CN115124356A

CN115124356A - 镁铝质电炉炉底干式捣打料

Info

Publication number: CN115124356A
Application number: CN202110312093.1A
Authority: CN
Inventors: 甘菲芳; 舒友亮
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2022-09-30

Abstract

本发明涉及一种镁铝质电炉炉底干式捣打料，所述干式捣打料的原料按重量百分比包括：镁铝尖晶石32～52％、镁砂10～30％、铝酸镁烧结剂10～25％、刚玉10～25％、活性α‑氧化铝微粉3～7％。本发明能使材料自身过烧收缩受到抑制，减少或避免了电炉炉底的开裂剥落，对钢片式炉底电极的保护性更好，有助于提高电炉炉底使用寿命。

Description

镁铝质电炉炉底干式捣打料

技术领域

本发明涉及电炉炉底耐火材料，特别涉及一种镁铝质电炉炉底干式捣打料。

背景技术

电炉炉底炉龄是炼钢设备高效运行的限制性环节。较早时期电炉炉底工作层主要采用烧结镁砂湿法捣打,结合剂为焦油、沥青,也可以是卤水或水玻璃溶液,铺料后用捣固机捣打结实,因材料中含有水份,烘干时间长,施工效率低。目前电炉炉底多采用镁质干式捣打料。干式捣打料是一种不加液体结合剂的不定形耐火材料，具有隔热性好和拆除方便的优点，因而在冶金工业中广泛作为无芯中频感应电炉炉衬、高功率或超高功率电炉炉底材料。但是，镁质材料存在抗热震性较差、抗渣渗透性较差、易产生剥落等缺点。因此部分现有技术方案将镁质干式捣打料改进为镁钙铁质干式捣打料，这类干式捣打料以高铁高钙合成镁砂为主原料，但是Fe₂O₃含量较高,材料在高温情况下会产生较多液相,烧结收缩大,使用过程中产生较大收缩裂纹,而且在镁质材料中添加较高含量Fe₂O₃会降低耐火材料的高温性能。因此，对于冶炼条件苛刻、炉龄要求高的超高功率大电炉来说还存在一定不足，尤其是对钢片式炉底电极的电炉寿命影响很大。

中国专利201410298762.4公开了一种电炉炉底捣打料，采用电熔或高纯镁砂为原料，以卤水作为结合剂，能提高捣打料抗侵蚀性能，提高电炉使用寿命，但是该捣打料在施工前需要现场加入卤水结合剂搅拌，湿料捣固成型，材料中含有水份导致烘干时间长、施工周期较长、影响效率。另外，如果电炉炉底电极由钢质材料制成，含水捣打料对炉底电极会产生不利影响。

中国专利200410018075.9公开了电炉炉底干式捣打料及其制备方法，其干式捣打料含有镁钙铁砂和电熔镁砂，虽然解决了烧结层过厚而开裂和抗侵蚀差的弱点，但是该干式捣打料会造成烧结性有所下降，抗冲刷性能也会受到影响。中国专利200610134357.4公开了一种电炉炉底用MgO-CaO-Fe₂O₃系合成料，其包含氧化镁粉、氧化钙粉和氧化铁粉，相较于进口材料该合成料的产品成本大幅降低，但是该合成料经1600度烧后线变化率仍然为-3.0％，收缩率偏高，不利于钢片或钢针式炉底电极的电炉寿命。上述专利均属于镁钙铁质耐火材料，即以MgO为主且含有一定的Fe₂O₃和CaO，根据铁液存在情况下的MgO-CaO-FeO_n、CaO-SiO₂-FeO_n与MgO-SiO₂-FeO_n以及MgO-CaO-SiO₂三元相图可知，1600℃下液相存在的区域较大，液相的存在不仅会导致电炉炉底抗侵蚀和抗冲刷性能下降，还存在工作层产生自身过烧结，特别是在电炉吹氧强化操作时会产生更为严重的过烧结现象，引起开裂和剥落损毁。另外镁钙铁质耐火材料中主晶相为方镁石、次晶相为2CaO·Fe₂O₃等，其中2CaO·Fe₂O₃只有在氧化性气氛中才能存在，而通常冶炼条件下炉底属还原性气氛，2CaO·Fe₂O₃发生分解，即2(2CaO·Fe₂O₃)→4CaO+4FeO+O₂。FeO通过固相扩散进入方镁石晶格中形成固溶体，即xMgO+4FeO→(x+4)(Mg·Fe)O。但当吹氧强化冶炼之后，氧化性气氛显著增强，上述两个反应无法有效进行，造成抗冲刷耐侵蚀性下降，材料自身严重过烧收缩，导致开裂剥落。由此，这就是镁钙铁质耐火材料的不足之处，同时镁钙铁质耐火材料抗水化性能差也一直是一个无法解决的难题，因此给生产、运输、应用都带来了很大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁铝质电炉炉底干式捣打料，所述干式捣打料包含镁铝尖晶石、镁砂、铝酸镁烧结剂、刚玉、活性氧化铝微粉，在使用过程中能原位生成新的镁铝尖晶石，同时反应伴随产生膨胀使材料自身过烧收缩受到抑制，减少或避免了电炉炉底的开裂剥落，对钢片式炉底电极的保护性更好，有助于提高电炉炉底使用寿命。

本发明是这样实现的：

一种镁铝质电炉炉底干式捣打料，所述干式捣打料的原料按重量百分比包括：镁铝尖晶石32～52％、镁砂10～30％、铝酸镁烧结剂10～25％、刚玉10～25％、活性α-氧化铝微粉3～7％。

所述镁铝尖晶石的Al₂O₃含量≥74％，MgO含量≥22％。

所述镁铝尖晶石的粒度为8～3mm。

所述镁砂的MgO含量≥96％，SiO₂含量≥2.0％。

所述镁砂的粒度为3～0mm。

所述镁砂为烧结镁砂或电熔镁砂。

所述铝酸镁烧结剂的MgO和Al₂O₃含量之和≥85％，细度≤0.044mm。

所述活性α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量≥98％，细度≤0.7μm。

本发明镁铝质电炉炉底干式捣打料，首先，化学成分组成中富含镁铝尖晶石，而且在使用过程中通过MgO+Al₂O₃→MgO·Al₂O₃反应原位生成新的镁铝尖晶石，并产生持续膨胀，可抵消收缩，能有效加强干式捣打料基质性能。其次，所述干式捣打料能与电炉熔融渣形成高熔点铝酸钙-尖晶石固溶体界面层，从而能阻止电炉炉底工作层蚀损，具有抑制材料过烧结的特点。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：具有良好的抗渗透性、抗剥落性、抗收缩性、抗水化性，能有效地保护电炉炉底以及炉底电极钢片，能显著提高电炉使用寿命和炼钢生产效率。

附图说明

图1为四元体系MgO-Al₂O₃-CaO-SiO₂中Al₂O₃质量分数为35％的相图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种镁铝质电炉炉底干式捣打料，所述干式捣打料的原料按重量百分比包括：镁铝尖晶石32～52％、镁砂10～30％、刚玉10～25％、铝酸镁烧结剂10～25％、活性α-氧化铝微粉3～7％。为了解决现有镁钙铁质干式捣打料自身过烧结、收缩，容易引起电炉炉底产生开裂剥落问题，所述干式捣打料采用MgO-Al₂O₃系材料。处于MgO-MgO·Al₂O₃相区的混合物出现液相的温度高达2050℃，因此在电炉操作温度下不会出现液相。在碱性电炉熔炼过程中，电炉熔融渣含有大量的CaO和FeO_n。参见图1，根据四元体系MgO-Al₂O₃-CaO-SiO₂中Al₂O₃质量分数(wt％)为35％的相图，在1600℃时全液相区域都很小，表明MgO-Al₂O₃质电炉炉底工作层对电炉熔融渣的侵蚀具有很强的抵抗能力。电炉熔融渣中CaO同MgO·Al₂O₃反应形成高熔点的铝酸钙，电炉熔融渣中FeO_n与MgO·Al₂O₃、MgO形成固溶体，电炉熔融渣剩下富含SiO₂的熔渣则变得非常黏稠，因此MgO-Al₂O₃质耐火材料对电炉熔融渣的抗渗透性能好。由此，在综合抗渣性能方面，MgO-Al₂O₃质明显优于MgO-CaO-Fe₂O₃质，而且形成的高熔点铝酸钙-尖晶石固溶体界面层能有效阻止电炉炉底工作层蚀损，具有抑制干式捣打料自身过烧结的优点，因而采用MgO-Al₂O₃质的干式捣打料能有效强化冶炼操作的电炉炉底工作层。

优选地，镁铝尖晶石的Al₂O₃含量≥74％，MgO含量≥22％。镁铝尖晶石作为主原料，其熔点在1900℃以上，耐高温性能好、抗钢液渗透性、抗剥落性、抗水化性均优于镁砂。同时，镁铝尖晶石与Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃等物质固溶性好。镁铝尖晶石的粒度为8～3mm，大颗粒形式的镁铝尖晶石能减少干式捣打料的过度膨胀，使材料高温体积稳定性好，抗热震好，不容易剥落开裂。

优选地，镁砂的MgO含量≥96％，SiO₂含量≥2.0％。镁砂为烧结镁砂或电熔镁砂。镁砂作为主原料，其熔点在1995℃以上，耐高温性能和抗钢渣侵蚀性能极佳，但抗剥落性及抗渗透性不足。镁砂的粒度为3～0mm，较小颗粒细粉形式的镁砂与Al₂O₃的反应性也更好。

优选地，铝酸镁烧结剂的MgO和Al₂O₃含量之和≥85％，细度≤0.044mm。铝酸镁烧结剂为凝胶粉形式，是一种陶瓷烧结剂，能使干式捣打料在中温阶段开始良好的烧结，能加强干式捣打料基质的陶瓷结合，使得材料强度达到与镁钙铁质耐火材料相当，避免了现有捣打料中含水结合剂或低熔点烧结的问题。

为了在使用过程中原位生成新的镁铝尖晶石(MgO·Al₂O₃)，能够产生持续膨胀以抵消烧结收缩，使得干式捣打料基质性能得到加强，因而采用了刚玉和活性α-Al₂O₃微粉。刚玉、活性α-Al₂O₃微粉能与镁砂、铝酸镁烧结剂所含MgO在高温下化学反应生成MgO·Al₂O₃，即MgO+Al₂O₃→MgO·Al₂O₃，伴随反应烧结产生膨胀(线膨胀率约为2.45％)，能防止干式捣打料收缩。原位生成的镁铝尖晶石能再次加强了材料的抗侵蚀渗透性能。优选地，活性α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量≥98％，细度≤0.7μm，由于其活性好，能更加容易地与铝酸镁烧结剂中MgO生成镁铝尖晶石，干式捣打料的抗渗透性得到进一步加强。

所述干式捣打料的具体制备方法为：各原料按照重量百分数比例称重配料，混合搅拌均匀后包装成袋即可。所述干式捣打料的具体使用方法为：将材料放置在电炉炉底通过干式捣打成型即可。

实施例1～5

取粒度为8～3mm镁铝尖晶石颗粒料若干，粒度为3～0mm镁砂细颗粒及粉料若干，粒度为3～0mm刚玉细颗粒及粉料若干，细度≤0.044mm的铝酸镁烧结剂若干，细度≤0.7um活性氧化铝微粉若干分别组成实施例1～5的原料，并将实施例1～5的原料分别放置于搅拌设备中混合均匀并称量包装。使用时材料放置在炉底，通过捣打成型，形成致密的电炉炉底耐火材料工作层。表1列出了实施例1～5的原料各组分的规格和重量。

对实施例1～5得到干式捣打料进行物理性能指标测试，物理性能指标包括体积密度、气孔率、耐压强度、烧后线变化、侵蚀指数、渗透指数，其中侵蚀指数和渗透指数越低，则表明抗侵蚀性能和抗渗透性能越好。比较例选取镁钙铁质捣打料，其具体组分比例为：MgO57.8％，CaO 37.6％，Fe₂O₃ 4.2％，其余为杂质。表2列出了抗侵蚀渗透试验用电炉熔融渣主要成分重量百分比。表3列出了实施例1～5干式捣打料的物理性能指标测试结果。

表1

表2

组分	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	TiO<sub>2</sub>	Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
								比例	16.5	4.91	29.9	36.4	4.28	0.54	1.64

表3

由表3可以得出，实施例1～5得到的镁铝质干式捣打料的各项物理性能指标均优于比较例的镁钙铁质捣打料，具有更好的抗渗透性、抗剥落性、抗收缩性、抗水化性，用于电炉炉底工作层，能有效地保护电炉炉底以及炉底电极钢片。

本发明镁铝质电炉炉底干式捣打料采用MgO-Al₂O₃质材料作为电炉炉底工作层的技术思路，用以解决传统MgO-CaO-Fe₂O₃质材料自身过烧结、收缩引起电炉炉底开裂剥落的问题。本发明干式捣打料在应用开始以及使用过程中富含MgO·Al₂O₃，且不断生成新的MgO·Al₂O₃，材料烧结时产生膨胀性能使得过烧收缩得到抑制，具备良好的综合抗渣性能，在减少收缩、抗渗透、抗剥落等方面性能明显优越。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述干式捣打料的原料按重量百分比包括：镁铝尖晶石32～52％、镁砂10～30％、铝酸镁烧结剂10～25％、刚玉10～25％、活性α-氧化铝微粉3～7％。

2.根据权利要求1所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述镁铝尖晶石的Al₂O₃含量≥74％，MgO含量≥22％。

3.根据权利要求1或2所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述镁铝尖晶石的粒度为8～3mm。

4.根据权利要求1所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述镁砂的MgO含量≥96％，SiO₂含量≥2.0％。

5.根据权利要求1或4所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述镁砂的粒度为3～0mm。

6.根据权利要求1所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述镁砂为烧结镁砂或电熔镁砂。

7.根据权利要求1所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述铝酸镁烧结剂的MgO和Al₂O₃含量之和≥85％，细度≤0.044mm。

8.根据权利要求1所述的镁铝质电炉炉底干式捣打料，其特征在于：所述活性α-Al₂O₃微粉的Al₂O₃含量≥98％，细度≤0.7μm。