CN116063085A - 一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖及其制备方法 - Google Patents

一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢包砖技术领域，具体涉及一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：S1：将氧化铝、氧化镁、铝粉和粘结剂混合，得到干混料；S2：向所述干混料中加入水，混合，得到湿混料；S3：将所述湿混料压制成型，加热干燥，得到所述高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖。本发明提出在原位尖晶石耐火材料中加入铝以提高其高温性能。在炼钢温度条件下铝呈液态，可以充入原料颗粒间空隙以及原料颗粒内孔隙，减少尖晶石耐火材料的表观空隙率并迅速与镁砂发生反应，最终产物尖晶石为抗高温熔体侵蚀的有效成分，释放出的镁蒸气是极佳的脱氧、脱硫剂，进入钢液中可以脱除钢中杂质，进一步洁净钢液提高钢品质。

Description

一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖及其制备方法
技术领域
本发明属于钢包砖技术领域，具体涉及一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖及其制备方法。
背景技术
高洁净钢中碳、氧、硫等杂质含量极低，对冶炼用耐火材料要求严格。铝镁尖晶石钢包用耐火材料由于不使用石墨等含碳原料，被认为是冶炼高洁净钢用耐火材料的最佳选择。其中的主要成分尖晶石根据其生成过程分为预制成尖晶石及原位生成尖晶石。预制成尖晶石钢包用耐火材料将预先烧制的尖晶石作为原料与其它原料组分一起混制成浇注料或耐火砖；原位生成尖晶石钢包用耐火材料指以刚玉及镁砂为原料与其它组分一起混制成浇注料或耐火砖，在钢包的高温条件下刚玉与镁砂发生原位反应生成尖晶石。由于原位尖晶石成本低，应用较预制尖晶石广泛。
氧化铝与氧化镁之间发生固相反应生成尖晶石是一个体积膨胀的过程，理论计算膨胀率为16.7％。原位尖晶石由刚玉及镁砂通过固固反应生成，不仅受限于固相内较慢的物质扩散，而且生成的尖晶石相气孔率较高，耐火材料的表观膨胀率较大，易使耐火材料产生裂纹，高温熔体极易通过空隙浸入耐火材料层，使钢包等冶金容器使用寿命缩短，极端情况下使耐火层胀裂，造成停工停产。因此必须控制原位尖晶石耐火砖的线膨胀率使其低于1.5％。虽然加入二氧化硅可以降低其线膨胀率，但酸性的二氧化硅与碱性的镁砂在炼钢温度下形成的低熔点相劣化了其耐高温熔体侵蚀性能。
发明内容
高洁净钢冶炼用原位尖晶石耐火制品包括浇注料及机压砖。相较于浇注料，机压砖具有施工便利、用水量少等优势，是钢包用砖的首选。但机压砖仍存在膨胀率高、气孔率大等问题。降低其膨胀率及气孔率以增强其使用性能、延长其使用寿命是本发明所要解决的问题。
为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
本发明提供一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖的制备方法，包括如下步骤：
S1：将氧化铝、氧化镁、铝粉和粘结剂混合，得到干混料；所述氧化铝和铝粉的质量比为85-95：0.5-5；
S2：向所述干混料中加入水，混合，得到湿混料；
S3：将所述湿混料压制成型，加热干燥，得到所述高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖。
本发明提出在原位尖晶石耐火材料中加入铝以提高其高温性能。在炼钢温度条件下铝呈液态，可以充入原料颗粒间空隙以及原料颗粒内孔隙，减少尖晶石耐火材料的表观空隙率并迅速与镁砂发生如下反应，最终产物尖晶石为抗高温熔体侵蚀的有效成分，释放出的镁蒸气是极佳的脱氧、脱硫剂，进入钢液中可以脱除钢中杂质，进一步洁净钢液提高钢品质。
4MgO+2Al＝MgO.Al2O3+3Mg；
这一反应的进行可以部分抵消由刚玉-镁砂间发生的固固反应生成尖晶石(如下式)而引起的膨胀。
MgO+Al2O3＝MgO.Al2O3；
而且得益于铝与刚玉间润湿这一特性，由铝与镁砂反应生成的尖晶石与刚玉间更易形成牢固的陶瓷结合，既增强了耐火材料的力学性能又减少了空隙率，均有利于提高耐火材料的使用寿命。
优选的，所述步骤S1中，粘结剂包括二氧化硅、氧化铝干溶胶粉、铝酸钙水泥中的一种或多种和木质素磺酸钠。
优选的，所述木质素磺酸钠和氧化铝的质量比为0.1-0.5：85-95。
优选的，所述步骤S1中，氧化铝和氧化镁的质量比为85-95：3-15。
优选的，所述步骤S1中，氧化铝和粘结剂的质量比为85-95：1-8。
优选的，所述步骤S1中，铝粉的粒度小于1mm。
优选的，所述水和氧化铝的质量比为1.5-2.5：85-95。
优选的，所述步骤S3中，加热干燥的温度为110-150℃。
优选的，所述步骤S3中，加热干燥的时间为23-25h。
进一步地，所述步骤S3中，加热干燥的时间为24h。
本发明还提供一种上述的制备方法制备得到的高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.降低炼钢用铝镁尖晶石耐火材料的膨胀率及气孔率，提高其力学及高温耐蚀性能，延长使用寿命。
2.反应生成的镁蒸气可以去除钢液中氧、硫等杂质、进一步净化钢液。
附图说明
图1为本发明高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖的制备流程图。
图2为本发明高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖在抗渣侵蚀评估中的性能测试图。
图3为未加铝的钢包砖在抗渣侵蚀评估中的性能测试图。
图4为钢包砖的性能测试流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝88.5份，氧化镁7.5份，铝粉1份，粘结剂3份，水1.9份，铝粉粒度小于1mm，如表1所示。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。同时测试加铝及为加铝机压砖的各项指标性能作为比较，结果如表2所示。
实施例2
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝86.5份，氧化镁12份，铝粉0.5份，粘结剂1份，水1.5份，铝粉粒度小于1mm。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。
实施例3
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝95份，氧化镁4份，铝粉0.5份，粘结剂0.5份，水1份，铝粉粒度小于1mm。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。
实施例4
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝85份，氧化镁4.5份，铝粉5份，粘结剂5.5份，水1.5份，铝粉粒度小于1mm。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。
实施例5
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝85份，氧化镁5.5份，铝粉1.5份，粘结剂8份，水2.5份，铝粉粒度小于1mm。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。
对比例1
采用刚玉、死烧镁砂、铝粉以及粘结剂为原料，基于优化粒度配比及成分配比称取原料，按重量份计，该产品的成分范围如下：
氧化铝90份，氧化镁7份，粘结剂3份，水1.9份，铝粉粒度小于1mm，如表1所示。
将干料充分搅拌混匀后加入水分湿混。混后均匀后采用压力机压制成型，置于110℃条件下干燥24h。其后将干燥后的机压砖在空气中于1500℃烧制3h，测试其表观密度、气孔率、强度等理化指标。在1600℃温度下进行动态旋转渣侵实验测试其耐渣侵性能。同时测试加铝及为加铝机压砖的各项指标性能作为比较，结果如表2所示。
效果评价1
以下为加铝与未加铝机压砖的性能比较：
表1样品主要成分及添加水量配方表
实施例1(重量份) 对比例1(重量份)
<![CDATA[氧化铝Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]> 88.5 90
氧化镁MgO 7.5 7
铝粉Al 1 -
粘结剂 3 3
添加水量 1.9 1.9
为保证最终氧化铝及氧化镁量相当，在加铝样品中适当地减少了原料氧化铝量、增加了氧化镁量。
表2压制成砖后的理化指标
Figure BDA0004006952770000051
加铝样品经干燥后其性能与未加铝样品相差无几。而铝的添加明显地改善了烧制后的样品性能。
在1600℃、转速1转/分钟的条件下受钢渣冲刷8小时后的样品如图2和图3所示。图2为加铝样品(实施例1)，无裂纹、无破损，侵蚀量为5-6mm；而图3的未加铝样品(对比例1)有明显的横裂纹和纵裂纹发生；未加铝样品的钢渣侵蚀量较加铝样品的侵蚀量多15％左右。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将氧化铝、氧化镁、铝粉和粘结剂混合，得到干混料；所述氧化铝和铝粉的质量比为85-95：0.5-5；
S2：向所述干混料中加入水，混合，得到湿混料；
S3：将所述湿混料压制成型，加热干燥，得到所述高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，粘结剂包括二氧化硅、氧化铝干溶胶粉、铝酸钙水泥中的一种或多种和木质素磺酸钠。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，木质素磺酸钠和氧化铝的质量比为0.1-0.5：85-95。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，氧化铝和氧化镁的质量比为85-95：3-15。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，氧化铝和粘结剂的质量比为85-95：1-8。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，铝粉的粒度小于1mm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水和氧化铝的质量比为1.5-2.5：85-95。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热干燥的温度为110-150℃。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热干燥的时间为23-25h。
10.一种权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的高洁净钢冶炼用原位尖晶石钢包砖。
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