CN113480292B - 一种资源节约型轻质环保中间包工作衬及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种资源节约型轻质环保中间包工作衬及其制备方法，中间包工作衬按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：菱镁石和镁橄榄石共20‑120份、重烧镁砂细粉5‑30份、结合剂1‑20份、纸纤维0.1‑3份、改性剂1‑10份。该中间包工作衬的干式料自然堆积密度及体积密度低，可降低耐材吨钢消耗，提高干式料的保温性能；材料强度高，抗渣渗透性能高；且采用环保结合剂，不产生有害刺激性气体，环保性强。

Description

一种资源节约型轻质环保中间包工作衬及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种资源节约型轻质环保中间包工作衬及其制备方法。
背景技术
中间包是钢铁连铸过程中的关键装置之一，它用来接收钢包的钢水并将其连续、均匀、稳定地注入结晶器，而且还起着调整钢水流和除去非金属夹杂物、洁净钢水等作用，而中间包工作衬的性能是提高连铸技术的关键所在。
随着冶金技术的不断发展，对中间包工作衬耐火材料的要求已不单纯是长寿命，耐火材料的功能化已越来越重要。特别在优质钢和特殊钢的冶炼中，对中间包耐火材料的使用寿命的要求不是很高，但中间包耐火材料的洁净作用和保温效果则分别对优化钢种和提高成材率具有积极的作用。
目前，连铸中间包工作衬用耐火材料主要为镁质干式料，该干式料具有较好的抗高铁和碱性熔渣侵蚀、使用寿命长、不污染钢液、施工方便、易脱包翻包等特点。如中国专利文献CN201610460348.8公开了一种抗钢渣渗透性较好的低成本中间包干式料及其制法，其由以下组分构成：粒径为3.2～1mm的烧结镁砂或电熔皮砂30～40％，粒径≤1mm的烧结镁砂或电熔皮砂30～45％，200目的烧结镁砂或电熔皮砂25～35％，粒径为1～0.12mm的石英砂0～5％，粒径≤0.12mm的石英砂0～8％，酚醛树脂0～3％，改性酚醛树脂2～5％，七水硫酸镁2～6％，硼酸0～0.6％。但是，镁质干式料密度一般较高，这类干式料有两大劣势：1）由于其热导率高，中间包内衬的散热速度很快，钢水降温很快，且消耗了大量热能。2）由于密度较高，中间包吨钢耐火材料消耗量居高不下，浪费了矿产资源，也增加了企业的耐材成本。此外，目前中间包干式料工作衬以酚醛树脂结合为主，烘烤过程中，随着中间包温度的升高，酚醛树脂逐渐固化，固化后的树脂在200℃~800℃时分解，释放出CO2、CO、CH4、H2及H2O等气体，对施工人员身体健康造成极大影响。因此，现有中间包工作衬用耐火材料已不能满足对其洁净性和保温效果的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种资源节约型轻质环保中间包工作衬及其制备方法，该中间包工作衬的干式料自然堆积密度及体积密度低，可降低耐材吨钢消耗，提高干式料的保温性能；材料强度高，抗渣渗透性能高；且采用环保结合剂，不产生有害刺激性气体，环保性强。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
菱镁石和镁橄榄石共20-120份、重烧镁砂细粉5-30份、结合剂1-20份、纸纤维0.1-3份、改性剂1-10份。
本发明采用体密较低的菱镁石、镁橄榄石等作为原料，降低了干式料的自然堆积密度及体积密度；且菱镁石在烘烤过程中约在400℃时开始分解，逸出CO2气体，温度达550~650℃时，反应激烈，至1000℃时分解完全，生成轻烧MgO，质地疏松，气孔率大，体密较低，由此降低了干式料的自然堆积密度、体积密度，实现材料的轻量化，降低了中间包吨钢耐火材料消耗量，节约了企业的耐材成本；同时其导热系数较小，使中间包内衬的散热速度降低，其保温性能提高，使用过程中钢水降温较慢，节约了大量热能。此外，生成的轻烧MgO活性较大，浇钢过程中与SiO2进一步反应，生成镁橄榄石相，提高材料的强度，微膨胀可以填充气孔，提高材料的抗渣渗透性能。纸纤维在烘烤过程中收缩、燃烧，在干式料内部形成微小气孔及通道，烘烤时让菱镁石分解产生的气体快速排出，缓解内部应力，防止工作衬坍塌。同时，纸纤维的引入还能降低干式料的体积密度。
优选地，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
菱镁石和镁橄榄石共51-90份、重烧镁砂细粉10-20份、结合剂6-10份、纸纤维0.5-1份、改性剂4-8份。
经大量实验研究发现，采用上述质量份数配比时得到的中间包工作衬，可获得最适宜的自然堆积密度、体积密度、导热系数、材料强度高和抗渣渗透性能。
优选地，所述菱镁石和镁橄榄石为：
粒度为1-3mm的菱镁石和镁橄榄石共20-30质量份；
粒度为0.25-1mm的菱镁石和镁橄榄石共31-60质量份；
所述重烧镁砂细粉的粒度不大于0.075mm。
本发明通过上述合理的颗粒级配，可进一步降低干式料的自然堆积密度及体积密度，实现材料的轻量化。
优选地，所述菱镁石和镁橄榄石为：
粒度为1-3mm的菱镁石5-25质量份，粒度为1-3mm的镁橄榄石5-15质量份；
粒度为0.25-1mm的菱镁石10-25质量份，粒度为0.25-1mm的镁橄榄石10-45质量份。
优选地，菱镁石中MgO>42wt%，SiO2<8wt%，灼减<50wt%；
镁橄榄石中MgO>42wt%，SiO2<45wt%，Fe2O3<8wt%，灼减<4.0wt%；
重烧镁砂中MgO>91wt%，SiO2<4wt%，灼减<0.3wt%。
优选地，所述结合剂为硫酸镁、氨基磺酸、氯化镁、偏硅酸钠、硅酸钠中的三种的混合。
本发明使用无毒、无害的环保结合剂取代传统结合剂酚醛树脂，在赋予材料良好的脱模强度的同时，烘烤过程中不产生苯酚、甲醛等刺激性气体，具有绿色环保、价格低廉等优势。
优选地，所述结合剂为硫酸镁、氨基磺酸、氯化镁、偏硅酸钠、硅酸钠中的三种按照1:1:1的质量比的混合。
优选地，所述结合剂为硫酸镁、氨基磺酸、偏硅酸钠的混合。经大量实验研究发现，采用上述三种化合物相配合作为结合剂时，中间包工作衬具有最佳的强度。
优选地，所述改性剂为石墨与SiC以1:1的质量比的混合。石墨能不被钢水和熔渣润湿，并且具备极高的导热性能，将其加入到氧化物中，能够极大程度改变其性能。SiC的引入一方面能够防止石墨氧化，还能够穿插或弥散在方镁石或镁橄榄石的骨架结构中起到增强增韧的作用。
优选地，还包括保存剂0.1-0.3份，所述保存剂为纯度为95%的硅微粉或纯度为92%的硅微粉。将保存剂和结合剂预混，可使环保结合剂表面均匀包裹硅微粉，避免结合剂受潮结块。
进一步优选地，还包括保存剂0.2份。
本发明的另一方面提供一种制备上述的资源节约型轻质环保中间包工作衬的方法，包括以下步骤：
S1. 按照选定质量份数将菱镁石、镁橄榄石、重烧镁砂细粉、所述结合剂、纸纤维、所述改性剂混合，得到干式料；
S2. 将步骤S1的所述干式料定型、烘烤，得到所述资源节约型轻质环保中间包工作衬。
优选地，步骤S1具体包括以下步骤：
按照选定质量份数先将所述结合剂与保存剂预混5-6min，装袋备用；再将菱镁石、镁橄榄石、重烧镁砂细粉、纸纤维混合2-3min，然后加入所述结合剂与所述保存剂的混合物、所述改性剂混合6-8min，得到所述干式料。
优选地，步骤S2具体包括以下步骤：
将所述干式料倒入中间包模胎外壁和中间包永久衬之间，轻振10~30s，在250℃~400℃温度下烘烤2小时，冷却后吊出胎模，得到所述资源节约型轻质环保中间包工作衬。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 本发明的资源节约型轻质环保中间包工作衬采用体密较低的菱镁石、镁橄榄石等作为原料，降低了干式料的自然堆积密度及体积密度；且菱镁石在烘烤过程中约在400℃时开始分解，逸出CO2气体，温度达550~650℃时，反应激烈，至1000℃时分解完全，生成轻烧MgO，质地疏松，气孔率大，体密较低，由此降低了干式料的自然堆积密度、体积密度，实现材料的轻量化，降低了中间包吨钢耐火材料消耗量，节约了企业的耐材成本；同时其导热系数较小，使中间包内衬的散热速度降低，其保温性能提高，使用过程中钢水降温较慢，节约了大量热能。此外，生成的轻烧MgO活性较大，浇钢过程中与SiO2进一步反应，生成镁橄榄石相，提高材料的强度，微膨胀可以填充气孔，提高材料的抗渣渗透性能。
2. 本发明的资源节约型轻质环保中间包工作衬中，纸纤维在烘烤过程中收缩、燃烧，在干式料内部形成微小气孔及通道，烘烤时让菱镁石分解产生的气体快速排出，缓解内部应力，防止工作衬坍塌。同时，纸纤维的引入还能降低干式料的体积密度。
3. 本发明的资源节约型轻质环保中间包工作衬，还通过合理的颗粒级配，进一步降低干式料的自然堆积密度及体积密度，实现材料的轻量化。
4. 本发明的资源节约型轻质环保中间包工作衬，使用无毒、无害的环保结合剂取代传统结合剂酚醛树脂，在赋予材料良好的脱模强度的同时，烘烤过程中不产生苯酚、甲醛等刺激性气体，具有绿色环保、价格低廉等优势。
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。
以下各实施例中，菱镁石中MgO>42wt%，SiO2<8wt%，灼减<50wt%；
镁橄榄石中MgO>42wt%，SiO2<45wt%，灼减<4.0wt%，Fe2O3<8wt%
重烧镁砂：MgO>91wt%，SiO2<4wt%，灼减<0.3wt%。
实施例1
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石5份；粒度为0.25-1mm的菱镁石10份；粒度为1-3mm的镁橄榄石15份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石45份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉10份；结合剂：硫酸镁4份、氨基磺酸4份、氯化镁2份；纸纤维1份；改性剂：石墨2份、SiC 2份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法包括以下步骤：
S1. 按照选定质量比先将结合剂与保存剂预混5min，装袋备用；再将菱镁石、镁橄榄石、重烧镁砂细粉、纸纤维倒进混砂机内混合3min，然后加入结合剂与保存剂的混合物、改性剂混合6min，搅拌均匀装袋，得到干式料；
S2. 将步骤S1的所述干式料倒入中间包模胎外壁和中间包永久衬之间，轻振20s，在300℃温度下烘烤2小时，冷却后吊出胎模，得到所述资源节约型轻质环保中间包工作衬。
实施例2
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石10份；粒度为0.25-1mm的菱镁石20份；粒度为1-3mm的镁橄榄石10份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石28.5份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉15份；结合剂：硫酸镁4份、氨基磺酸2份、偏硅酸钠2份；纸纤维0.5份；改性剂：石墨4份、SiC 4份；保存剂：纯度为92%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法包括以下步骤：
S1. 按照选定质量比先将结合剂与保存剂预混6min，装袋备用；再将菱镁石、镁橄榄石、重烧镁砂细粉、纸纤维倒进混砂机内混合2min，然后加入结合剂与保存剂的混合物、改性剂混合8min，搅拌均匀装袋，得到干式料；
S2. 将步骤S1的所述干式料倒入中间包模胎外壁和中间包永久衬之间，轻振10s，在250℃温度下烘烤2小时，冷却后吊出胎模，得到所述资源节约型轻质环保中间包工作衬。
实施例3
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石15份；粒度为0.25-1mm的菱镁石25份；粒度为1-3mm的镁橄榄石5份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石29.4份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉15份；结合剂：硫酸镁2份、氨基磺酸4份、偏硅酸钠3份；纸纤维0.6份；改性剂：石墨2份、SiC 2份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，与实施例3相比，区别为制备原料中结合剂为硫酸镁3份、氨基磺酸3份、偏硅酸钠3份，其余组分、份数及制备方法与实施例3相同
实施例5
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石20份；粒度为0.25-1mm的菱镁石25份；粒度为1-3mm的镁橄榄石10份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石10.2份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉20份；结合剂：硫酸镁2份、氨基磺酸4份、偏硅酸钠2份；纸纤维0.8份；改性剂：石墨3份、SiC 3份；保存剂：纯度为92%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石25份；粒度为0.25-1mm的菱镁石25份；粒度为1-3mm的镁橄榄石5份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石10份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉20份；结合剂：硫酸镁2份、氨基磺酸4份、偏硅酸钠2份；纸纤维1份；改性剂：石墨3份、SiC 3份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法与实施例1相同。
实施例7
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石5份；粒度为0.25-1mm的菱镁石5份；粒度为1-3mm的镁橄榄石5份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石5份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉30份；结合剂：硫酸镁5份、氨基磺酸5份、偏硅酸钠10份；纸纤维0.1份；改性剂：石墨0.5份、SiC 0.5份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法与实施例1相同。
实施例8
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石30份；粒度为0.25-1mm的菱镁石30份；粒度为1-3mm的镁橄榄石30份；粒度为0.25-1mm的镁橄榄石30份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉5份；结合剂：硫酸镁1份；纸纤维3份；改性剂：石墨5份、SiC 5份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
本实施例的资源节约型轻质环保中间包工作衬的制备方法与实施例1相同。
实施例9
本实施例所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，与实施例4相比，区别为制备原料中结合剂为氯化镁3份、偏硅酸钠3份、硅酸钠3份，其余组分、份数及制备方法与实施例4相同。
对比例
本对比例的中间包工作衬，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的重烧镁砂30份；粒度为0.25-1mm的重烧镁砂40份；粒度为不大于0.075mm的重烧镁砂细粉20份；结合剂：硫酸镁4份、氨基磺酸4份、氯化镁2份；改性剂：石墨2份、SiC 2份；保存剂：纯度为95%的硅微粉0.2份。
中间包工作衬料的性能检测
对上述各实施例及对比例得到的中间包工作衬料进行体积密度、耐压强度、线性变化测试，测试结果如下表1。由测试结果可以看出，相比于对比例，本发明的资源节约型轻质环保中间包工作衬的干式料具有更低的体积密度，中间包工作衬具有较好的耐压强度；其中，实施例1-6为优选的实施方式，中间包工作衬的干式料体积密度、产品耐压强度、线性变化相比于实施例7、8更佳；实施例3与实施例4相比，结合剂中各组分配比不同，中间包工作衬的耐压强度不如实施例4；实施例9与实施例4相比，结合剂的组成不同，中间包工作衬的耐压强度不如实施例4，实施例4中为优选的结合剂组成、配比选择。
表1
Figure 43264DEST_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 (3)

1.一种资源节约型轻质环保中间包工作衬，其特征在于，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒度为1-3mm的菱镁石5-25质量份、粒度为1-3mm的镁橄榄石5-15质量份、粒度为0.25-1mm的菱镁石10-25质量份、粒度为0.25-1mm的镁橄榄石10-45质量份、粒度不大于0.075mm的重烧镁砂细粉10-20份、结合剂6-10份、纸纤维0.5-1份、改性剂4-8份、保存剂0.1-0.3份；
所述结合剂为硫酸镁、氨基磺酸、偏硅酸钠按照1:1:1的质量比的混合；
所述保存剂为纯度为95%的硅微粉或纯度为92%的硅微粉。
2.根据权利要求1所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬，其特征在于：
所述改性剂为石墨与SiC以1:1的质量比的混合。
3.一种制备如权利要求1或2所述的资源节约型轻质环保中间包工作衬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 按照选定质量份数先将所述结合剂与保存剂预混5-6min，装袋备用；再将菱镁石、镁橄榄石、重烧镁砂细粉、纸纤维混合2-3min，然后加入所述结合剂与所述保存剂的混合物、所述改性剂混合6-8min，得到干式料；
S2. 将步骤S1的所述干式料定型、烘烤，得到所述资源节约型轻质环保中间包工作衬。
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