CN113149621A - 一种节能型钢包工作衬浇注料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型钢包工作衬浇注料，以60‑75质量份的低导热烧结刚玉颗粒为骨料，以8‑15质量份的低导热烧结刚玉细粉、2‑8质量份的电熔镁砂细粉、8‑15质量份的α‑Al2O3微粉、3‑7质量份的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加占所述原料3‑6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12‑24h，最后在110‑200℃条件下保温12‑36h，制得节能型钢包工作衬浇注料。本发明所制备的节能型钢包工作衬浇注料具有热导率低、抗热震性能好和使用寿命长的特点。

Description

一种节能型钢包工作衬浇注料及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢包衬耐火材料技术领域，更具体的说是涉及一种节能型钢包工作衬浇注料及其制备方法。
背景技术
随着高温工业节能降耗的迫切要求，以及耐火材料向资源节约型发展，耐火材料轻量化成为其重要发展方向之一。钢包是钢水储存、运输及二次精炼的重要设备，服役过程中其耐火材料与钢水接触时间长、温度高、参与冶金过程的物理和化学反应，因此，实现钢包工作衬耐火材料的节能化及保证服役寿命，具有重要的实际意义。
申请号为201310094139.2的专利技术以板状刚玉、镁铝尖晶石、α-Al2O3微粉、水泥等为原料，采用发泡法，经浇注成型、干燥、烧成，得到具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，但是材料的孔径过大，抗热震性能和使用寿命不佳；申请号为201410467630.X和201510550636.8的专利技术分别以微孔刚玉-尖晶石颗粒和等径微孔刚玉球为骨料，制备了轻量铝镁浇注料和轻量刚玉-尖晶石浇注料，但是所制备的材料的热导率偏高。
因此，如何提供一种热导率低、抗热震性能好和使用寿命长的节能型钢包工作衬浇注料是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种热导率低、抗热震性能好和使用寿命长的节能型钢包工作衬浇注料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种节能型钢包工作衬浇注料，以质量份数计，包括60-75份骨料、21-45份基质料，以及占所述骨料和所述基质料总质量3-6％的水；
其中，所述骨料为低导热烧结刚玉颗粒；
所述基质料包括质量比为(8-15):(2-8):(8-15):(3-7)的低导热烧结刚玉细粉、电熔镁砂细粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，所述低导热烧结刚玉颗粒的粒径为0.088-8mm；所述低导热烧结刚玉细粉的粒径小于0.088mm。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，所述低导热烧结刚玉颗粒和所述低导热烧结刚玉细粉的制备方法如下：
(1)将0.5-1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散，得到纳米碳材料悬浮液；
(2)在水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
(3)将所述混合液体静置陈化后进行离心分离，将离心产物经干燥和低温热处理，制得纳米核壳结构颗粒；
(4)以80-99wt％的工业氧化铝微粉和1-20wt％的纳米核壳结构颗粒为原料，将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒进行干燥及热处理，即得低导热烧结刚玉；
(5)将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即为低导热烧结刚玉颗粒；继续将所述低导热烧结刚玉颗粒粉碎至粒径小于0.088mm，即为低导热烧结刚玉细粉。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(1)中所述纳米碳材料为纳米炭黑、纳米活性炭和纳米碳球中的任意一种，且所述纳米碳材料的粒径小于400nm。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(1)中所述氨水溶液的质量浓度为15-25wt％。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(1)中所述超声分散时间为30min。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(2)中所述水浴加热温度为70-90℃。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(2)中所述铝盐溶液的溶质为氯化铝或硝酸铝，溶质浓度为1.5-2.5mol/L。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(3)中所述静置沉化时间为6-12小时。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(3)中所述干燥为在60-80℃条件下干燥12-24h；所述低温热处理为在300-350℃条件下保温1-3h。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(4)中喷洒的水占所述原料的10-20wt％。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(4)中所述干燥为在110-200℃条件下干燥12-36h；所述热处理为在1800-1950℃条件下保温1-8h。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，步骤(4)中所述工业氧化铝微粉中Al2O3含量大于97wt％，粒径D50为1-8μm。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，所述电熔镁砂细粉的MgO含量大于95wt％，粒径小于88μm。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99wt％，粒径D50小于7μm。
优选的，在上述一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法中，所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为65-80wt％。
本发明还公开了上述节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，包括以下步骤：先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中混合均匀，然后加水搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12-24h，最后在110-200℃条件下保温12-36h，制得节能型钢包工作衬浇注料。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，具有如下有益效果：
(1)本发明在制备低导热烧结刚玉的过程中，首先，将纳米碳材料颗粒在氨水溶液中超声分散形成纳米碳材料悬浮液，将该悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，氨水溶液会与铝盐溶液反应生成水铝石沉积在纳米碳材料颗粒表面，经静置陈化后，纳米碳材料颗粒表面将附着一层水铝石外壳，经干燥和低温热处理后，制得内层为纳米碳材料颗粒、外层为水铝石的纳米核壳结构颗粒；将工业氧化铝微粉与纳米核壳结构颗粒作为原料得到球形颗粒，在热处理过程中，纳米核壳结构颗粒外层的水铝石层转变为氧化铝层，同时，内层的纳米碳材料被氧化，形成纳米级孔隙，由于外层氧化铝层的骨架支撑作用，使得该纳米级孔隙可以保持稳定、不会聚集长大且不会被排除，以纳米级封闭气孔的形式保存在材料内部；最后，制备得到显气孔率低、含大量纳米封闭气孔的低导热烧结刚玉。本发明中采用的纳米碳材料粒径小于400nm，确保低导热烧结刚玉中所形成的气孔为纳米级别，最终不会对节能型钢包工作衬浇注料的使用寿命造成不良影响。
(2)由于低导热烧结刚玉颗粒和细粉中含有大量纳米封闭气孔，所以所制备的节能型钢包工作衬浇注料热导率较低；此外，在受到温度剧变时，这些纳米封闭气孔能够有效缓解热应力集中，阻止材料破坏，还可以吸收降低裂纹扩展的能量，并使得裂纹发生桥联和偏转，因此，能够提升材料的抗热震性能，延长材料使用寿命；经检测本发明所制备的节能型钢包工作衬浇注料1000℃热导率为0.4-0.8W·m-1·K-1，应用于200t精炼钢包使用寿命为150-200炉次。
综上所述，本发明所制备的节能型钢包工作衬浇注料具有热导率低、抗热震性能好和使用寿命长的特点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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
一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法为：以60质量份的低导热烧结刚玉颗粒为骨料，以15质量份的低导热烧结刚玉细粉、8质量份的电熔镁砂细粉、14质量份的α-Al2O3微粉、5质量份的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加占所述原料5wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护24小时，最后在110℃条件下保温36小时，制得节能型钢包工作衬浇注料；
所述低导热烧结刚玉颗粒和低导热烧结刚玉细粉的制备方法是：
步骤一、将0.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；
步骤二、在70℃水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
步骤三、将所述混合液体静置陈化6小时，然后进行离心分离，将离心产物在60℃条件下中干燥12h，在300℃条件下保温2小时，制得纳米核壳结构颗粒；
步骤四、以80wt％的工业氧化铝微粉和20wt％的纳米核壳结构颗粒为原料；将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒占所述原料10wt％的水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒在110℃条件下干燥36小时，在1800℃条件下保温1-8小时，即得低导热烧结刚玉耐火骨料。
所述纳米碳材料为纳米炭黑，平均粒径为150nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即得低导热烧结刚玉颗粒；将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径小于0.088mm，即得低导热烧结刚玉细粉。
所述纳米碳材料为纳米炭黑，平均粒径为150nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
本实施例所制备的节能型钢包工作衬浇注料经检测：1000℃热导率为0.78W·m-1·K-1；应用于200t精炼钢包使用寿命为195炉次。
实施例2
一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法为：以65质量份的低导热烧结刚玉颗粒为骨料，以12质量份的低导热烧结刚玉细粉、7质量份的电熔镁砂细粉、12质量份的α-Al2O3微粉、6质量份的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加占所述原料4wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护24小时，最后在200℃条件下保温12小时，制得节能型钢包工作衬浇注料；
所述低导热烧结刚玉颗粒和低导热烧结刚玉细粉的制备方法是：
步骤一、将1质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；
步骤二、在80℃水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
步骤三、将所述混合液体静置陈化8小时，然后进行离心分离，将离心产物在60℃条件下中干燥12h，在330℃条件下保温2小时，制得纳米核壳结构颗粒；
步骤四、以85wt％的工业氧化铝微粉和15wt％的纳米核壳结构颗粒为原料；将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒占所述原料15wt％的水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒在160℃条件下干燥24小时，在1850℃条件下保温5小时，即得低导热烧结刚玉耐火骨料。
所述纳米碳材料为纳米活性炭，平均粒径为50nm。
所述铝盐溶液的溶质为硝酸铝。
将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即得低导热烧结刚玉颗粒；将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径小于0.088mm，即得低导热烧结刚玉细粉。
所述纳米碳材料为纳米炭黑，平均粒径为150nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
本实施例所制备的节能型钢包工作衬浇注料经检测：1000℃热导率为0.71W·m-1·K-1；应用于200t精炼钢包使用寿命为186炉次。
实施例3
一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法为：以70质量份的低导热烧结刚玉颗粒为骨料，以10质量份的低导热烧结刚玉细粉、4质量份的电熔镁砂细粉、10质量份的α-Al2O3微粉、4质量份的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加占所述原料5wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护18小时，最后在150℃条件下保温20小时，制得节能型钢包工作衬浇注料；
所述低导热烧结刚玉颗粒和低导热烧结刚玉细粉的制备方法是：
步骤一、将1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；
步骤二、在90℃水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
步骤三、将所述混合液体静置陈化12小时，然后进行离心分离，将离心产物在60℃条件下中干燥12h，在350℃条件下保温1小时，制得纳米核壳结构颗粒；
步骤四、以90wt％的工业氧化铝微粉和10wt％的纳米核壳结构颗粒为原料；将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒占所述原料20wt％的水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒在200℃条件下干燥12小时，在1900℃条件下保温3小时，即得低导热烧结刚玉耐火骨料。
所述纳米碳材料为纳米碳球，平均粒径为400nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即得低导热烧结刚玉颗粒；将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径小于0.088mm，即得低导热烧结刚玉细粉。
所述纳米碳材料为纳米炭黑，平均粒径为150nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
本实施例所制备的节能型钢包工作衬浇注料经检测：1000℃热导率为0.53W·m-1·K-1；应用于200t精炼钢包使用寿命为164炉次。
实施例4
一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法为：以75质量份的低导热烧结刚玉颗粒为骨料，以8质量份的低导热烧结刚玉细粉、3质量份的电熔镁砂细粉、8质量份的α-Al2O3微粉、3质量份的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加占所述原料6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护18小时，最后在160℃条件下保温24小时，制得节能型钢包工作衬浇注料；
所述低导热烧结刚玉颗粒和低导热烧结刚玉细粉的制备方法是：
步骤一、将0.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散30min，得到纳米碳材料悬浮液；
步骤二、在70℃水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
步骤三、将所述混合液体静置陈化6小时，然后进行离心分离，将离心产物在60℃条件下中干燥12h，在300℃条件下保温3小时，制得纳米核壳结构颗粒；
步骤四、以95wt％的工业氧化铝微粉和5wt％的纳米核壳结构颗粒为原料；将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒占所述原料14wt％的水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒在160℃条件下干燥24小时，在1950℃条件下保温1小时，即得低导热烧结刚玉耐火骨料。
所述纳米碳材料为纳米活性炭，平均粒径为200nm。
所述铝盐溶液的溶质为硝酸铝。
将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即得低导热烧结刚玉颗粒；将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径小于0.088mm，即得低导热烧结刚玉细粉。
所述纳米碳材料为纳米炭黑，平均粒径为150nm。
所述铝盐溶液的溶质为氯化铝。
本实施例所制备的节能型钢包工作衬浇注料经检测：1000℃热导率为0.43W·m-1·K-1；应用于200t精炼钢包使用寿命为153炉次。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种节能型钢包工作衬浇注料，其特征在于，以质量份数计，包括60-75份骨料、21-45份基质料，以及占所述骨料和所述基质料总质量3-6％的水；
其中，所述骨料为低导热烧结刚玉颗粒；
所述基质料包括质量比为(8-15):(2-8):(8-15):(3-7)的低导热烧结刚玉细粉、电熔镁砂细粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥。
2.根据权利要求1所述的一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，其特征在于，所述低导热烧结刚玉颗粒的粒径为0.088-8mm；所述低导热烧结刚玉细粉的粒径小于0.088mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，其特征在于，所述低导热烧结刚玉颗粒和所述低导热烧结刚玉细粉的制备方法如下：
(1)将0.5-1.5质量份的纳米碳材料颗粒加入到100质量份的氨水溶液中，然后在超声仪中进行超声分散，得到纳米碳材料悬浮液；
(2)在水浴加热条件下，将所述纳米碳材料悬浮液逐滴加入至铝盐溶液中，同时采用磁力搅拌均匀，得到混合液体；
(3)将所述混合液体静置陈化后进行离心分离，将离心产物经干燥和低温热处理，制得纳米核壳结构颗粒；
(4)以80-99wt％的工业氧化铝微粉和1-20wt％的纳米核壳结构颗粒为原料，将所述原料置于旋转成球机中，然后在旋转条件下喷洒水，将所述原料旋转至球形颗粒；再将所述球形颗粒进行干燥及热处理，即得低导热烧结刚玉；
(5)将所述低导热烧结刚玉破碎至粒径为0.088-8mm，即为低导热烧结刚玉颗粒；继续将所述低导热烧结刚玉颗粒粉碎至粒径小于0.088mm，即为低导热烧结刚玉细粉。
4.根据权利要求1所述的一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，其特征在于，所述电熔镁砂细粉的MgO含量大于95wt％，粒径小于88μm。
5.根据权利要求1所述的一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，其特征在于，所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量大于99wt％，粒径D50小于7μm。
6.根据权利要求1所述的一种节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，其特征在于，所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为65-80wt％。
7.一种权利要求1-6任一项所述的节能型钢包工作衬浇注料的制备方法，包括以下步骤：先将所述基质料预混均匀，再加入所述骨料中混合均匀，然后加水搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12-24h，最后在110-200℃条件下保温12-36h，制得节能型钢包工作衬浇注料。
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