CN112897992B - 一种rh浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖及其制备方法，镁碳砖是由下述重量份数的原料制备而成：镁砂3‑5mm20‑30份、镁砂1‑3mm10‑30份、镁砂≤1mm 20‑30份、镁砂≤0.075mm10‑30份、鳞片石墨3‑10份、10‑15μm超细石墨0.2‑2份、树脂粉0.2‑2份、炭黑0.2‑2份、铝硅合金粉0.1‑3份、氧化镧0.1‑2份、10‑15μm大结晶镁砂微粉0.5‑3份、金属铬0.1‑1份、热固酚醛树脂2.2‑3.5份。本发明用高温热处理镁碳砖作为RH浸渍管与环流管内衬耐材，替代镁尖晶石砖和镁铬砖，优化RH浸渍管与环流管耐材的气孔率，改善高温性能，提高使用寿命。

Description

一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼RH真空精炼炉用耐火材料领域，尤其涉及一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖及其制备方法。

背景技术

RH真空精炼炉是一种生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。主要功能是脱氢、脱碳、脱氧、脱硫、合金化成分调整、温度调整、生产超低碳钢、生产高洁净钢种等，因此RH真空精炼炉被广泛应用于国内外的钢铁企业。浸渍管与环流管是RH真空精炼炉的重要组成部分。一方面，因其工作时温差较大，耐材在极冷极热的条件下反复的膨胀、收缩，产生缝隙，造成整体结构疏松，熔渣侵入缝隙与耐材反应形成渗透层，其与原砖层之间的热膨胀系数不同，产生较大的热应力，导致耐材剥落；另一方面，钢液的高速循环流动，对耐材的冲刷比较严重，并且吹入的气体使钢水产生旋涡，加剧了钢水对耐材的冲刷侵蚀，同时，脱硫剂的加入等也会加剧对浸渍管与环流管耐材的损毁。

现RH浸渍管与环流管内壁工作层用主要耐材是：镁铬砖与镁尖晶石砖。其中镁铬砖具有良好的抗渣侵蚀性、荷重软化温度、高温强度、较低热导率等。但镁铬砖中的铬溶入钢水中，增加钢水中铬含量，不利于洁净钢的生产；另一方面镁铬砖在高温和碱性环境下使用会生成有毒物质，对环境污染较大，会对人类和动物健康造成严重危害。

镁尖晶石砖具有较好的抗侵蚀性，绿色无污染，成本低，但针对硅钢等一些钢种，其热震稳定性、高温强度高较差，使用寿命不理想。

虽然镁铬砖与镁尖晶石砖广泛用于RH浸渍管与环流管等重要部位，但是热震损毁一直是影响浸渍管与环流管使用寿命的主要因素，因此寻找一种热震稳定性好、抗侵蚀性优良的高档耐火材料，作为RH浸渍管与环流管内壁工作层用主要耐材，具有重要的实际意义。

镁碳砖兼备碱性材料和碳素材料的特性，具有耐火度高，热震稳定性好，抗渣侵蚀能力强，断裂韧性好，抗剥落性好等优良特性，因此广泛应用于钢铁企业，主要应用于炼钢用转炉、电炉工作衬、炉外精炼钢包的工作衬等，使用寿命较高。但是，针对RH浸渍管与环流管内衬耐材的使用条件，普通的不烧镁碳砖由于未经高温烧结，高温强度性能一般，气孔率较大，无法胜任RH用耐材的要求，必须优化生产工艺，对普通不烧镁碳砖进行高温烧处理，极大地改善气孔率，提高高温强度性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖及其制备方法，首次提出用高温热处理过的镁碳砖作为RH浸渍管与环流管内衬耐材，替代原有的镁尖晶石砖和镁铬砖，可以极大地优化RH浸渍管与环流管耐材的气孔率，改善材料高温强度性能，提高使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，所述镁碳砖是由下述重量份数的原料制备而成：镁砂粒度3-5mm 20-30份、镁砂粒度1-3mm 10-30份、镁砂粒度≤1mm 20-30份、镁砂粒度≤0.075mm 10-30份、鳞片石墨3-10份、10-15μm超细石墨0.2-2份、树脂粉0.2-2份、炭黑0.2-2份、铝硅合金粉0.1-3份、稀土氧化物氧化镧0.1-2份、10-15μm大结晶镁砂微粉0.5-3份、金属铬0.1-1份、热固酚醛树脂2.2-3.5份。

所述镁砂中MgO≥98wt％，C/S≥2。

所述鳞片石墨中C≥96wt％，挥发分≤1.2％，灰分≤4％。

一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

原料指标检测；配料：精确配好各个物料备用。

1)混练：

a)将粒度为3-5mm，1-3mm，0-1mm的粗、中颗粒镁砂干混2-3min；

b)加入树脂粉混合2-3min，树脂粉加入量为树脂粉总重量的1/2-2/3；

c)加入石墨，混合3-5min；

d)加入剩余树脂粉，混合1-2min；

e)加入粒度≤0.075mm镁砂、炭黑、铝硅合金粉、氧化镧、大结晶镁砂微粉、金属铬、热固酚醛树脂，净混8-20min,出料温度50-60℃。

2)压砖成型；

根据生产砖型和材质，选择合适吨位压砖机，装配模具并合理确定压力制度；压砖成型，并对砖坯进行常规项目检查。

3)干燥：砖坯送入天然气干燥窑或电干燥窑干燥，从室温升至200±5℃，保温8-10h，自然冷却时间≥4h。

4)装窑(“十”字型法摆砖)：将合格的砖坯上下层交错摆放在台车上，砖坯周围及顶部严密摆放耐火砖，砖坯与砖坯之间的缝隙用焦粉和煤粉的混合粉填充，保证缝隙充分填实；上下层交错的“十”字型法摆砖，可以保证砖坯四周被焦粉和煤粉的混合粉充分填充，不留死角，最大程度上的保护砖坯内部的碳素材料不被氧化。并将摆好的砖坯的窑车推入隧道窑中，见图2。

5)高温热处理：平缓加热升温至1500-1600℃，保温14h以上(保证砖坯内部充分烧结的时间)，降温冷却至200℃-300℃，备用(待浸油)。

6)浸油(立式或卧式真空-加压油浸装置)：将砖坯送入油浸罐内，抽真空至0.1Mpa以上，引入焦油或沥青，油压≥1Mpa，保压3h以上；使焦油或沥青被充分吸入高温热处理后砖坯的开孔气孔中，降低了砖坯气孔率，提高了砖坯的致密性、抗渣侵蚀能力和热震稳定性。

7)回火：将油浸好的砖坯，摆在窑车上并扣上罩子，用石棉密封，升温至500℃-700℃，保温2-4h；固化进入砖坯气孔的焦油或沥青，并烧掉挂在砖坯表面的焦油或沥青。

8)表面处理：通过磨床处理掉砖坯表面焦油或沥青烧后的残留物。

9)检选、化验：尺寸、质量、外观等常规项目的检查，化学检测。

10)包装入库。

上述步骤1)中树脂粉的加入温度为25-35℃。

上述步骤6)中引入的焦油或沥青的温度为200℃-240℃。

本发明提出的一种RH浸渍管与环流管用高温热处理镁碳砖，首次引入了大结晶镁砂微粉。大结晶镁砂微粉颗粒粒径小，表面自由能大，具有较高的物理吸附能力和化学活性，由于大量表面原子和表面缺陷的存在，表面原子的扩散速度很高，具有良好的烧结性。同时，由于大结晶镁砂微粉的活性较高，会优先与金属铝粉氧化后的产物生成镁铝尖晶石相，有助于填充气孔，因此，加入大结晶镁砂微粉可以极大程度上促进砖坯的烧结，提高砖坯的致密性，降低气孔率，改善材料高温强度性能。

其次，在原料中引入多种碳源，兼具各种碳源的优点并互补，可以极大提高耐材的热震稳定性。其中超细石墨对镁砂的亲和力大，分散性好，有助于提高砖坯热震稳定性；树脂粉有利于增加混练泥料的成型性、可塑性及砖坯成型强度。

原料中引入铝硅合金粉、稀土氧化物氧化镧、金属铬作为抗氧化剂和增强剂，其一方面在高温下可以生成液相，促进砖坯的烧结，提高致密性；另一方面作为抗氧化剂可以防止碳素原料被氧化，缓解因碳素原料氧化造成的砖坯结构疏松，强度降低，抗冲刷能力降低等问题。并且金属铬可以抑制金属铝粉氧化后与氧化镁的反应，降低了金属铝粉氧化后与氧化镁的反应带来的砖坯内部的膨胀。因此各个原料组成部分相辅相成，充分发挥各自的独特性，又互补了各自缺点，达到最佳的使用效果。

对高温热处理后的镁碳砖进行浸油、回火处理，使砖坯的开孔气孔充分被焦油或沥青等碳素材料填实，提高砖坯致密性，和抗渣侵蚀能力，可以解决因碳素原料高温氧化造成的砖坯结构疏松，强度降低，抗冲刷能力降低等问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)与普通的不烧镁碳砖相比，高温热处理过程可以烧失树脂和碳素材料中的杂质及挥发物，提高了产品稳定性，避免了在使用过程中挥发物对环境的污染；对高温热处理后的镁碳砖进行浸油、回火处理，使砖坯的开孔气孔充分被焦油或沥青等碳素材料填实，提高砖坯致密性，降低气孔率，改善抗渣侵蚀能力，可以一定程度上缓解传统镁碳砖在使用过程中因碳素原料高温氧化造成的砖坯结构疏松，强度降低，抗冲刷能力降低等问题。

2)经高温热处理镁碳砖，兼备碱性材料和碳素材料的特性，较镁尖晶石砖、镁铬砖，热震稳定性好，抗渣侵蚀能力强，断裂韧性好，抗剥落性好，可以提高耐材的使用寿命。

3)高温热处理镁碳质浸渍管、环流管衬砖实际使用过程中，与镁铬砖相比，无污染，绿色环保，与镁尖晶石砖相比，抗侵蚀性好，抗热震效果也较镁尖晶石砖优良，耐剥落性好，侵蚀速率低，使用寿命高。

附图说明

图1是本发明一种RH浸渍管与环流管用高温热处理镁碳砖制备方法的工艺流程图。

图2是本发明装窑时的“十”字型法摆砖示意图。

图3是浸渍管、环流管在RH炉上的结构简图(俯视图)。

图4是浸渍管、环流管在RH炉上的结构简图(截面图)。

图中：1、耐火砖；2、镁碳砖；3、填充的焦粉与煤粉的混合粉；4、台车。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1：

一种RH浸渍管与环流管用高温热处理镁碳砖，原料配方见表1：

表1：实施例1的原料配方

RH浸渍管与环流管用高温热处理镁碳砖的制造方法如下：

1)原料指标检测。

2)配料：按照上述重量份数，精确配好各个物料备用。

3)混练(600L高速混练机，型号：HNG-600L)：

a、粗、中颗粒镁砂(3-5mm，1-3mm，0-1mm)干混2min；

b、加入树脂(树脂温度25-35℃)总量的2/3，混合3min；

c、加入石墨，低速混合3min；

d、加入剩余树脂，混合1min；

e、关闭混练机加入加入粒度≤0.075mm镁砂、炭黑、铝硅合金粉、氧化镧、大结晶镁砂微粉、金属铬、热固酚醛树脂，净混20min,出料温度56℃。

4)成型(数控电动螺旋压砖机，型号：JD67-1000)：

a、选择1000吨电动压砖机，装配模具并合理确定压力制度；

b、压砖成型，并对砖坯进行常规项目检查。

5)干燥：砖坯送入天然气干燥窑，从室温升至200℃，保温8h，自然冷却时间8h。

6)装窑(“十”字型法摆砖)：将合格的砖坯交错摆放在台车4上，砖坯周围及顶部用专用耐火砖1摆严，砖与砖之间的缝隙用焦粉和煤粉的混合粉填充，保证缝隙充分填实，见图2。并将摆好的砖坯的窑车推入隧道窑中。

7)高温热处理：平缓加热升温至1600℃，保温14h,降温冷却至200℃-300℃。

8)浸油(立式真空-加压油浸装置)：将砖坯送入油浸罐内，抽真空至0.1Mpa，引入200℃-240℃的沥青(油压1Mpa)保压3h。

9)回火：将油浸好的砖坯，摆在窑车上并扣上罩子，用石棉密封，在还原气氛下升温至600℃，保温2h。

10)表面处理(磨床)：通过磨床处理掉砖坯表面沥青烧后的残留物。

11)检选、化验：尺寸、质量、外观等常规项目的检查，化学检测。

12)包装入库。产品理化指标见表2。实际使用结果见表3。

表2：实施例1产品理化指标

表3：实施例1实际使用结果(见图3、图4)

综合评价：

镁铝尖晶石质浸渍管、环流管衬砖，抗侵蚀、冲刷情况一般，抗热震效果也比高温热处理镁碳砖差，在使用过程中因热震稳定不好，出现小裂纹，裂且纹并有扩大趋势，易产生结构剥落。镁铬质浸渍管、环流管衬砖，抗侵蚀、冲刷情况一般，抗热震效果一般，主要问题集中在环流管顶部沿砖缝方向侵蚀较快，呈山头状，如提高炉龄易出现因断砖而引起高度方向的异常损耗，导致提前下线。而且，镁尖晶石质与镁铬质环流管衬砖，均有槽底下凹等问题。

高温热处理镁碳砖应用在RH炉浸渍管与环流管上，抗侵蚀、冲刷能力高，抗热震效果较镁尖晶石砖及镁铬砖好，使用寿命高，侵蚀速率低，可以解决镁铬砖对环境污染，及镁铝尖晶石砖热震稳定性不好，抗渣侵蚀能力差等问题，在未来RH炉浸渍管与环流管上应用具有非常可观的前景。

Claims (5)

1.一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，其特征在于，所述镁碳砖是由下述重量份数的原料制备而成：镁砂颗粒粒度3-5mm 20-30份、镁砂颗粒粒度1-3mm 10-30份、镁砂颗粒粒度≤1mm 20-30份、镁砂粒度≤0.075mm 10-30份、鳞片石墨3-10份、10-15μm超细石墨0.2-2份、树脂粉 0.2-2份、炭黑 0.2-2份、铝硅合金粉0.1-3份、氧化镧0.1-2份、10-15μm大结晶镁砂微粉 0.5-3份、金属铬0.1-1份、热固酚醛树脂2.2-3.5份；

金属铬能够抑制金属铝粉氧化后与氧化镁的反应，降低了金属铝粉氧化后与氧化镁的反应带来的砖坯内部的膨胀；

所述的RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：

1）混练：

a）将粒度为3-5mm，1-3mm，0-1mm的镁砂颗粒干混2-3min；

b）加入树脂粉混合2-3min，树脂粉加入量为树脂粉总重量的1/2-2/3；

c）加入石墨，混合3-5min；

d）加入剩余树脂粉，混合1-2min；

e）加入粒度≤0.075mm镁砂、炭黑、铝硅合金粉、氧化镧、大结晶镁砂微粉、金属铬、热固酚醛树脂，净混8-20min,出料温度50-60℃；

2）压砖成型；

3）干燥：从室温升至200±5℃，保温8-10h，自然冷却时间≥4h；

4）装窑：将砖坯上下层交错摆放在台车上，砖坯周围及顶部严密摆放耐火砖，砖坯与砖坯之间的缝隙用焦粉和煤粉的混合粉填充，保证缝隙充分填实；

5）高温热处理：加热升温至1500-1600℃，保温14h以上，降温冷却至200℃-300℃；

6）浸油：将砖坯送入油浸罐内，抽真空至0.1MP a以上，引入焦油或沥青，油压≥1MP a，保压3h以上；

7）回火：将油浸好的砖坯，摆在窑车上并扣上罩子，用石棉密封，升温至500℃-700℃，保温2-4h；

8）表面处理：通过磨床处理掉砖坯表面焦油或沥青烧后的残留物。

2.根据权利要求1所述的一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，其特征在于，所述镁砂中MgO≥98wt%，C/S≥2。

3.根据权利要求1所述的一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，其特征在于，所述鳞片石墨中C≥96wt%，挥发分≤1.2%，灰分≤4%。

4.根据权利要求1所述的一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，其特征在于，上述步骤1）中树脂粉的加入温度为25-35℃。

5.根据权利要求1所述的一种RH浸渍管与环流管用高温处理镁碳砖，其特征在于，上述步骤6）中引入的焦油或沥青的温度为200℃-240℃。

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