CN115010468A - 一种环保型中间包干式料及其制备方法 - Google Patents

一种环保型中间包干式料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及中间包干式料，更具体地，本发明涉及一种环保型中间包干式料及其制备方法。所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂85～90份、糖类结合剂1～3份、酸类促进剂1～3份和金属粉末5～10份。本发明通过使用糖类结合剂，可在中间包干式料中形成三维网络结构，促进结合作用的提高，避免环境污染，且通过和硼酸作用，在中温条件下，促进和镁砂的结合，降低耐压和耐折性能的下降。且本发明通过使用金属粉末，尤其是三氧化二铁等金属粉末时，可促进连续翻包性能，提高使用寿命。

Description

一种环保型中间包干式料及其制备方法
技术领域
本发明涉及中间包干式料，更具体地，本发明涉及一种环保型中间包干式料及其制备方法。
背景技术
随着钢铁需求和产量的快速提高，连铸工艺也得到迅速发展，这也对连铸钢的质量和连铸装置带来了新的要求，其中中间包作为连铸的重要节点，发挥着不可替代的作用，而中间包干式料是中间包的重要结构。
目前中间包主要通过镁砂作为主要成分，并添加酚醛树脂作为结合剂，CN112624749A公开了一种低成本中间包干式料及其制备方法，采用橄榄砂、重烧镁砂、酚醛树脂作为原料，提供良好的抗氧化性、抗热震性、低导热性，但是酚醛树脂容易产生残碳，造成钢材增碳和增氢，以及在高温下放出有害气体等问题，影响中间包干式料的使用。
此外，在中间包干式料中，还存在连铸过程中不易翻包、高温耐折性差等问题，故需要提供一种新的中间包干式料，满足环保的同时，提高加工和使用性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂85～90份、糖类结合剂1～3份、酸类促进剂1～3份和金属粉末5～10份。
镁砂
在一种实施方式中，本发明所述镁砂为电熔镁砂和/或烧结镁砂，不做具体限定。所述镁砂的粒径为0.05～5mm。本发明所述镁砂的粒径分布在0.05～5mm内，不对具体粒径分布做具体限定。
糖类结合剂
在一种实施方式中，本发明所述糖类结合剂选自麦芽糖、葡萄糖、乳糖、半乳糖、纤维素、糖粉中的一种或多种，优选为纤维素。
优选地，本发明所述纤维素选自甲基纤维、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种，优选为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素。
发明人发现，通过使用糖类结合剂，可在中间包干式料中形成三维网络结构，促进结合作用的提高，但发明人也发现，在中温，如1100℃时，镁砂还未烧结熔融，而糖类结合剂已经几乎完全碳化挥发，结合力下降，使得中温时耐折和耐压强度明显下降，而一般钢水处理是在中温下进行，会影响对钢水的处理。
酸类促进剂
优选地，本发明所述酸类促进剂包括硼酸、羟基羧酸、环状磺酸中的至少一种。
更优选地，本发明所述酸类促进剂包括硼酸。
发明人意外发现，通过使用大分子多羟基的糖类结合剂和硼酸作用，尤其是羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素等羟基纤维素和硼酸作用的过程中，随着温度的升高，纤维素分解的过程中促进了硼酸生成硼的氧化物，如三氧化二硼等，在中温条件下，促进和镁砂的结合，降低耐压和耐折性能的下降。
且发明人发现，当使用羟基纤维素和硼酸作用，尤其是控制用量时，可避免在300℃烧结成型的过程中，因酯化作用造成的三维网络结构的破坏，对耐压和耐折性能的影响，甚至有利于耐压和耐折性能的提高，这可能是因为，通过使用羟基纤维素和硼酸，在烧结过程中虽然可能发生酯化，但生成的水和羟基纤维素好的结合力促进了纤维素凝胶结构的产生，从而生成纤维素-硼酸的凝胶网络，促进了耐压和耐折性能的提高，但当使用羧基或烷基纤维素时，反而不利于耐压和耐折的提高。
进一步优选地，本发明所述酸类促进剂还包括环状磺酸，可列举的有，对甲苯磺酸、氨基苯磺酸、羟基苯磺酸，优选为对甲苯磺酸。
更进一步优选地，本发明所述硼酸和环状磺酸的重量比为(2～3)：1。
金属粉末
在一种实施方式中，本发明所述金属粉末选自金属、金属氧化物、金属硫酸盐中的至少一种，优选为金属氧化物。
优选地，本发明所述金属氧化物选自氧化铁、氧化亚铁、氧化铝、氧化锆中的一种或多种。优选为氧化铁。
发明人发现，当使用较多的硼酸等酸类促进剂，可能造成过度结合和烧结，影响翻包性能，尤其是连续翻包性能，而发明人发现，通过使用金属粉末，尤其是三氧化二铁等金属粉末时，可促进连续翻包性能，提高使用寿命。
这可能是因为通过使用三氧化二铁作为金属粉末时，不同于铁粉或者稳定的氧化亚铁等，在中温煅烧过程中得到氧化亚铁的同时，会发生体积收缩，限定硼的氧化物和镁砂中金属氧化物结合形成低熔点的化合物，从而避免过度烧结和结合，提高中间包干式料的翻包和连续翻包性能。
且发明人发现，需控制金属粉末的用量，当用量较低时，不能充分发挥三氧化二铁体积收缩，改善硼的氧化物和硼砂中金属氧化物和氧化亚铁的固溶，不利于连续翻包性能的提高。
更优选地，本发明所述金属氧化物为纳米金属氧化物。
另外，发明人发现，氧化铁形成氧化亚铁需要一定的时间，可能会造成氧化铁反应不完全，影响收缩对糖类结合剂膨胀挥发的改善，使得1500℃下结构收缩不紧密、气孔增加，影响1500℃下抗压和抗折强度的进一步提高，而发明人意外发现，通过使用纳米氧化铁，并结合环状羧酸促进剂，可进一步促进抗压和抗折强度的提高。
这可能是因为，通过使用纳米氧化铁，利用纳米级的小粒径作用，可充分发生反应，促进氧化亚铁的生成，但同时小粒径也使得在烧结过程中，粒子间吸附明显，不能充分和糖类结合剂以及硼酸等接触，而发明人发现，通过使用不具氧化性的环状磺酸，相比于羟基羧酸等弱酸，在烧结过程中一方面可以纳米粒子发生吸附，另一方面也促进了和糖类结合剂的结合，从而促进了纳米氧化铁和结合剂粉末的充分分散和混合，使得在高温煅烧过程中，可更好的抵抗糖类膨胀，形成致密、少气孔的结构，促进1500℃耐压和耐折性能的提高。
一般情况下，糖类结合剂在使用过程中存在高温残碳等，会造成钢水连铸过程中增氢和增碳，而本发明提供的中间包干式料通过使用合适的镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂、金属粉末等，可避免连续过程中钢水中氢和碳的增加，不会发生塌方等问题，使用方便。
本发明第二个方面提供一种如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、烧结、脱模，得到所述中间包干式料。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明通过使用糖类结合剂，可在中间包干式料中形成三维网络结构，促进结合作用的提高，避免环境污染，且通过和硼酸作用，在中温条件下，促进和镁砂的结合，降低耐压和耐折性能的下降。
(2)且本发明通过使用金属粉末，尤其是三氧化二铁等金属粉末时，可促进连续翻包性能，提高使用寿命。
(3)另外，发明人发现，通过使用纳米氧化铁，并结合环状羧酸促进剂，可进一步促进抗压和抗折强度的提高。
(4)本发明提供的中间包干式料通过使用合适的镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂、金属粉末等，可避免连续过程中钢水中氢和碳的增加，不会发生塌方等问题，使用方便。
具体实施方式
实施例
实施例1
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例2
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份、酸类促进剂2份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例3
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份、酸类促进剂2份和金属粉末8份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸，所述金属粉末为纳米氧化铁。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例4
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份、酸类促进剂2份和金属粉末8份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸和对甲苯磺酸，重量比为2.5：1，所述金属粉末为纳米氧化铁。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例5
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂90份、糖类结合剂3份、酸类促进剂3份和金属粉末10份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸和对甲苯磺酸，重量比为3：1，所述金属粉末为纳米氧化铁。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例6
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂85份、糖类结合剂1.5份、酸类促进剂1.5份和金属粉末6份，所述糖类结合剂为羟乙基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸和对甲苯磺酸，重量比为2.3：1，所述金属粉末为纳米氧化铁。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例7
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份、酸类促进剂2份，所述糖类结合剂为羧甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
实施例8
本例提供一种环保型中间包干式料，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂88份、糖类结合剂2份、酸类促进剂2份和金属粉末8份，所述糖类结合剂为羟丙基甲基纤维素，所述酸类促进剂为硼酸和马来酸，重量比为2.5：1，所述金属粉末为纳米氧化铁。
本例还提供如上所述的环保型中间包干式料的制备方法，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、300℃烧结3h、脱模，得到所述中间包干式料。
性能评价
1、常温耐压强度：分别测试250℃烧结3h成型后，以及在300℃烧结3h成型、再在1100℃烧结3h后的常温耐压强度(GB T4513.6)，其中300℃烧结3h成型后常温耐压强度大于等于18MPa为优，小于18MPa，大于等于16MPa为良，小于16MPa，大于等于14MPa为中，小于14MPa为差；1100℃烧结3h后常温耐压强度下降率小于20％为优，大于等于20％，小于等于25％为良，大于等于25，小于等于30％为中，大于20％为差，结果见表1。
2、连续翻包性能：250℃烧结3h成型，得到容积为50吨的样品后，进行钢水的多炉连浇，每炉浇钢时间为20min，观察连续浇钢的翻包性能，其中连续11～12炉易翻包记为优，连续9～10炉易翻包记为良，连续7～8炉易翻包记为中，结果见表1。
3、高温抗折强度：250℃烧结3h成型后，在1500℃烧结3h后，测试高温抗折强度(试验温度：1500℃，GB T3002)，其中大于3.5MPa为优，小于等于3.5Mpa，大于3MPa为良，小于等于3Mpa，大于2MPa为中，小于等于2MPa为差，结果见表1。
表1性能表征测试
Figure BDA0003158558060000071
由测试结果可知，本发明提供的中间包干式料具有环保、好的低温和中温强度和翻包性能，可用于钢铁连铸过程中，不会产生污染，成本低。
应理解，本文中描述的实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。各实施方式内的特征、优点或方面的描述应被认为可用于其它实施方式中的其它类似特征、优点或方面。

Claims (10)

1.一种环保型中间包干式料，其特征在于，所述中间包干式料的制备原料按重量份计，包括镁砂85～90份、糖类结合剂1～3份、酸类促进剂1～3份和金属粉末5～10份。
2.根据权利要求1所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述糖类结合剂选自麦芽糖、葡萄糖、乳糖、半乳糖、纤维素、糖粉中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述纤维素选自甲基纤维、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述酸类促进剂包括硼酸、羟基羧酸、环状磺酸中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述酸类促进剂包括硼酸。
6.根据权利要求5所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述酸类促进剂还包括环状磺酸，所述硼酸和环状磺酸的重量比为(2～3)：1。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述金属粉末选自金属、金属氧化物、金属硫酸盐中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述金属氧化物选自氧化铁、氧化亚铁、氧化铝、氧化锆中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的环保型中间包干式料，其特征在于，所述金属氧化物为纳米金属氧化物。
10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的环保型中间包干式料的制备方法，其特征在于，包括：将镁砂、糖类结合剂、酸类促进剂和金属粉末共混、烧结、脱模，得到所述中间包干式料。
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