CN116283316A - 一种铬刚玉浇注料及制备方法与在钢包上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铬刚玉浇注料及制备方法与在钢包上的应用，属于浇注料技术领域。其由颗粒骨料和细粉料组成，外加占颗粒骨料和细粉料总质量0.5～3％的有机分散剂；所述颗粒骨料包含有相对于浇注料总质量为30～40％的铬刚玉颗粒、30～35％的矾土颗粒和3～5％的镁砂颗粒；所述细粉料包含有相对于浇注料总质量为15～20％的刚玉细粉、3～5％的镁砂细粉、2～4％的刚玉微粉、2～4％的硅微粉以及0.03～0.2％的金属钛粉。实现废物再生利用降低成本，同时又能达到钢厂技术指标要求，具有显著地社会效益和经济效益。

Description

一种铬刚玉浇注料及制备方法与在钢包上的应用

技术领域

本发明属于浇注料技术领域，更具体地说，涉及一种铬刚玉浇注料及制备方法与在钢包上的应用。

背景技术

钢包底座砖和包底砖在砌筑过程中，砖与砖之间会存在缝隙，一般需要用浇注料进行填缝，从而避免发生漏料等问题。目前常用刚玉浇注料进行填缝，然而刚玉浇注料所使用的板状刚玉、白刚玉等原材料价格高，造成较大资源浪费。例如公开号为CN106083110A公开了一种高强度钢包内衬浇注料，其中使用均化矾土，均匀的矾土是用高铝矾土为主要原料，通过均化工艺和适当高温煅烧，从而达到结构、性能和质量稳定。虽然均化矾土化学成分机矿物组成相对稳定，但是在生产过程中引入高温煅烧，增加能耗和二氧化碳排放，在要求级别不高的浇注料中采用这种原料，会造成资源浪费。

此外，专利文献1：公开号为CN1513802A公开了一种由刚玉和铝铬渣制备的耐火浇注料，它由4～75％(重量百分比)的工业铝铬渣和96～25％(重量百分比)的刚玉或铝硅质料以及上述物料总重0.5～12％(重量百分比)的结合剂配制而成；公开号为CN102260084A公开了一种刚玉耐火浇注料，采用刚玉颗粒和细分、氧化铝微粉、纳米氧化锌为主要原料，主要是利用纳米氧化锌粉体粒度小，高温活性高等特点改善刚玉浇注料的结构。

再如，专利文献2：公开号为CN111004041A公开了一种以铝铬渣为主料的钢包包底浇注料，它采用包括以下质量分数的原料制成：铝铬渣：50％～60％，白刚玉：30％～40％，电熔镁砂：2％～8％，纯铝酸钙水泥：4％～10％，α～氧化铝微粉：2％～11％，三聚磷酸钠：0.06％～0.1％，金属铝粉：0.03％～0.1％，有机纤维：0.06％～0.3％。

为达到与钢包同寿命，并满足材料低碳环保节能的要求，对钢包的浇注料提出了更高使用要求。尤其是浇注料的高温抗折性能，通过对上述的公开浇注料测试，1400℃高温抗折强度在6.0-10Mpa之间，无法满足目前高温抗折强度14Mpa以上的要求。

发明内容

1.要解决的问题

针对上述的问题，本发明提供一种铬刚玉浇注料，提高浇注料的高温抗折性能。

本发明的另一目的是提供一种铬刚玉浇注料的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种铬刚玉浇注料在钢包上的应用。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的铬刚玉浇注料，其由颗粒骨料和细粉料组成，外加占颗粒骨料和细粉料总质量0.5～3％的有机分散剂；所述颗粒骨料包含有相对于浇注料总质量为30～40％的铬刚玉颗粒、30～35％的矾土颗粒和3～5％的镁砂颗粒；所述细粉料包含有相对于浇注料总质量为15～20％的刚玉细粉、3～5％的镁砂细粉、2～4％的刚玉微粉、2～4％的硅微粉以及0.03～0.2％的金属钛粉。

其中浇注料中有机分散剂的含有量X1、硅微粉的含有量X2、金属钛粉的含有量X3的情况下，限定有机分散剂、金属钛粉的含有量，以满足1.50≤{X2-1.1(X1+X3)}≤3.0，

{X2-1.1(X1+X3)}是影响浇注料的高温抗折强度数值。

本发明中铬刚玉由于是氧化铝与氧化铬的固溶体，既具备氧化铝材料的良好的热震性能，也具备氧化铬材料的优异的抗侵蚀性能，且因为是工业过程经过二次加工后生产的固废物，引起固溶体存在，不会产生铬污染。

于本发明的一种可能的实施方式，所述有机分散剂可为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠为主的分散剂中的一种或复合。有机分散剂能够减少浇注料混料时水的加入量，金属硅粉在加入浇注料中，与水不易结合，有机分散剂的使用使得水的含量减少，利于金属硅粉在浇注料更大限度发挥防氧化的作用。

于本发明的一种可能的实施方式，所述铬刚玉颗粒粒径分布：3～1mm铬刚玉20％、1～0mm铬刚玉15％；所述矾土颗粒主要为氧化铝含量在88％以上特优矾土，其主要作用形成浇注料结构骨架；所述镁砂颗粒为大结晶镁砂颗粒，镁含量在97％以上，粒径1～0mm。

于本发明的一种可能的实施方式，所述刚玉细粉可以为板状刚玉细粉，粒径240目，其主要作用支撑浇注料高温性能。

于本发明的一种可能的实施方式，所述镁砂细粉为1000目左右的轻烧氧化镁细粉，其主要作用为强化基质结合作用，促进颗粒与基质间缝隙的填充，同时能提高浇注料流动性，且促进烧结。

于本发明的一种可能的实施方式，所述刚玉微粉为一种粒径在2μm的刚玉尖晶石微粉，其主要作用借助微粉活性，改善并提高浇注料高温性能。

于本发明的一种可能的实施方式，所述的硅微粉为硅含量在95％及以上，其主要作用，形成镁硅水结合体系，增强浇注料中低温强度。

于本发明的一种可能的实施方式，所述金属钛粉为325目，钛含量在95％及以上，其主要作用，在1400℃高温下，与铬刚玉形成铬钛固溶体，形成紧密的网状结构，提升材料高温抗折性能，有利于高温抗折强度在14Mpa以上。

本发明的铬刚玉浇注料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101：细粉料制备：按质量百分比将刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉以及金属钛粉混合均匀制得细粉料；

步骤S102：颗粒骨料配料：按质量百分比将铬刚玉颗粒、矾土颗粒和镁砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混3～5分钟，然后缓慢加入有机分散剂，最后加入细粉料，混合35～40分钟后得到混合料。

将上述的铬刚玉浇注料用在钢包上，与钢包其他材料达到同寿命，减少资源的浪费。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明利用铬刚玉生产耐火材料制品，实现废物再生利用降低成本，同时又能达到钢厂技术指标要求，具有显著地社会效益和经济效益；

(2)本发明引用工业固废铝铬渣(主要成分为铬刚玉)等(用炉外冶炼制备金属铬或铬合金时产生的废弃物，通常称为铝铬渣)作为替代板状刚玉和白刚玉的原料；铬刚玉(铝铬渣)成本低，也可以使废料得到充分利用，起到固废的综合利用并减少环境负担；在引入铝铬渣的同时；引入金属钛粉与铝铬渣反应，极大提高浇注料的高温抗折性能。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为实施例1的SEM图；

图2为实施例2的SEM图；

图3为实施例2的XRD图。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

本发明使用低价位的铬刚玉和工业固废铝铬渣，使得铬刚玉浇注料性能达到刚玉浇注料的要求，强度高、抗渣侵蚀，抗热震性能良好，与钢包其他材料达到同寿命，减少资源的浪费。下面举例来说明本发明的实施及特点，但不限于本发明。为充分说明本发明的特点，实施例给出了相对应的对比样。

本发明的铬刚玉浇注料由颗粒骨料和细粉料组成，外加占颗粒骨料和细粉料总质量0.5～3％的有机分散剂；所述颗粒骨料包含有相对于浇注料总质量为30～40％的铬刚玉颗粒、30～35％的矾土颗粒和3～5％的镁砂颗粒；所述细粉料包含有相对于浇注料总质量为15～20％的刚玉细粉、3～5％的镁砂细粉、2～4％的刚玉微粉、2～4％的硅微粉以及0.03～0.2％的金属钛粉。本发明使用的原料和试剂，如无特殊说明，例如铬刚玉颗粒、矾土颗粒、镁砂颗粒、刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉、金属钛粉均由市售商业途径购买得到。

在浇注料中有机分散剂的含有量X1、硅微粉的含有量X2、金属钛粉的含有量X3的情况下，限定有机分散剂、金属钛粉的含有量，以满足1.5≤{X2-1.1(X1+X3)}≤3.0，{X2-1.1(X1+X3)}是影响浇注料的高温抗折强度数值。这里的高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力，表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。

具体的分析上述组分对提升高温抗折强度的作用：

1)有机分散剂：虽然有机分散剂主要是起到均化作用，但是同时起到包覆铬刚玉颗粒，通过购买的市售产品发现，铬刚玉颗粒表面存在一定的裸露现象(部分的反应颗粒由于外力作用暴露)，有机分散剂粘附在这些裸露的表面，可尽可能的将金属钛粉与这些铬刚玉颗粒粘附在一起，缩短空间距离，促进反应的快速进行，生成铬钛固溶体包覆在铬刚玉颗粒，从而保证大部分的铬刚玉颗粒作为骨料增强浇注料的强度；但过量的有机分散剂却会造成浇注料高温不稳定，易造成开裂。

2)金属钛粉：引入的金属钛粉可以与少量的铝铬渣反应，例如生成形成铬钛固溶体，可以提高浇注料的高温抗折性能；但过多的金属钛粉反应不完全，金属钛会存在与晶格间隙或者空格中，导致浇注料的强度下降。

此外，通过大量的试验分析，发明人还惊奇的发现，其中的铬刚玉颗粒还可以采用微量酸处理，采用的酸包括5％质量浓度的盐酸、1％质量浓度的硫酸等，可以使得铬刚玉颗粒表面，尤其是裸露的氧化铝颗粒，少量的酸与氧化铝颗粒反应生成偏铝酸等，可以进一步包裹住大部分的铬刚玉颗粒，避免浇注料强度的降低。对此现象，发明人是在以下实施例1-3的基础上完成的，相应的浇注料的测试数据相比实施例1-3的数据提升1-2％左右，具体的过程不在赘述。

本发明中铬刚玉由于是氧化铝与氧化铬的固溶体，既具备氧化铝材料的良好的热震性能，也具备氧化铬材料的优异的抗侵蚀性能，且因为是工业过程经过二次加工后生产的固废物，引起固溶体存在，不会产生铬污染。

其中，所述有机分散剂可为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠为主的分散剂中的一种或复合。有机分散剂能够减少浇注料混料时水的加入量，金属硅粉在加入浇注料中，与水不易结合，有机分散剂的使用使得水的含量减少，利于金属硅粉在浇注料更大限度发挥防氧化的作用。

其中，所述铬刚玉颗粒粒径分布：3～1mm铬刚玉20％、1～0mm铬刚玉15％；所述矾土颗粒主要为氧化铝含量在88％以上特优矾土，其主要作用形成浇注料结构骨架；所述镁砂颗粒为大结晶镁砂颗粒，镁含量在97％以上，粒径1～0mm。

其中，所述刚玉细粉可以为板状刚玉细粉，粒径240目，其主要作用支撑浇注料高温性能。

其中，所述镁砂细粉为1000目左右的轻烧氧化镁细粉，其主要作用为强化基质结合作用，促进颗粒与基质间缝隙的填充，同时能提高浇注料流动性，且促进烧结。

其中，所述刚玉微粉为一种粒径在2μm的刚玉尖晶石微粉，其主要作用借助微粉活性，改善并提高浇注料高温性能。

其中，所述的硅微粉为硅含量在95％及以上，其主要作用形成镁硅水结合体系，增强浇注料中低温强度。

其中，所述金属钛粉为325目，钛含量在95％及以上，其主要作用，在1400℃高温下，与铬刚玉形成铬钛固溶体，形成紧密的网状结构，提升材料高温抗折性能，有利于高温抗折强度在14Mpa以上。

实施例1

本实施例的主料各组分配比为：3～1mm铬刚玉(铝铬渣)20％，1～0mm铬刚玉(铝铬渣)15％，8～5mm矾土15％，5～3mm矾土15％，1～0mm镁砂颗粒5％，1000目轻烧氧化镁砂细粉5％，240目刚玉细粉18％，刚玉尖晶石微粉3％，硅微粉2.5％，350目金属钛粉0.06％，三聚磷酸钠0.5％，聚丙烯酸钠1％。

在浇注料中三聚磷酸钠的含有量0.5％、硅微粉的含有量2.5％、金属钛粉的含有量0.06％的情况下，限定三聚磷酸钠、金属钛粉的含有量，得到2.5-1.1*(0.5+0.06)＝1.884，{X2-1.1(X1+X3)}是影响浇注料的高温抗折强度数值。这里的高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力，表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。

对上述的浇注料进行检测，如图1所示，显示了浇注料的组织结构。

本实施例的铬刚玉浇注料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101：细粉料制备：按质量百分比将刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉以及金属钛粉混合均匀制得细粉料；

步骤S102：颗粒骨料配料：按质量百分比将铬刚玉颗粒、矾土颗粒和镁砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混3分钟，然后缓慢加入三聚磷酸钠+聚丙烯酸钠，最后加入细粉料，混合35分钟后得到混合料。

实施例2

主料各组分配比为：3～1mm铬刚玉(铝铬渣)20％，1～0mm铬刚玉(铝铬渣)20％，8～5mm矾土15％，5～3mm矾土15％，1～0mm镁砂颗粒3％，1000目轻烧氧化镁砂细粉3％，240目刚玉细粉17％，刚玉尖晶石微粉3％，硅微粉3.5％，350目金属钛粉0.07％，聚丙烯酸钠0.5％。

在浇注料中聚丙烯酸钠的含有量0.5％、硅微粉的含有量3.5％、金属钛粉的含有量0.07％的情况下，限定聚丙烯酸钠、金属钛粉的含有量，得到3.5-1.1*(0.5+0.07)＝2.873，{X2-1.1(X1+X3)}是影响浇注料的高温抗折强度数值。这里的高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力，表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。

对上述的浇注料进行检测，如图2和图3所示，显示了浇注料的组织结构和组分。

本实施例的铬刚玉浇注料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101：细粉料制备：按质量百分比将刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉以及金属钛粉混合均匀制得细粉料；

步骤S102：颗粒骨料配料：按质量百分比将铬刚玉颗粒、矾土颗粒和镁砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混5分钟，然后缓慢加入聚丙烯酸钠，最后加入细粉料，混合40分钟后得到混合料。

实施例3

主料各组分配比为：3～1mm铬刚玉(铝铬渣)15％，1～0mm铬刚玉(铝铬渣)15％，8～5mm矾土15％，5～3mm矾土15％，1～0mm镁砂颗粒8％，1000目轻烧氧化镁砂细粉5％，200目刚玉细粉20％，刚玉尖晶石微粉2％，硅微粉4％，350目金属钛粉0.08％，三聚磷酸钠1％。

在浇注料中三聚磷酸钠的含有量1％、硅微粉的含有量4％、金属钛粉的含有量0.08％的情况下，限定三聚磷酸钠、金属钛粉的含有量，得到4-1.1*(1+0.08)＝2.812，{X2-1.1(X1+X3)}是影响浇注料的高温抗折强度数值。这里的高温抗折强度是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力，表征材料在高温下抵抗弯矩的能力。

本实施例的铬刚玉浇注料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101：细粉料制备：按质量百分比将刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉以及金属钛粉混合均匀制得细粉料；

步骤S102：颗粒骨料配料：按质量百分比将铬刚玉颗粒、矾土颗粒和镁砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混4分钟，然后缓慢加入三聚磷酸钠，最后加入细粉料，混合38分钟后得到混合料。

对上述的得到的浇注料进行使用和性能测试对比表，参数如下表：

Claims (9)

1.一种铬刚玉浇注料，其特征在于，其由颗粒骨料和细粉料组成，外加占颗粒骨料和细粉料总质量0.5～3％的有机分散剂；

所述颗粒骨料包含有相对于浇注料总质量为30～40％的铬刚玉颗粒、30～35％的矾土颗粒和3～5％的镁砂颗粒；

所述细粉料包含有相对于浇注料总质量为15～20％的刚玉细粉、3～5％的镁砂细粉、2～4％的刚玉微粉、2～4％的硅微粉以及0.03～0.2％的金属钛粉；

其中浇注料中有机分散剂的含有量X1、硅微粉的含有量X2、金属钛粉的含有量X3的情况下，且满足1.50≤{X2-1.1(X1+X3)}≤3.0。

2.根据权利要求1所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述有机分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠为主的分散剂中的一种或复合。

3.根据权利要求2所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述铬刚玉颗粒粒径分布：3～1mm铬刚玉20％、1～0mm铬刚玉15％；所述矾土颗粒主要为氧化铝含量在88％以上特优矾土，8～5mm矾土颗粒15％、5～3mm矾土颗粒10％；所述镁砂颗粒为1～0mm大结晶镁砂颗粒，镁含量在97％以上。

4.根据权利要求3所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述刚玉细粉为240目板状刚玉细粉；所述镁砂细粉为1000目的轻烧氧化镁细粉。

5.根据权利要求4所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述刚玉微粉为粒径2μm的刚玉尖晶石微粉。

6.根据权利要求1～5任一项所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述硅微粉为硅含量在95％及以上。

7.根据权利要求6所述的铬刚玉浇注料，其特征在于，所述金属钛粉为325目，钛含量在95％及以上。

8.一种权利要求1～7任一项所述铬刚玉浇注料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S101：细粉料制备：按质量百分比将刚玉细粉、镁砂细粉、刚玉微粉、硅微粉以及金属钛粉混合均匀制得细粉料；

步骤S102：颗粒骨料配料：按质量百分比将铬刚玉颗粒、矾土颗粒和镁砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用湿碾机干混3～5分钟，然后缓慢加入有机分散剂，最后加入细粉料，混合35～40分钟后得到混合料。

9.一种权利要求1～7任一项所述的铬刚玉浇注料在钢包上的应用。

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