CN115246733A - 一种高耐用性中间包涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐用性中间包涂料及应用，包括原料和外加剂；原料包括按质量百分比的以下组分：镁砂92～98％；94级硅微粉0～1.0％；铝酸镁结合剂2.0～7.0％；外加剂占所述原料总质量的2.25～2.55wt％，其中该外加剂由涤纶纤维、水镁石纤维、PVA粉和六偏磷酸钠组成。本发明的高耐用性中间包涂料体积密度高，在涂敷时只需要外加10～15％的水分，施工性能优异；抗烘烤爆裂性能好，烘烤剂使用过程中涂料不开裂；涂料强度提高、耐高温性能提高，增强了涂料的抗渣侵蚀及抗冲刷能力，有利于钢水纯净度提高及中间包的高寿命，满足高效连铸、高品质炼钢的需求。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金用连铸中间包技术领域，尤其涉及一种高耐用性中间包涂料。
背景技术
随着炼钢技术的发展，中间包已成为连铸钢水的最后一道精炼容器，因此,对中间包的耐火材料提出了越来越高的要求。涂抹料中间包作为近年来发展的新工艺,具有寿命长、有利于提高连浇炉数和铸机作业率、提高金属收得率、净化钢水等优点,因而得到了广泛的应用。根据中间包的使用要求,连铸中间包用镁质涂料应具备如下性能:(1)具有优良的抗钢水渗透能力和抗渣侵蚀性能,即要求涂料强度高,结构致密；(2)具有良好的施工涂抹性能,便于将涂料涂抹到中间包的包壁上并能达到所要求的厚度,且不脱落、不下垂；同时具有良好的强度,又不降低涂料的高温使用性能；(3)涂抹后的中间包在快速升温烘烤过程中不开裂、不剥落、不坍塌。因此对制备中间包镁质涂料的各种原料及外加剂提出了更高的要求，必须赋予涂料有良好的施工性能与高温使用性能。
中国专利1320577A公开了一种连铸用中间包镁质涂料，其原料由电熔镁砂60～98％，烧结镁砂0～40％，硅微粉1～4％组成，外加少量的三聚磷酸钠、膨润土、纸纤维、Al粉，该涂料具有良好的涂抹性、抗爆裂性、保温性、抗渣侵蚀性能，然而随高效、高质量连铸的不断发展，品种钢所使用的中间包覆盖剂发生了很大变化，已经不是该技术介绍的采用碳化稻壳作为覆盖剂的状况，随着高碱度、低碳、含氟的覆盖剂经常应用，导致中间包渣对耐火材料的侵蚀非常严重，熔损增大，影响了钢水质量，连浇炉数在4～6炉之间徘徊，同时目前连浇炉数要求大幅度提高，要求涂料寿命是原来的2倍左右，因此该技术不能满足现在连铸生产的需求，开发高耐用性的中间包新型镁质涂料势在必行。
现有技术连铸中间包的工作衬用镁质涂抹料，目前以烧结镁砂、电熔镁砂为主要原料，以硅微粉或聚磷酸盐为结合剂，以粘土或膨润土为增塑剂，以纸纤维和一定的外加物作为防爆剂制成；这些外加剂既给涂料带来良好的施工性能，也给涂料带来负面影响，影响到涂料的寿命和熔损速率；比如影响现有中间包镁质涂料使用寿命的因素有：1、涂料中加入纸纤维，会造成涂料吸附大量水份，因为纸纤维的吸水率为自身的5～7倍，从而造成涂抹料气孔率较高，抗侵蚀、抗渗透性能差；特别是在渣线部位，渣的渗透、侵蚀特别严重，从而造成工作层和永久层烧结，造成中间包无法自动翻包，给生产组织带来一定的困难；2、结合剂影响：聚磷酸盐为结合剂除给钢水带来增磷风险外，高连浇炉数下会引起涂层烧结现象严重，使涂料解体困难；另外硅微粉较多会导致高温液相量，抗溶渣侵蚀性能下降；3、增塑剂影响：粘土中杂质量较高，结晶水含量高，会使涂层的耐火度降低；众所周知，中间包涂料中纸纤维、硅微粉或聚磷酸盐、粘土均是中间包涂料良好涂抹性能的保证，同时也影响着涂层低、中、高温强度，烘烤、浇钢时爆裂、料层塌落风险。因此，为提高中间包涂料使用寿命，必须先解决好涂料的施工性和安全风险。
鉴于此，亟待研发一种新的高耐用性的中间包涂料，能够解决制约炼钢连铸高连浇技术的瓶颈-高耐用性不足的问题，保证中间包涂料具备良好的抗侵蚀性、致密性与强度、抗爆裂性以及涂抹性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种高耐用性中间包涂料及其应用，能够解决制约炼钢连铸高连浇技术的瓶颈-高耐用性不足的问题，不仅提高了现有涂料的抗侵蚀性、致密性与强度，同时保证涂料具备良好的抗爆裂性、涂抹性，将中间包涂料的使用效果发挥到极致，满足高效连铸、高品质炼钢的需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的第一方面提供一种高耐用性中间包涂料，包括原料和外加剂；
所述原料包括按质量百分比的以下组分：
镁砂 92～98％；
94级硅微粉 0～1.0％；
铝酸镁结合剂 2.0～7.0％；
所述外加剂占所述原料总质量的2.25～2.55wt％，其中该外加剂由涤纶纤维、水镁石纤维、PVA粉和六偏磷酸钠组成。
优选地，所述镁砂的粒度配比为：按质量百分比计，粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒占27～38％；粒径为小于等于1mm的镁砂细颗粒占30～45％；粒径为小于等于0.088mm的镁砂细粉占20～30％。
优选地，所述铝酸镁结合剂中，MgO的含量≥48wt％，Al2O3的含量≥30wt％。
优选地，所述外加剂中，所述涤纶纤维占所述原料总质量的0.5～1.5wt％；和/或
所述水镁石纤维占所述原料总质量的0.5～1.0wt％；和/或
所述PVA粉占所述原料总质量的0.1～1.0wt％；和/或
所述六偏磷酸钠占所述原料总质量的0.05～0.15wt％。
优选地，所述水镁石纤维中MgO的含量≥65wt％。
优选地，所述水镁石纤维的抗拉强度为892.4～1283.7Mpa。
优选地，在1500℃×3h条件下，渣侵蚀渗透性指数小于55％；气孔率小于26.9％；耐压强度大于28.2Mpa；体积密度大于2.43g/cm3。
本发明的第二方面提供了一种如本发明第一方面提供的高耐用性中间包涂料的应用，所述高耐用性中间包涂料在涂敷时，按质量百分比计外加10～15％的水分。
本发明各组分的配比原则如下：
(1)现有技术中的中间包涂料常用的镁质耐火原料包括电熔镁砂、烧结镁砂、镁橄榄石、镁质耐材回收料等，为了防止钢水增氢、增氧，满足高品质钢水要求，镁橄榄石及镁质耐材回收料不适合本发明技术要求；本发明技术要求镁砂≥92％,作为涂料的主要原料，通过镁砂粗颗粒、镁砂细颗粒、镁砂细粉形式组合加入，具体为镁砂粗颗粒(粒径为1～3mm)：27～38％，镁砂细颗粒(粒径为0～1mm)：30～345％，镁砂细粉(粒径为0～0.088mm)：20～30％，由于本发明技术涂料致密性好、采用了高温性能良好的结合剂，所以镁砂不需要最求太高纯，这样镁质资源利用率更高，成本控制也更为合理。
(2)外加剂中采用涤纶纤维和水镁石纤维：由于纸纤维吸水量大，造成涂料气孔率高、强度下降，使涂料抗侵蚀、抗冲刷性能严重下降；为了保证涂料良好的抗烘烤爆裂性能，本发明技术采用化学有机纤维及矿物纤维搭配复合使用，不用纸纤维；采用涤沦纤维，其吸水量是其自身重量的1～2倍；与纸纤维不同，涤沦系化学有机纤维受热软化的温度低，更易涂层烘烤过程中水汽排出，而且涤纶拉伸强度比纸纤维高，使涂料不易开裂；0.5％～1.5％的加入量可以使达到原先纸纤维的涂料涂抹性能和抗爆裂性；另外引入水镁石纤维引入增加中温强度，预防涂料在中温(400-500℃)及高温(1000-1200℃)烘烤时的塌落；水镁石纤维的吸水率也是自身重量的1～2倍，其微孔结构还具有轻质隔热作用，使涂料排水及保温性能良好，其物理性能要求为化学成份MgO≥65％,抗拉强度：892.4～1283.7Mpa；水镁石纤维的加入量为0.5～1.0％，可有效提高涂料的中温强度，降低涂料烘烤与使用过程中因纸纤维烧失造成涂料强度下降问题，有利于改善镁质涂料的耐冲刷性能，除此之外，水镁石纤维的加入还可有效降低涂料的气孔率，提高其致密性，改善涂料的抗侵蚀渗透性能。
(3)铝酸镁结合剂：现有技术中的中间包镁质涂料通常采用硅微粉产生水合结合，以及采用磷酸盐、硅酸盐化学结合剂，使涂料保持较好的强度，但这些结合剂在高温下会产生低熔物相，不利于涂料的高温性能，造成涂料侵蚀熔损加剧；因此本发明技术改变涂料原有的结合剂系统，引入铝酸镁结合剂，最大程度减少硅微粉、粘土及磷酸盐结合剂用量，加强涂料中、高温强度及耐高温性能；铝酸镁(MgAl2O4)是一种具有尖晶石结构的复合氧化物材料，是在MgO-Al2O3二元体系中唯一一种能够稳定存在的化合物，具有高为熔点、高机械强度、低导热性、低膨胀系数、低介电常数及优良的力学性能，且抗化学侵蚀性能优异，其成分要求为：MgO≥48％；Al2O3≥30％，铝酸镁结合剂的加入量为2～7％，与现有的中间包镁质涂料对比，强度提高20％以上。
(4)PVA粉：本发明的高耐用性镁质涂料在减少粘土等塑性原料后，附着性能变差，涂抹时易塌落需多次补涂，因此引入有机增塑剂提高涂抹性能，采用PVA改善涂料的塑性、附着性，效果明显，而且对涂料烘干强度有作用，当PVA加入量为0.1～1.0％，在常温～150℃间施工性能与原镁质涂料一样好。
通过以上技术措施后，提高了涂料体积密度，降低了施工加水量，施工性能优异；抗烘烤爆裂性能好，烘烤剂使用过程中涂料不开裂；涂料强度提高、耐高温性能提高，增强了涂料的抗渣侵蚀及抗冲刷能力，有利于钢水纯净度提高及中间包的高寿命；经过高连浇炉数使用后，涂料层三层结构(原生层、变质层、烧结层)保持明显，特别有利于使用后翻包解体作业。
本发明的有益效果为：
1.本发明的高耐用性中间包涂料及其应用，能够解决制约炼钢连铸高连浇技术的瓶颈-高耐用性不足的问题，不仅提高了现有涂料的抗侵蚀性、致密性与强度，同时保证涂料具备良好的抗爆裂性、涂抹性，将中间包涂料的使用效果发挥到极致，满足高效连铸、高品质炼钢的需求；
2.本发明从涂料的原料及外加剂入手，全面提高涂料品质，开发出适合高连浇炉数、高品质钢所需要的高耐用性中间包涂料，其涂抹性、防爆裂性、翻包性能良好，抗侵蚀渗透性能优异，满足了高效、高质量连铸的需求，使得60吨连铸中间包品种钢连浇炉数从5.5炉提升至10炉寿命；
3.本发明提高了涂料体积密度，降低了施工加水量，施工性能优异；抗烘烤爆裂性能好，烘烤剂使用过程中涂料不开裂；涂料强度提高、耐高温性能提高，增强了涂料的抗渣侵蚀及抗冲刷能力，有利于钢水纯净度提高及中间包的高寿命；经过高连浇炉数使用后，涂料层三层结构(原生层、变质层、烧结层)保持明显，特别有利于使用后翻包解体作业。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
本发明所提供的高耐用性中间包涂料包括原料和外加剂；其中外加剂占原料总质量的2.25～2.55wt％；
原料包括按质量百分比计的如下成分：
镁砂 92～98％；
94级硅微粉 0～1.0％；
铝酸镁结合剂 2.0～7.0％；
其中镁砂的粒度配比为：按质量百分比计，粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒占27～38％；粒径为0～1mm的镁砂细颗粒占30～45％；粒径为0～0.088mm的镁砂细粉占20～30％。酸镁结合剂中，MgO的含量≥48wt％，Al2O3的含量≥30wt％。
外加剂由涤纶纤维、水镁石纤维、PVA粉和六偏磷酸钠组成，具体的，涤纶纤维占原料总质量的0.5～1.5wt％；水镁石纤维占原料总质量的0.5～1.0wt％；PVA粉占原料总质量的0.1～1.0wt％；六偏磷酸钠占原料总质量的0.05～0.15wt％。其中水镁石纤维中MgO的含量≥65wt％，抗拉强度为892.4～1283.7Mpa。
上述原料和外加剂在高速混炼机中搅拌15min混合均匀即可，称量包装。上述制备的高耐用性中间包涂料在涂敷时，按质量百分比计外加10～15％的水分。
下面结合具体例子进一步对本发明的高耐用性中间包涂料进行说明；
实施例1
本实施例中的高耐用性中间包涂料：原料取粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒27kg，粒径为0～1mm的镁砂细颗粒45kg，粒径为0～0.088mm的镁砂细粉20kg，94级硅微粉1kg，铝酸镁结合剂7kg。外加剂：涤纶纤维1.5kg，水镁石纤维0.5kg，PVA粉0.1kg，六偏磷酸钠0.15kg。以上原料和外加剂于高速混练机中搅拌15分钟混合均匀即成，称量包装。
上述高耐用性中间包涂料在使用时，外加水10～15wt％搅拌成具有可塑性的泥料，涂抹施工在中间包工作层，经过养护、烘烤后可投入连铸生产中，其实际应用中的主要技术指标参见表1；
上述高耐用性中间包涂料在用于60吨中间包时,表征结果如下：(1)该材料涂抹性能好，料层不脱落、不下垂；(2)烘烤不开裂、不剥落、不坍塌；(3)强度高，抗钢水冲刷能力好，不污染钢水；(4)致密性好，材料抗渣侵蚀、渗透性好，寿命长；(5)解体性能好，能实现自动翻包。
实施例2
本实施例中的高耐用性中间包涂料：原料取粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒33kg，粒径为0～1mm的镁砂细颗粒37kg，粒径为0～0.088mm的镁砂细粉25kg，94级硅微粉0.5kg，铝酸镁结合剂4.5kg。外加剂：涤纶纤维1.0kg，水镁石纤维0.7kg，PVA粉0.5kg，六偏磷酸钠0.10kg。以上原料和外加剂于高速混练机中搅拌15分钟混合均匀即成，称量包装。
上述高耐用性中间包涂料在使用时，外加水10～15wt％搅拌成具有可塑性的泥料，涂抹施工在中间包工作层，经过养护、烘烤后可投入连铸生产中，其实际应用中的主要技术指标参见表1；
上述高耐用性中间包涂料在用于60吨中间包时,表征结果如下：(1)该材料涂抹性能好，料层不脱落、不下垂；(2)烘烤不开裂、不剥落、不坍塌；(3)强度高，抗钢水冲刷能力好，不污染钢水；(4)致密性好，材料抗渣侵蚀、渗透性好，寿命长；(5)解体性能好，能实现自动翻包。
实施例3
本实施例中的高耐用性中间包涂料：原料取粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒38kg，粒径为0～1mm的镁砂细颗粒30kg，粒径为0～0.088mm的镁砂细粉30kg，铝酸镁结合剂2kg。外加剂：涤纶纤维0.5kg，水镁石纤维1.0kg，PVA粉1.0kg，六偏磷酸钠0.05kg。以上原料和外加剂于高速混练机中搅拌15分钟混合均匀即成，称量包装。
上述高耐用性中间包涂料在使用时，外加水10～15wt％搅拌成具有可塑性的泥料，涂抹施工在中间包工作层，经过养护、烘烤后可投入连铸生产中，其实际应用中的主要技术指标参见表1；
上述高耐用性中间包涂料在用于60吨中间包时,表征结果如下：(1)该材料涂抹性能好，料层不脱落、不下垂；(2)烘烤不开裂、不剥落、不坍塌；(3)强度高，抗钢水冲刷能力好，不污染钢水；(4)致密性好，材料抗渣侵蚀、渗透性好，寿命长；(5)解体性能好，能实现自动翻包。
表1主要技术指标对比
结合表1所示，在110℃×24h和1500℃×3h条件下，实施例1-3中的体积密度、耐压强度高于现有技术中现场涂料实测值，其中耐压强度远高于现有技术中现场涂料实测值；实施例1-3中的气孔率和渣侵蚀渗透性指数远低于现有现场涂料实测值，由此可见本发明技术产品的致致密性、强度得到加强，抗渣侵蚀、渗透性能有很大提高。
结合实施例1-3以及表1所示，本发明的高耐用性中间包涂料及其应用，能够解决制约炼钢连铸高连浇技术的瓶颈-高耐用性不足的问题，不仅提高了现有涂料的抗侵蚀性、致密性与强度，同时保证涂料具备良好的抗爆裂性、涂抹性，将中间包涂料的使用效果发挥到极致，满足高效连铸、高品质炼钢的需求；本发明从涂料的原料及外加剂入手，全面提高涂料品质，开发出适合高连浇炉数、高品质钢所需要的高耐用性中间包涂料，其涂抹性、防爆裂性、翻包性能良好，抗侵蚀渗透性能优异，满足了高效、高质量连铸的需求，使得60吨连铸中间包品种钢连浇炉数从5.5炉提升至10炉寿命；本发明提高了涂料体积密度，降低了施工加水量，施工性能优异；抗烘烤爆裂性能好，烘烤剂使用过程中涂料不开裂；涂料强度提高、耐高温性能提高，增强了涂料的抗渣侵蚀及抗冲刷能力，有利于钢水纯净度提高及中间包的高寿命；经过高连浇炉数使用后，涂料层三层结构(原生层、变质层、烧结层)保持明显，特别有利于使用后翻包解体作业。
综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种高耐用性中间包涂料，其特征在于，包括原料和外加剂；
所述原料包括按质量百分比的以下组分：
镁砂 92～98％；
94级硅微粉 0～1.0％；
铝酸镁结合剂 2.0～7.0％；
所述外加剂占所述原料总质量的2.25～2.55wt％，其中该外加剂由涤纶纤维、水镁石纤维、PVA粉和六偏磷酸钠组成。
2.如权利要求1所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，所述镁砂的粒度配比为：按质量百分比计，粒径为1～3mm的镁砂粗颗粒占27～38％；粒径为小于等于1mm的镁砂细颗粒占30～45％；粒径为小于等于0.088mm的镁砂细粉占20～30％。
3.如权利要求1所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，所述铝酸镁结合剂中，MgO的含量≥48wt％，Al2O3的含量≥30wt％。
4.如权利要求1所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，所述外加剂中，所述涤纶纤维占所述原料总质量的0.5～1.5wt％；和/或
所述水镁石纤维占所述原料总质量的0.5～1.0wt％；和/或
所述PVA粉占所述原料总质量的0.1～1.0wt％；和/或
所述六偏磷酸钠占所述原料总质量的0.05～0.15wt％。
5.如权利要求4所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，所述水镁石纤维中MgO的含量≥65wt％。
6.如权利要求5所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，所述水镁石纤维的抗拉强度为892.4～1283.7Mpa。
7.如权利要求5所述的高耐用性中间包涂料，其特征在于，在1500℃×3h条件下，渣侵蚀渗透性指数小于55％；气孔率小于26.9％；耐压强度大于28.2Mpa；体积密度大于2.43g/cm3。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的高耐用性中间包涂料的应用，其特征在于，所述高耐用性中间包涂料在涂敷时，按质量百分比计外加10～15％的水分。
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