CN112500175A - 一种轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法，轻质高强钢包永久层浇注料按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：废中包盖回收骨料20‑100份、轻质莫来石骨料5‑50份、废刚玉砖回收细粉1‑30份、纯铝酸钙水泥1‑30份、硅微粉1‑15份、白刚玉除尘粉0.5‑10份、α氧化铝微粉0.5‑10份、钢纤维0.5‑10份、有机纤维0.05‑2份、减水剂0.05‑2份、防爆剂0.001‑0.2份。该轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法，该钢包永久层浇注料强度高、体积密度和导热系数小，大大提高了钢包的保温性能，且使用多种废弃料作为骨料，实现了回收原料的重复利用，节约了资源和成本。

Description

一种轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法。
背景技术
在现代钢铁冶炼流程中，钢包是连接转炉工序和连铸工序的重要设备，同时在LF炉、RH炉等一些炉外精炼设备中承担精炼炉的作用。目前，国内各钢厂普遍采用整体高铝质浇注料作为钢包永久层工作衬。但是，这类耐火材料钢包永久层浇注料以矾土为主要原料，其导热系数和体积密度较大，导致钢水的热量损失较大，严重影响钢包的保温性能。而钢包的保温性能直接影响着冶炼炉出钢温度、铸坯质量、包壁散热以及钢包内衬使用寿命。
因此，为了适应钢厂生产质量和节能减排的需要，迫切需要开发保温性能好、强度高、使用寿命长、耐材成本低的轻质高强钢包永久层浇注料，来代替目前钢厂普遍采用的高铝质永久层浇注料。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种轻质高强钢包永久层浇注料及其制备方法，该钢包永久层浇注料强度高、体积密度和导热系数小，大大提高了钢包的保温性能，且使用多种废弃料作为骨料，实现了回收原料的重复利用，节约了资源和成本。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
废中包盖回收骨料20-100份、轻质莫来石骨料5-50份、废刚玉砖回收细粉1-30份、纯铝酸钙水泥1-30份、硅微粉1-15份、白刚玉除尘粉0.5-10份、α氧化铝微粉0.5-10份、钢纤维0.5-10份、有机纤维0.05-2份、减水剂0.05-2份、防爆剂0.001-0.2份。
其中，废中包盖回收骨料指回收的废中包盖料经过拆除、除杂、破碎、烘烤、筛分后得到的颗粒；废刚玉砖回收细粉指回收刚玉砖经过除杂、破碎、烘烤、研磨、筛分后得到的细粉；白刚玉除尘粉指在生产白刚玉细粉的过程中通过除尘设备回收的白刚玉细粉。
本发明的轻质高强钢包永久层浇注料，引入了多孔结构的轻质莫来石骨料、废中包盖回收颗粒，可极大的降低钢包永久层浇注料的体积密度和导热系数，提高钢包的保温性能；通过加入纯铝酸钙水泥、硅微粉和α氧化铝微粉，引入了水合结合和凝聚结合两种凝结硬化机理，可显著提高钢包永久衬浇注料的强度和耐久性，提高钢包永久层浇注料的使用寿命；通过引入废中包盖回收颗粒、废刚玉砖回收细粉和白刚玉除尘粉，实现了回收原料的重复利用，节约了资源和成本。
优选地，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
废中包盖回收骨料40-60份、轻质莫来石骨料10-25份、废刚玉砖回收细粉5-15份、纯铝酸钙水泥5-10份、硅微粉3-8份、白刚玉除尘粉1-5份、α氧化铝微粉1-5份、钢纤维1-5份、有机纤维0.1-0.5份、减水剂0.1-0.5份、防爆剂0.01-0.05份。
经大量实验研究发现，采用上述制备原料配比时，得到的钢包永久层浇注料在具有最适的强度、体积密度和导热系数、保温性能的条件下，同时成本也最低。
优选地，按照质量份数计算，所述废中包盖回收骨料由以下组分构成：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒15-25份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒10-20份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒10-20份；
所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%。
优选地，所述轻质莫来石骨料的粒径为5-8mm；所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%。
优选地，所述废刚玉砖回收细粉的粒径为0.074-0.083mm；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%。
优选地，所述白刚玉除尘粉的粒径为0.044-0.074mm；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%。
优选地，所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%。
优选地，所述α氧化铝微粉的粒径为1.5-2μm；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%。
优选地，所述钢纤维为含镍铬合金元素的耐热钢纤维；所述有机纤维为聚乙烯纤维，所述聚乙烯纤维的熔点为100-110℃；所述减水剂为六偏磷酸钠，其中P2O5的含量≥68wt%；所述防爆剂的粒径为0.074-0.083mm；所述防爆剂为金属铝粉。
本发明的另一方面提供一种制备上述的轻质高强钢包永久层浇注料的方法，包括以下步骤：
将所述轻质高强钢包永久层浇注料的制备原料混合，得到所述轻质高强钢包永久层浇注料。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的轻质高强钢包永久层浇注料，引入了多孔结构的轻质莫来石骨料、废中包盖回收颗粒，可极大的降低钢包永久层浇注料的体积密度和导热系数，提高钢包的保温性能；通过加入纯铝酸钙水泥、硅微粉和α氧化铝微粉，引入了水合结合和凝聚结合两种凝结硬化机理，可显著提高钢包永久衬浇注料的强度和耐久性，提高钢包永久层浇注料的使用寿命；通过引入废中包盖回收颗粒、废刚玉砖回收细粉和白刚玉除尘粉，实现了回收原料的重复利用，节约了资源和成本。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒20份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒15份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒15份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料17.5份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉13份、纯铝酸钙水泥6份、硅微粉6份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉2份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉3份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维2份、聚乙烯纤维0.25份、六偏磷酸钠0.2份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.02份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例2
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒15份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒19份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒18份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料15份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉14份、纯铝酸钙水泥10份、硅微粉4份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉4份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉2份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维1.5份、聚乙烯纤维0.2份、六偏磷酸钠0.3份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.01份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例3
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒25份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒10份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒20份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料12份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉15份、纯铝酸钙水泥4份、硅微粉5份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉5份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉2.5份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维2.5份、聚乙烯纤维0.3份、六偏磷酸钠0.4份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.04份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例4
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒17.5份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒12.5份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒12.5份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料25份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉12份、纯铝酸钙水泥8份、硅微粉7份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉3份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉3.5份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维3份、聚乙烯纤维0.15份、六偏磷酸钠0.5份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例5
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒22.5份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒17.5份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒10份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料20份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉8份、纯铝酸钙水泥5份、硅微粉3份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉1份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉5份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维3.5份、聚乙烯纤维0.35份、六偏磷酸钠0.1份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.05份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例6
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒20份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒20份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒20份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料10份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉5份、纯铝酸钙水泥7份、硅微粉8份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉2份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉1份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维5份、聚乙烯纤维0.5份、六偏磷酸钠0.3份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.02份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例7
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒10份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒5份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒5份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料50份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉1份、纯铝酸钙水泥30份、硅微粉15份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉0.5份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉0.5份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维10份、聚乙烯纤维2份、六偏磷酸钠0.05份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.2份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
实施例8
本实施例所述的轻质高强钢包永久层浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒30份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒30份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒40份、粒径为5-8mm的轻质莫来石骨料5份、粒径为0.074-0.083mm的废刚玉砖回收细粉30份、纯铝酸钙水泥1份、硅微粉1份、粒径为0.044-0.074mm的白刚玉除尘粉10份、粒径为1.5-2μm的α氧化铝微粉10份、含镍铬合金元素的耐热钢纤维0.5份、聚乙烯纤维0.05份、六偏磷酸钠2份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.001份。
所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%；所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%；所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%；六偏磷酸钠中P2O5的含量≥68wt%。
将上述制备原料按选定的粒度和比例混合后，干混3分钟，得到轻质高强钢包永久层浇注料，再外加6.5wt%的水搅拌5分钟，振动浇注成型，制成160mm×40mm×40mm的标准条形试样，自然养护24h脱模，得到轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块。
轻质高强钢包永久层浇注料性能测试
将轻质高强钢包永久层浇注料成品检测样块放入烘箱内在110℃±5℃温度下干燥24h以及将标准条形试样在1450℃下烧结，保温时间为3h。所得产品理化指标如下表1，由下表数据可以看出，本发明的轻质高强钢包永久层浇注料制得的产品均具有很好的耐压强度和导热系数，其中，实施例1-6为优选的实施方式。
表1
Figure 696584DEST_PATH_IMAGE001
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
废中包盖回收骨料20-100份、轻质莫来石骨料5-50份、废刚玉砖回收细粉1-30份、纯铝酸钙水泥1-30份、硅微粉1-15份、白刚玉除尘粉0.5-10份、α氧化铝微粉0.5-10份、钢纤维0.5-10份、有机纤维0.05-2份、减水剂0.05-2份、防爆剂0.001-0.2份。
2.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
废中包盖回收骨料40-60份、轻质莫来石骨料10-25份、废刚玉砖回收细粉5-15份、纯铝酸钙水泥5-10份、硅微粉3-8份、白刚玉除尘粉1-5份、α氧化铝微粉1-5份、钢纤维1-5份、有机纤维0.1-0.5份、减水剂0.1-0.5份、防爆剂0.01-0.05份。
3.根据权利要求2所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于，按照质量份数计算，所述废中包盖回收骨料由以下组分构成：
粒径为3-5mm的废中包盖回收颗粒15-25份、粒径为1-3mm的废中包盖回收颗粒10-20份、粒径为0-1mm的废中包盖回收颗粒10-20份；
所述废中包盖回收骨料中Al2O3含量大于70wt%。
4.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述轻质莫来石骨料的粒径为5-8mm；所述轻质莫来石骨料中Al2O3含量大于65wt%。
5.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述废刚玉砖回收细粉的粒径为0.074-0.083mm；所述废刚玉砖回收细粉中Al2O3的含量大于85wt%。
6.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述白刚玉除尘粉的粒径为0.044-0.074mm；所述白刚玉除尘粉中Al2O3的含量不低于98.5wt%。
7.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量不低于70wt%；所述硅微粉中SiO2的含量不低于94wt%。
8.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述α氧化铝微粉的粒径为1.5-2μm；所述α氧化铝微粉中Al2O3的含量不低于99wt%。
9.根据权利要求1所述的轻质高强钢包永久层浇注料，其特征在于：
所述钢纤维为含镍铬合金元素的耐热钢纤维；所述有机纤维为聚乙烯纤维，所述聚乙烯纤维的熔点为100-110℃；所述减水剂为六偏磷酸钠，其中P2O5的含量≥68wt%；所述防爆剂的粒径为0.074-0.083mm；所述防爆剂为金属铝粉。
10.一种制备如权利要求1-9任一所述的轻质高强钢包永久层浇注料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述轻质高强钢包永久层浇注料的制备原料混合，得到所述轻质高强钢包永久层浇注料。
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