CN113800891A - 一种镁质轻型中间包涂抹料及其使用方法 - Google Patents

一种镁质轻型中间包涂抹料及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镁质轻型中间包涂抹料，包括耐火基材；以及所述耐火基材包括化学组分为氧化镁70‑90wt％，氧化硅1‑5wt％，氧化钙1‑5wt％，氧化铁1‑5％，氧化铝1‑5wt％；基于耐火基材质量的1‑5wt％的结合剂，其中所述结合剂为选自含有铝以及钨的醇盐。相比现有技术，本发明得到的轻质隔热中间包涂层，具有良好的绝热性能，而且具有较高的防止渣和钢液的渗透能力，对热炉渣侵蚀更大的阻力，防止粘到中间包的芯部耐火材料，从而延长基础耐火材料的使用寿命，提高了炼钢时间及炼钢效率。

Description

一种镁质轻型中间包涂抹料及其使用方法
技术领域
本发明涉及炼钢材料领域，具体涉及一种镁质轻型中间包涂抹料，更具体地，本发明还涉及所述镁质轻型中间包涂抹料使用方法。
背景技术
基建工程的发展增大了对钢铁含量及质量的要求。工业上对钢品质要求越来越高，为促使炼钢工艺的精细化，精炼后的连铸过程使用的中间包工作层或内衬用的耐火材料的研究也受到广泛的关注。
CN102372486A涉及低成本镁质中间包涂料及其制备方法，由废旧的耐火材料与以下几种组分混合而成，其各组分按重量份比例如下：废旧耐火材料80～95份；纤维2～8份；结合剂2～10份；外加剂0.1～3份；外加剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠之中的一种或两种；结合剂为固体硅酸钠或硅微粉中的一种或两种；纤维为麻纤维或纸纤维中的一种或两种。其制造步骤：1)废旧耐火材料回收、拣选；2)破碎；3)上述原料按比例搅拌混合均匀。与现有技术相比，本发明的有益效果是：大幅降低了钢铁生产所需中间包涂料的生产成本，镁质中间包涂料节省约600元/吨，增加了钢铁企业经济效益，减少了国家镁资源的消耗，利于企业和国家的可持续发展。
CN1093448C提供了一种做为连铸中间包工作衬的耐火材料。该材料是由镁砂91～95％，高铝水泥1～3％，磷酸盐1.5～2.5％，增塑剂1～4％，防裂剂0.1～0.4％，减水剂0.2～0.6％，纤维0.2～0.3％混合组成的不定形组合物。使用时只要加入一定量的水调和成涂料，即可方便地进行涂抹或机械喷涂施工。本发明材料的优点是以镁砂为主要成份，杂质含量少，不污染钢水，不产生公害物质，成型、解体均快捷方便，耐温耐蚀，灼烧损失少，使用寿命长，生产成本较低。
CN1270088A提供了一种做为连铸中间包工作衬的耐火材料。该材料是由镁砂91～95％。高铝水泥1～3％,磷酸盐1.5～2.5％,增塑剂1～4％,防裂剂0.1～0.4％,减水剂0.2～0.6％,纤维0.2～0.3％混合组成的不定形组合物。使用时只要加入一定量的水调和成涂料,即可方便地进行涂抹或机械喷涂施工。本发明材料的优点是以镁砂为主要成份,杂质含量少,不污染钢水,不产生公害物质,成型、解体均快捷方便,耐温耐蚀,灼减少,使用寿命长,生产成本较低。
CN10258429A公开了一种水镁石质中间包涂料。该涂料由固体物料和复合添加剂组成，固体物料中的各组分含量按重量百分比计为：水镁石10～90％、镁砂10～90％，复合添加剂含量为固体物料重量的3～5％。实践证明，本发明的水镁石质中间包涂料使用寿命长、生产成本低、经济环保。
虽然现有技术对中间包涂抹料的研究在不断的更新，目前还是存在很多的问题，主要体现以下几个方面：1)原料价格上涨，产品成本提高；2)涂抹材料性能不足，如在应用过程中易开裂、易剥落。因此，急需提供一种成本低、性能良好的中间包涂抹料。
发明内容
针对现有技术的镁质轻型中间包涂抹料应用于钢包内衬时，在连铸浇注过程中，存在钢渣以及钢液向中间包芯材渗透，引起涂料剥落的问题，发明人研发出一种新的镁质轻型中间包涂抹料，其提高涂抹料的致密度以及强度，能够有效防止渗透对钢包的损害。
中间包是炼钢过程中应用的一种承载熔融钢液的耐火材料容器，其作用是接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。中间包内衬层使用的涂抹料形成的涂层与钢水接触，是比较关键部位，一般要求施工方便，要具有良好的烘烤适应性，要求烘包时工作衬材料硬化快、不爆裂、强度好，可以快速直接投入使用，减少烤包能耗的同时能够增加中间包的利用率，延长中间包的使用周期，减少备用包的数量。
本发明研发的中间包涂抹料，使用时间相比现有技术的涂抹料时间更加长久，耐用，而且耐高温性能性，对钢渣与钢水的浸透阻力大，其成分不会对钢液造成污染。为达到如上的效果，本发明的涂抹料中，加入能够吸收钢液中的硫、磷等有害元素的外加剂；同时选用的结合剂，在形成涂抹料的过程中提高附着力以及致密度，优选的结合剂为金属盐，更优选地为金属烷基盐，该结合剂的选择能够促进与耐火组分的结合力，同时促进形成尖晶石等耐火结构的形成。尖晶石为镁质耐火材料中比较有效的晶型，具有耐高温，结构稳定的特点。尖晶石的形成，对涂料的耐剥离，防塌方有着重要的作用。
同时在使用本发明的镁质轻型中间包涂抹料时，涂抹后进行焙烤时，优选进行分段焙烧，因为在烘烤时随着温度在第一焙段阶段保温时，控制涂料转变为玻璃态，粘附在中间包内表面，率先能够形成一层致密的薄膜，能够隔绝中间包芯部材料和空气的接触，同时也能隔绝连铸时钢水与中间包的接触，减少了氧化的可能性以及钢水被污染的影响。在第二阶段焙烧，涂抹料会向尖晶石结构转化，这种晶型化学结构以及化学性质稳定，对防止涂层开裂、塌方有着积极的作用。
具体地，本发明一方面提供一种镁质轻型中间包涂抹料，其包括如下组成：
耐火基材；以及所述耐火基材包括氧化物的化学组分为氧化镁70-90wt％，氧化硅1-5wt％，氧化钙1-5wt％，氧化铁1-5％，氧化铝1-5wt％；
基于耐火基材质量的1-5wt％的结合剂，其中所述结合剂为选自含有铝以及钨的醇盐；
基于耐火基材质量的1-5wt％的外加剂。
在一些实施例中，外加剂为沸石粉。
在一些实施例中，耐火基材包括化学组分为氧化镁75-90wt％，氧化硅5-10％，氧化钙3-5wt％，氧化铁2-5％，氧化铝3-5wt％；
本发明还提供镁质中间包涂抹料的使用方法，包含以下步骤：
S1，按照氧化物化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，进行初级磁选，投入去离子水中进行清洗，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，得到致密的中间包涂层。
在一些实施例中，所述矿石选自水镁石和镁砂。
在一些实施例中，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。
在一些实施例中，矿石的质量组成为水镁石
Figure BDA0003284027910000031
镁砂
Figure BDA0003284027910000032
在一些实施例中，所述分段焙烧时，温度先升温至600-1000℃时，保温30-60min，然后将温度升至1200-1600℃，保温时间为1-4h。
发明的效果
相比现有技术，本发明得到的轻质隔热中间包涂层，具有良好的绝热性能，而且具有较高的防止钢渣和钢液的渗透能力，对热炉渣侵蚀更大的阻力，防止粘到中间包的芯部耐火材料，从而延长基础耐火材料的使用寿命。本发明涂抹料对衬体有很强的粘附性，在烘烤和使用过程中不开裂、不剥落、不塌方，并可以减少钢液中非金属杂质，使用后残衬层易于清除，在大型中间包上使用时连铸时间超过15h，最长连铸时间可达40h以上。同时，通过本发明的结合剂，能够促进有效耐火晶型的形成，节约耐火材料的消耗，同时节约成本。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
所属领域的技术人员将认识到：本发明所描述的化学反应可以用来合适地制备许多本发明的其他化合物，且用于制备本发明的化合物的其它方法都被认为是在本发明的范围之内。例如，根据本发明那些非例证的化合物的合成可以成功地被所属领域的技术人员通过修饰方法完成，如适当的保护干扰基团，通过利用其他已知的试剂除了本发明所描述的，或将反应条件做一些常规的修改。另外，本发明所公开的反应或已知的反应条件也公认地适用于本发明其他化合物的制备。
实施例提供的水镁石矿石，其理论组成(wt％)：MgO 69.12，H2O 30.88。镁砂矿石主要含量也为镁的氧化物，由于镁砂中一般含有白云石、滑石、透闪石、石英等，使镁砂含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等成分。通过选择合适品种的水镁石以及镁砂，即可控制涂抹料中的各化学组成的氧化物含量。
结合剂选择铝和钨金属的混合醇盐，如其异丙醇铝以及异丙醇钨。
外加剂选择沸石粉。
实施例1-4的耐火氧化物以及结合剂以及外加剂含量如表1所示。
表1耐火基材氧化物组成
Figure BDA0003284027910000041
Figure BDA0003284027910000051
本发明提供的镁质轻型中间包涂抹料的制备及使用方法如下详细所述。
实施例1
S1，按照表1原料化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。进行初级磁选，放入去离子水中进行清洗30min，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，其中，结合剂添加量为基于矿石重量的15％，铝醇盐：钨醇盐＝1：0.3(wt％)外加剂添加量为基于矿石重量的2.5％，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，温度先升温至890℃时，保温30min，然后将温度升至1350℃，保温时间为4h。
实施例2
S1，按照表1原料化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。进行初级磁选，放入去离子水中进行清洗30min，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，其中，结合剂添加量为基于矿石重量的19％，铝醇盐：钨醇盐＝1：0.1(wt％)外加剂添加量为基于矿石重量的3.5％，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，温度先升温至800℃时，保温30min，然后将温度升至1550℃，保温时间为4h。
实施例3
S1，按照表1原料化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。进行初级磁选，放入去离子水中进行清洗30min，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，其中，结合剂添加量为基于矿石重量的20％，铝醇盐：钨醇盐＝1：0.5(wt％)，外加剂添加量为基于矿石重量的5％，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，温度先升温至690℃时，保温60min，然后将温度升至1450℃，保温时间为2h。
实施例4
S1，按照表1原料化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。进行初级磁选，放入去离子水中进行清洗30min，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，其中，结合剂添加量为基于矿石重量的15％，铝醇盐：钨醇盐＝1：0.3(wt％)外加剂添加量为基于矿石重量的1.5％，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，温度先升温至900℃时，保温50min，然后将温度升至1250℃，保温时间为3h。
实施例1-4中所得到的涂抹料，具有良好的晶粒形态分布和良好的表观。X射线衍射分析表明其焙烧后的组织中存在氧化镁-氧化铝尖晶石结构和部分氧化镁-氧化钨尖晶石结构。
表2涂抹料性能
Figure BDA0003284027910000071
实施例1-4焙烧后的样品性能测试如表2。试验结果表明，采用本发明的涂抹料的连浇炉数为20炉，连浇时间为可达到15h以上，最高可达到40h。同时本发明的涂抹料，在施工时能够有良好的黏附性，不回落、不坍塌。在高温使用条件下具有良好的高温性能，较高的耐火度和良好的化学稳定性，保证高温条件下不会对钢液产生二次氧化，不会对钢液造成污染，不降低钢坯的质量。使用过程中应具有良好的抗熔渣侵蚀和渗透的性能，以及耐钢水和渣液冲刷的能力，有利于提高中间包工作衬的使用寿命、减少中间包的消耗。相同施工条件下，本发明可比普通产品加入量节约20％，降低了炼钢成本。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (7)

1.一种镁质轻型中间包涂抹料，其包括如下组成：
耐火基材；所述耐火基材包括氧化物的化学组分为氧化镁70-90wt％，氧化硅1-5％，氧化钙1-5wt％，氧化铁1-5％，氧化铝1-5wt％；
基于耐火基材质量的1-5％的结合剂，其中所述结合剂为选自含有铝以及钨的醇盐；
基于耐火基材质量的1-5wt％的外加剂。
2.如权利要求1所述的镁质轻型中间包涂抹料，所述耐火基材包括化学组分为氧化镁75-90wt％，氧化硅5-10％，氧化钙3-5wt％，氧化铁2-5％，氧化铝3-5wt％。
3.如权利要求1-2之一所述的镁质轻型中间包涂抹料使用方法，包含以下步骤：
S1，按照氧化物化合物组成称量合适重量的矿石：
挑选粒度合适的碎石，按照化学成分组成称取重量；
S2,粒度筛分：
将称取好的碎石进行粉碎，进行初级磁选，投入去离子水中进行清洗，离心分离，干燥，备用；
S3：添加结合剂，混合：
将所述的各粒度的矿石、结合剂和外加剂按照所述重量比例加入搅拌机中，搅拌混合至均匀，干法搅拌时间5-15分钟；开始施工，使用湿法涂抹施工，施工时加入总重量10-25wt％的水，搅拌10～15分钟，将混合料直接涂抹在中间包的内衬表面，干燥后，进行分段焙烧，得到致密的中间包涂层。
4.如权利要求3所述的镁质轻型中间包涂抹料的使用方法，所述矿石选自水镁石和镁砂。
5.如权利要求3所述的镁质轻型中间包涂抹料的使用方法，粉碎矿石的粒度控制为：水镁石和镁砂粒径为0.1-3mm。
6.如权利要求3所述的镁质轻型中间包涂抹料的使用方法，矿石的质量组成为水镁石
Figure FDA0003284027900000011
镁砂
Figure FDA0003284027900000012
7.如权利要求3所述的镁质轻型中间包涂抹料的使用方法，所述分段焙烧时，温度先升温至600-1000℃时，保温30-60min，然后将温度升至1200-1600℃，保温时间为1-4h。
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