CN114409381A - 一种中间包干式料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种中间包干式料及其制备方法；包括镁砂80‑92份、树脂粉3‑5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2‑5份和促烧剂0.5‑8份；通过中间包干式料设计以解决现有技术中存在的传统的抗氧化剂有Al粉、Si粉等，适量添加能够一定程度上提高产品的抗氧化性能，然而在高温条件下，铝粉化学性质活泼，与钢渣反应剧烈，形成烧结层不理想，影响产品的耐侵蚀性和抗渗透性的技术问题。

Description

一种中间包干式料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种中间包干式料及其制备方法。
背景技术
由于干式料具有寿命长、工艺简单、作业效率高等特点，近些年已被普遍用于中间包的工作衬。现用于干式料主要以碱性镁质料为主，经震动、烘烤形成工作层，抵抗钢水和钢渣侵蚀、冲刷、渗透。但是单纯的氧化镁质耐火材料抗渗透能力差，在中间包的渣线部位容易渗入材料内部，形成变质层，影响产品寿命。同时，氧化镁的热膨胀系数达到14×10-6·K-1，与变质层相差极大，易在此处产生膨胀应力，导致开裂，进而导致剥落损毁等。有机纤维（防爆纤维）可由聚丙烯经特殊工艺制成。在110-160℃会软化收缩熔化，产生微小气孔，减小内部应力，防止开裂。
由于干式料的结合剂为酚醛树脂，酚醛树脂经200℃烘烤后的残碳高温下并不稳定，往往在800℃就会完全脱碳，强度达到最低点。1100℃后镁砂开始逐渐烧结，强度逐渐上升。因而需要加入抗氧化添加剂和促烧剂改善产品性能。传统的抗氧化剂有Al粉、Si粉等，适量添加能够一定程度上提高产品的抗氧化性能，然而在高温条件下，铝粉化学性质活泼，与钢渣反应剧烈，形成烧结层不理想，影响产品的耐侵蚀性和抗渗透性。
因此，针对上述问题本发明急需提供一种中间包干式料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中间包干式料及其制备方法，通过中间包干式料设计以解决现有技术中存在的传统的抗氧化剂有Al粉、Si粉等，适量添加能够一定程度上提高产品的抗氧化性能，然而在高温条件下，铝粉化学性质活泼，与钢渣反应剧烈，形成烧结层不理想，影响产品的耐侵蚀性和抗渗透性的技术问题。
本发明提供的一种中间包干式料，按照重量份数计，包括镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份和促烧剂0.5-8份。
优选地，在氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁和碳化硼的质量比为(1-4):1。
优选地，氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
优选地，碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
优选地，添加剂还包括有机纤维。
优选地，氮化硅铁和有机纤维的质量比为15:1。
优选地，促烧剂包括硼玻璃粉、玻璃粉和红黏土中的一种或多种。
优选地，镁砂的颗粒包括3mm-5mm粒径的镁砂5-15份、1mm-3mm粒径的镁砂5-30份、200目-1mm粒径的镁砂5-30份和小于200目粒径的镁砂10-30份。
优选地，镁砂中MgO含量≥80wt%。
本发明还提供了一种如上述中任一项所述的中间包干式料的制备方法，包括如下步骤：将镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份、促烧剂0.5-8份和添加剂0-2份混合，获得中间包干式料。
本发明提供的一种中间包干式料及其制备方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过选用氮化硅铁，并限定了Si3N4质量百分含量≥90%；Fe2O3的质量百分含量≤10%，通过有效参数的设定，提高中间包干式料形成的产品的抗侵蚀性，相比使用金属铝粉（2-3万/吨）或Si3N4（1.5-2万/吨），在保证性能前提下，使用氮化硅铁（0.7-0.9万/吨）可以降低中间包干式料的价格，提高经济效益。
2、本发明提供的中间包干式料，通过采用氮化硅铁和碳化硼作为复合添加剂，替换铝粉，可以有效的避免采用铝粉作为添加剂，在高温下，产生过多的气泡，导致产品产生生成过多气孔，影响产品的耐侵蚀性的技术问题。
3、本发明通过有机纤维的添加，可以在不影响强度的前提下改善气孔率，增强产品的保温隔热性能，同时防止热膨胀开裂。
4、本发明通过促烧剂的添加，可以控制烧结层的厚度，提高高温烧后的强度。
具体实施方式
下面将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。
本发明提供了一种中间包干式料，按照重量份数计，包括镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份和促烧剂0.5-8份。
具体地，在氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁和碳化硼的质量比为(1-4):1。
具体地，氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
具体地，碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
具体地，添加剂还包括有机纤维。
具体地，氮化硅铁和有机纤维的质量比为15:1。
具体地，促烧剂包括硼玻璃粉、玻璃粉和红黏土中的一种或多种。
具体地，镁砂的颗粒包括3mm-5mm粒径的镁砂5-15份、1mm-3mm粒径的镁砂5-30份、200目-1mm粒径的镁砂5-30份和小于200目粒径的镁砂10-30份。
具体地，镁砂中MgO含量≥80wt%。
本发明还提供了一种如上述中任一项所述的中间包干式料的制备方法，包括如下步骤：将镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份、促烧剂0.5-8份和添加剂0-2份混合，获得中间包干式料。
本发明提供的中间包干式料，通过采用氮化硅铁和碳化硼作为复合添加剂，替换铝粉，可以有效的避免采用铝粉作为添加剂，在高温下，产生过多的气泡，导致产品产生生成过多气孔，影响产品的耐侵蚀性的技术问题。
本发明氮化硅铁中含有部分游离的铁，少量的铁能促进烧结，但铁含量过高会导致大量低熔物的形成，显著降低抗侵蚀渗透性能，通过与碳化硼复配，一方面可提高物理强度，另一反面显著改善了低熔物形成。
本发明通过选用氮化硅铁，并限定了Si3N4质量百分含量≥90%；Fe2O3的质量百分含量≤10%，通过有效参数的设定，提高中间包干式料形成的产品的抗侵蚀性，相比使用金属铝粉（2-3万/吨）或Si3N4（1.5-2万/吨），在保证性能前提下，使用氮化硅铁（0.7-0.9万/吨）可以降低中间包干式料的价格，提高经济效益。
本发明通过有机纤维的添加，可以在不影响强度的前提下改善气孔率，增强产品的保温隔热性能，同时防止热膨胀开裂。
本发明通过促烧剂的添加，可以控制烧结层的厚度，提高高温烧后的强度。
实施例一
中间包干式料（样品1）
按照重量份数计，包括镁砂91份、树脂粉4份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂3份、促烧剂2份。
其中，氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁2份，碳化硼1份。
氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂15份、1mm-3mm粒径的镁砂16份、200目-1mm粒径的镁砂30份和小于200目粒径的镁砂30份。
促烧剂为硼玻璃粉。
镁砂中MgO含量≥80wt%。
获得的样品1振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，样品1制备得到的坩埚侵蚀深度在0.8mm-1.6mm之间，显著低于对比例1。
采用样品1制备测试件1，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对测试件1进行测试，测试结果见表1。
实施例二
中间包干式料（样品2）
按照重量份数计，包括镁砂80份、树脂粉5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂5份、促烧剂8份、有机纤维0.27份。
其中，氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁4份，碳化硼1份。
氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂15份、1mm-3mm粒径的镁砂30份、200目-1mm粒径的镁砂5份和小于200目粒径的镁砂30份。
碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
促烧剂为硼玻璃粉。
镁砂中MgO含量≥80wt%。
获得的样品2振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，样品2制备的坩埚侵蚀深度在0.9mm-1.6mm之间，显著低于对比例1。
采用样品2制备测试件2，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对测试2进行测试，测试结果见表1。
实施例三
中间包干式料（样品3）
按照重量份数计，包括镁砂92份、树脂粉3份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂3份、促烧剂0.5份和有机纤维0.1份。
氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁1.5份，碳化硼1.5份。
碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂5份、1mm-3mm粒径的镁砂27份、200目-1mm粒径的镁砂30份和小于200目粒径的镁砂30份。
促烧剂为玻璃粉。
镁砂中MgO含量≥80wt%。
获得的样品3振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，样品3制备的坩埚侵蚀深度在1.0mm-1.4mm之间，显著低于对比例1。
采用样品3制备测试件3，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对测试件3进行测定，测试结果见表1。
实施例四
中间包干式料（样品4）
按照重量份数计，包括镁砂86.9份、树脂粉3份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2份、促烧剂8份和有机纤维0.1份。
氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁1.5份，碳化硼0.5份。
氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂10份、1mm-3mm粒径的镁砂16.9份、200目-1mm粒径的镁砂30份和小于200目粒径的镁砂30份。
SiC质量百分含量≥95%；碳化硼中B4C质量百分含量≥90%；
促烧剂为玻璃粉。
碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
镁砂中MgO含量≥80wt%。
获得的样品4振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，样品4制得的坩埚侵蚀深度在0.9mm-1.5mm之间，显著低于对比例1。
采用样品4制备测试件4，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对测试件4进行测定，测试结果见表1。
实施例五
中间包干式料（样品5）
按照重量份数计，包括镁砂84份、树脂粉4份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂3份、促烧剂6份、有机纤维0.2份。
氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁3份，碳化硼1份
氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂14份、1mm-3mm粒径的镁砂30份、200目-1mm粒径的镁砂30份和小于200目粒径的镁砂10份。
促烧剂为红黏土和硼玻璃粉。
碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
镁砂中MgO含量≥80wt%。
获得的样品5振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，样品5制得的坩埚侵蚀深度在0.8mm-1.7mm之间，显著低于对比例1。
采用样品5制备测试件5，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对测试件5进行测定，测试结果件表1。
对比例1
按照重量份数计，将镁砂91份、树脂粉5份、添加剂3份和促烧剂2份混合，获得对比例1。
其中，添加剂为铝粉。
镁砂中MgO质量百分含量≥80%；树脂粉为酚醛树脂。
烧结剂为红黏土。
镁砂的颗粒为3mm-5mm粒径的镁砂15份、1mm-3mm粒径的镁砂16份、200目-1mm粒径的镁砂30份和小于200目粒径的镁砂30份。
获得的对比例1振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，对比例1制得坩埚侵蚀深度在2.5mm-3.0mm之间。
采用对比例1制备对比试件1，根据GB/T3001-2017和GB/T5072-2008对对比例1进行测定，对比试件1的性能见表1。
测试件1至测试件5的抗折、耐压性能均与对比试件1接近，或微高于对比试件1，表明添加物的改变，并不会影响材料抗折强度和耐压强度。但是，相比对比例1制得的坩埚，样品1至样品5制得的坩埚，侵蚀深度大幅度下降，由此，氮化硅铁和碳化硼复合添加剂的选择，可以提高制得样品的抗侵蚀性。
表1中间包干式料制得试件物理性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种中间包干式料，其特征在于：按照重量份数计，包括镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份和促烧剂0.5-8份。
2.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：在氮化硅铁和碳化硼复合添加剂中，氮化硅铁和碳化硼的质量比为(1-4):1。
3.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：氮化硅铁中的Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3的质量百分含量≤10%。
4.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：碳化硼中B4C质量百分含量≥90%。
5.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：添加剂还包括有机纤维。
6.根据权利要求5所述的中间包干式料，其特征在于：氮化硅铁和有机纤维的质量比为15:1。
7.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：促烧剂包括硼玻璃粉、玻璃粉和红黏土中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：镁砂的颗粒包括3mm-5mm粒径的镁砂5-15份、1mm-3mm粒径的镁砂5-30份、200目-1mm粒径的镁砂5-30份和小于200目粒径的镁砂10-30份。
9.根据权利要求1所述的中间包干式料，其特征在于：镁砂中MgO含量≥80wt%。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的中间包干式料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将镁砂80-92份、树脂粉3-5份、氮化硅铁和碳化硼复合添加剂2-5份、促烧剂0.5-8份和添加剂0-2份混合，获得中间包干式料。
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