性更强，由此，在机械性能上，有一定的提高，但是熔点较高，相比植物纤维，在干式振动料内部形成稳定的微小气孔及通道交慢，不利于气体的排出，相比样品1性能稍差，但是相比对照样品1，抗坍塌性能还有一定幅度的提高。
实施例三
制备样品3：将93份电熔镁砂倒入混砂机内混合2min，加入4份添加剂，搅拌，再将6份的葡萄糖倒入，搅拌均匀后，加入0.25份有机纤维、0.5份的植物纤维和0.25份的玻璃纤维，搅拌均匀后，获得样品3；其中，添加剂为软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉，软质粘土、膨润土、硼酸、金属硅粉和碳化硅微粉按照重量比为1:1:1：0.5:0.5混合而成；有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160℃-170℃；植物纤维为纸纤维，长度为2mm，直径为10-20μm，熔点为300-500℃；玻璃纤维为无碱硼硅酸盐玻璃，长度为3-5mm，直径为30-50μm，熔点为500-750℃。
样品3制成两根40mm×40mm×160mm长方体试样，于200℃保温3h后脱模，其中一根测定试样的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度，另外一根经1100℃×3h热处理后，测定其常温抗折强度、常温耐压强度以及烧后热态线变化率，以评定试样的低温结合性能和1100℃烧结性能、热态线膨胀性能，见表2。
样品3与样品2的区别仅在于复合纤维不同，样品2采用有机纤维和玻璃纤维进行复配，样品3为有机纤维、植物纤维和玻璃纤维进行复配，有机纤维、植物纤维和玻璃纤维的质量比为1:2:1；1100℃热处理后的常温抗折、耐压性能有均好于样品1和样品2，同时，热态线膨胀率低于样品1和样品2，由此，采用合理的纤维复配，同时调配好比例，可以提高干式振动料的中温强度、降低热态膨胀率，提高韧性和透气性，避免烘烤下的大面积坍塌或者局部脱落现象的发生，保证生产的顺利进行。
表1 中间包干式振动料配比
Figure 835858DEST_PATH_IMAGE001
表2. 中间包干式振动料制备成试件的性能参数
Figure 80894DEST_PATH_IMAGE002
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，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 (1)

1.一种防塌包的中间包干式振动料，其特征在于：按照重量份数计，包括电熔镁砂90-93份、结合剂5-8份、添加剂2-4份和复合纤维0.1-1份；其中，结合剂为糖类结合剂；复合纤维包括有机纤维、植物纤维和玻璃纤维；有机纤维：植物纤维：玻璃纤维的质量比为(1-2):2:1；糖类结合剂包括麦芽糖、葡萄糖和蔗糖中的至少一种；添加剂为软质粘土、膨润土、金属硅粉、硼酸和碳化硅微粉的混合物；有机纤维为聚丙烯纤维，长度为3mm，直径为20-40μm，熔点为160-170℃；植物纤维为纸纤维，长度为2mm，直径为10-20μm，熔点为300-500℃；玻璃纤维为无碱硼硅酸盐玻璃，长度为3-5mm，直径为30-50μm，熔点为500-750℃；电熔镁砂MgO≥95%，SiO2＜2%，CaO＜2%，酌减＜0.2%，颗粒体积密度＞3.2g/cm3；电熔镁砂包括：粒径≤0.75的电熔镁砂21-25份；0.75mm＜粒径≤1mm的电熔镁砂18-20份，1<粒径≤3mm的电熔镁砂25-30份；3<粒径≤5mm的电熔镁砂15-20份；
包括如下制备步骤：
将电熔镁砂倒进混砂机内混合1-2min，加入复合纤维，混合1-2min搅拌均匀，形成镁砂纤维混合物；
将添加剂和结合剂加入到镁砂纤维混合物中，混合8-10min，搅拌后得到中间包干式振动料。
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