CN115893997A - 一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料及其制备方法，原料为10～25mm棕刚玉10～25份、5～10mm板状刚玉10～25份、3～6mm板状刚玉10～20份、1～3mm板状刚玉10～15份、0～1mm板状刚玉10～20份、0.074mm板状刚玉0～10份、烧结铝镁尖晶石10～15份、1μm活性α‑Al2O3粉2～5份、2.5μm活性α‑Al2O3粉2～5份、4.5μm煅烧α‑Al2O3粉2～5份、6μm煅烧α‑Al2O3粉2～5份、结合剂5～8份、金属铬粉0.5～3份、减水剂0.1～0.2份、防爆纤维0.05～0.1份。本发明高温抗折强度高，抗渣侵蚀性、抗冲击性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及冶金和耐火材料领取，尤其涉及一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料及其制备方法。
背景技术
钢水包用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转炉前承接钢水、炉外精炼、进行连铸浇注作业。钢包在钢铁冶金系统中占有非常重要的地位，钢包的使用寿命直接决定冶炼效率。
钢包用耐火材料由外到内分为隔热层、永久层和工作层。钢包的寿命主要取决于工作层的使用寿命。随着炉外精炼的不断完善，品种钢的种类大幅增加，生产对钢水的洁净度要求越来越严格。在我国钢包工作层耐火材料的发展主要存在三个阶段。第一阶段：上世纪50-70年代主要以粘土砖和高铝砖为主。第二阶段：上世纪80年代主要以铝镁不烧砖、铝镁碳砖、镁碳砖等。第三阶段：目前在提高钢水品种的需求下，钢包工作层耐材逐步由含碳向无碳转变，由定型向不定型转变。
目前钢包工作层主要由包底、包壁和渣线组成。渣线部分依然使用镁碳砖等含碳耐火材料。包底和包壁可以采用不定型浇注料和浇注料预制块，但浇注料预制块生产过程繁琐复杂，生产周期长。从经济、省力、能源消耗等方面考虑，浇注料施工成为钢包施工最简单、便捷、降低能源消耗的有效方法。目前钢包工作层用耐火材料已向全不定型发展。
随着现代冶金工业的发展，钢包的冶炼条件越来越苛刻。目前的钢包工作层浇注料在钢厂实际使用过程中，仍存在以下缺陷：1.包底工作层浇注料冲击区因转炉出钢水时冲击频繁，在使用过程中出现凹坑。2.包壁工作层浇注料的迎钢面因转炉出钢水时冲击频繁，在使用过程中工作层厚度快速变薄。3.包壁工作层浇注料的倒渣面因钢水中渣液的侵蚀，导致工作层厚度变薄。4.因品种钢的特殊要求，吹氩时间加长，强度加大。吹氩起搅动钢水对钢包工作层的冲刷，靠近透气砖一侧的包壁工作层在使用过程中快速变薄。综合以上原因导致浇注料钢包的寿命普遍偏低的问题依然存在。
本发明提供了一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料及其制备方法，目的是提供一种高温抗折强度高，抗渣侵蚀性、抗冲击性能优异的钢包工作层浇注料。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，是由下述重量份数的原料制备而成：10～25mm棕刚玉10～25份、5～10mm板状刚玉10～25份、3～6mm板状刚玉10～20份、1～3mm板状刚玉10～15份、0～1mm板状刚玉10～20份、0.074mm板状刚玉0～10份、0.074mm烧结铝镁尖晶石10～15份、1μm活性α-Al2O3微粉2～5份、2.5μm活性α-Al2O3微粉2～5份、4.5μm煅烧α-Al2O3微粉2～5份、6μm煅烧α-Al2O3微粉2～5份、结合剂5～8份、金属铬粉0.5～3份、减水剂0.1～0.2份、防爆纤维0.05～0.1份。
所述的棕刚玉中Al2O3含量＞99wt％、Si02含量＜0.2wt％；所述板状刚玉中Al2O3含量＞99wt％、Si02含量＜0.2wt％。
所述的烧结铝镁尖晶石，其中Al2O3含量为76％～78％，MgO含量为18％～22％。
所述的活性α-Al2O3微粉和煅烧α-Al2O3微粉中Al2O3含量＞99wt％。
所述的结合剂为纯铝酸钙水泥，其中Al2O3含量＞70wt％，CaO含量：20wt％～23wt％。
所述的金属铬粉中Cr含量＞99wt％；粒径为0.074mm。
所述减水剂为FS10。
所述防爆纤维，熔点＜105℃，长度：2～4mm。
所述浇注料1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为10％～15％，渗透指数为18％～25％；1400℃*30min热态下抗折强度为25～35Mpa。
一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料的制备方法，方法包括：
1)称量：按照各种原料的重量份数和配料总量，进行各种原料的称量，称好的原料待混料；
2)混料：将称好的原料中的颗粒料倒入预混机，混料3min以上，然后倒入称好的粉料、添加剂和防爆纤维，再混料5min以上，然后出料装入吨袋，完成包装；
3)施工：将混好的钢包工作层浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的3.5～4.5份数加入清水，然后再搅拌5min以上，出料后投入预先装好得模具中，浇注料振动成型，在110℃条件下保温24小时，脱模，即得钢包工作层浇注料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明引入金属铬粉，均匀分布在浇注料中。高温下一部分金属铬粉发生氧化反应生成Cr203均匀的分布在浇注料表层，Cr203在耐火材料中可以起到改善熔渣对耐火材料的润湿性，间接提高熔渣的黏度。熔渣黏度提高后会降低对耐火材料的渗透和侵蚀，这样便可以提高耐火材料抵抗熔渣侵蚀的能力。
2)本发明引入金属铬粉，均匀分布在浇注料中。在钢包使用温度1500～1600℃情况下浇注料表层与钢水和空气接触的一小部分金属铬粉发生氧化反应生成Cr203均匀的分布在浇注料中，Cr203的熔点极高，在2265-2330℃范围内。浇注料表层均匀分布的Cr203层能有效的阻止熔渣对浇注料内部的进一步渗透和侵蚀，降低了熔渣对浇注料的侵蚀指数(％)和渗透指数(％)。同时在钢包使用温度1500～1600℃情况下，浇注料内部基质均匀分布的金属铬粉因其金属的特性会在高温下与氧化铝微粉形成的氧化铝陶瓷相结合，使氧化铝陶瓷金属化，在氧化铝陶瓷表面及内部牢固地粘附一层金属薄膜，使之实现陶瓷和金属间的焊接，形成氧化铝-金属陶瓷结构中的氧化铝-铬金属陶瓷结构。在高温状态下氧化铝-铬金属陶瓷比氧化铝陶瓷有更好的结合强度，能提高浇注料在高温使用下的热态强度，提高1400℃*30min热态抗折强度(Mpa)。氧化铝-金属陶瓷比氧化铝陶瓷更加致密，从而提高了钢包工作层浇注料的抗冲击，抗冲刷和熔渣侵蚀的性能。
3)本发明优化骨料粒度组成及优化氧化铝微粉的组成及粒径分布，采用4级粒径搭配氧化铝微粉，氧化铝微粉采取活性和煅烧2种组成，并在1-6μm粒径范围梯度分布，不同于现有技术的钢包工作层浇注料只采取1-2种氧化铝微粉2.5-5μm粒径范围的组成及粒径分布。氧化铝微粉存在活性会在1200℃后产生烧结的作用，使浇注料在高温下更更加致密。现有技术的钢包工作层浇注料只采取1-2种氧化铝微粉2.5-5μm粒径范围的组成及粒径分布，在钢包使用温度1500～1600℃下，只起到单一的烧结作用。优化后的氧化铝微粉因多种组成及范围更广泛的粒径分布，引入粒径更细和活性更高的高活性氧化铝超细微粉1μm，同时对氧化铝微粉粒径进行优化分布，多种氧化铝微粉粒径的组合使氧化铝微粉有着范围更广泛的粒径分布，在钢包使用温度1500～1600℃下，因其引入高活性氧化铝超细微粉和氧化铝微粉广泛的粒径分布，会促进和增强氧化铝微粉的烧结反应，形成特种耐火材料氧化铝陶瓷结合，形成氧化铝陶瓷结构。在高温状态下，氧化铝陶瓷结构比氧化铝微粉单一的烧结作用有更好的结合强度，能提高浇注料在高温使用下的热态强度，提高了1400℃*30min热态下的抗折强度。在钢包使用温度1500～1600℃下，氧化铝陶瓷结合使浇注料更加致密，进一步降低了熔渣通过浇注料气孔通道的侵蚀。从而提高了钢包工作层浇注料的抗冲击，抗冲刷和熔渣侵蚀性能。
4)本发明制备的钢包工作层浇注料经检测：1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为7％-10％，渗透指数为12-15％。现有技术钢包工作层浇注料：1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为15％-20％，渗透指数为25％-30％。
5)本发明制备的钢包工作层浇注料经检测：1400℃*30min热态下抗折强度：25-35Mpa。现有技术钢包工作层浇注料：1400℃*30min热态下抗折强度：10-15Mpa。
6)因此，本发明的钢包工作层浇注料对比现有技术的钢包工作层浇注料，具有抗冲击、抗冲刷、耐渣侵蚀的优异特点。所制得钢包工作层浇注料在湖南华菱涟源某100吨钢包进行实际应用平均寿命120次，现有技术方案的钢包工作层浇注料平均使用寿命在95次，寿命明显高于现有技术方案的钢包工作层浇注料。提高了钢包使率，降低了钢包的平均成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1-3的组分及配比见表1，实施例1-3成品浇注料的性能见表2。
表1：实施例1-3的组分及配比
实施例1-3制备方法如下：
1)称量：按照各种原料的重量份数和配料总量，进行各种原料的称量，称好的原料待混料；
2)混料：将称好的原料中的颗粒料倒入预混机，混料3min以上，然后倒入称好的粉料、添加剂和防爆纤维，再混料5min以上，然后出料装入吨袋，完成包装；
3)施工：将混好的钢包工作层浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的3.5～4.5份数加入清水，然后再搅拌5min以上，出料后投入预先装好得模具中，浇注料振动成型，在110℃条件下保温24小时，脱模，即得钢包工作层浇注料。
表2：实施例1-3成品浇注料的性能检验
| 检验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数(％) | 10 | 8 | 7 |
| 1600℃静态坩埚法抗渣实验渗透指数(％) | 15 | 13 | 12 |
| 1400℃*30min热态下抗折强度(MPa) | 25 | 28 | 35 |
实施例4：
选择上述实施例3的组分配比在湖南华菱涟源某100吨钢包进行实际应用试验。其各组份、称量、混料均按实施例3的组份、称量、混料进行。
包底施工：将混好的钢包工作层浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的3.5-4.5重量份数加入清水，然后再搅拌5min以上，出料后投入钢包包底，待工作层浇注料摊铺均匀后，使用震动棒进行振动成型，浇注完毕后自然放置18-24h，目的使钢包工作层浇注料形成强度。
包壁施工：钢包包底自然放置18-24h形成强度后，将钢包包壁模具安装在钢包内。将混好的钢包工作层浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的3.5-4.5重量份数加入清水，然后再搅拌5min以上，出料后均匀投入钢包永久层与包壁模具的空间，同时使用包壁模具侧壁震动电机和震动棒进行振动成型。浇注料完毕后自然放置18-24h，目的使钢包工作层浇注料形成强度。
渣线和包沿砖施工：包壁料浇完毕后自然放置18-24h，目的使钢包工作层浇注料形成强度后，将包壁模具移除，然后将渣线砖和包沿砖按层数、位置的要求砌筑在钢包工作层浇注料上。
罐沿施工：将钢包罐沿模具安装好。将混好的钢包罐沿浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的5.5-6.5份数加入清水，然后再搅拌3min，出料后均匀投入钢包永久层与罐沿模具的空间，同时使用震动棒进行振动成型。浇注料完毕后自然放置5h，目的使罐沿浇注料形成强度。
烘烤：浇注料完毕后自然放置5h，罐沿浇注料形成强度后移除罐沿模具后进行烘烤。根据钢厂烘烤的火焰长度分为小火24小时-中火24小时-大火24小时，共计72小时后上线使用。
本实施例所制得钢包工作层浇注料在湖南华菱涟源某100吨钢包进行实际应用寿命在110-130次，平均使用寿命120次。现有技术方案的钢包工作层浇注料使用寿命在90-110次，平均使用寿命95次。寿命明显高于现有技术方案的钢包工作层浇注料。
Claims (10)
1.一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，是由下述重量份数的原料制备而成：10～25mm棕刚玉10～25份、5～10mm板状刚玉10～25份、3～6mm板状刚玉10～20份、1～3mm板状刚玉10～15份、0～1mm板状刚玉10～20份、0.074mm板状刚玉0～10份、0.074mm烧结铝镁尖晶石10～15份、1μm活性α-Al2O3微粉2～5份、2.5μm活性α-Al2O3微粉2～5份、4.5μm煅烧α-Al2O3微粉2～5份、6μm煅烧α-Al2O3微粉2～5份、结合剂5～8份、金属铬粉0.5～3份、减水剂0.1～0.2份、防爆纤维0.05～0.1份。
2.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述的棕刚玉中Al2O3含量＞99wt％、Si02含量＜0.2wt％；所述板状刚玉中Al2O3含量＞99wt％、Si02含量＜0.2wt％。
3.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述的烧结铝镁尖晶石，其中Al2O3含量为76％～78％，MgO含量为18％～22％。
4.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述的活性α-Al2O3微粉和煅烧α-Al2O3微粉中Al2O3含量＞99wt％。
5.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述的结合剂为纯铝酸钙水泥，其中Al2O3含量＞70wt％，CaO含量：20wt％～23wt％。
6.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述的金属铬粉中Cr含量＞99wt％；粒径为0.074mm。
7.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述减水剂为FS10。
8.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述防爆纤维，熔点＜105℃，长度：2～4mm。
9.根据权利要求1所述的一种耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料，其特征在于，所述浇注料1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为10％～15％，渗透指数为18％～25％；1400℃*30min热态下抗折强度为25～35Mpa。
10.一种如权利要求1所述的耐侵蚀抗冲击的钢包工作层浇注料的制备方法，其特征在于，方法包括：
1)混料：将颗粒料倒入预混机，混料3min以上，然后倒入粉料、添加剂和防爆纤维，再混料5min以上，然后出料；
2)施工：将混好的钢包工作层浇注料投入湿混搅拌机内，搅拌2min以上，按料重的3.5～4.5份数加入清水，然后再搅拌5min以上，出料后投入预先装好得模具中，浇注料振动成型，在110℃条件下保温24小时，脱模，即得钢包工作层浇注料。
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