CN1167528C - 连铸中间包用挡渣堰板 - Google Patents

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Abstract

一种适用于炼钢中连铸中间包用的挡渣堰板，由以氧化镁为基料的耐火材料浇注成型，浇注料的主材由92-98%(重量百分比)的镁质耐火材料和2-8%(重量百分比)的二氧化硅微粉组成，外加分散剂聚合磷酸盐，其含量为浇注料主材重量的0.05-1%，以微粉结合的挡渣镁质堰板，既能承受中间包使用的高温，又具有很强的耐用性，特别是在用作三重堰时更能体现出其抗侵蚀、抗冲刷的耐用性，同时也解决了镁质耐材的水化问题，其不仅在配套氧化钙过滤器组装时体现出方便性，而且带入钢水的氧含量低，对钢液污染小，完全符合冶炼纯净钢、超纯净钢时连铸中间包用的挡渣堰板要求。

Description

连铸中间包用挡渣堰板
技术领域
本发明涉及一种以氧化镁为基料的耐火材料，尤其适用于炼钢中连铸中间包用的挡渣堰板。
技术背景
理论研究和钢铁企业的生产实践表明，钢包中含氧化铁、氧化锰和氧化硅的炉渣从钢包流入中间包以后，会造成钢水中铝和钛等易氧化合金元素的烧损，并产生氧化铝夹杂物，影响钢水的纯净度。为生产出纯净钢，连铸过程行之有效的方法之一是采用中间包纯净化技术，即以中间包中安装氧化钙过滤器、设置挡渣堰板应用最为广泛。中间包用挡渣堰板的作用在于改进钢水的流动场，流动场的改善能促使钢中的夹杂物上浮，同时阻隔冲击区钢包下渣及耐材浸蚀产生的夹杂，也可改善钢水的内部质量。最初的中间包堰板是由镁质或硅质绝热板充当，其以树脂有机结合或以硫酸、磷酸盐无机结合，经机压成型，绝热板整体体积小，为轻质平板，其耐温性、抗钢水冲刷力均较差，在越来越大容量的中间包连铸生产中，绝热板逐渐被改型成重质、大体积、非机压成型、结构复杂的堰板。目前广泛得到使用的中间包堰板一般为高铝质板，由于其具备耐高温性能、耐冲刷性能，因而满足中间包的使用要求，适合多炉连铸。在钢产量持续上升、连铸比不断提高的前提下，高铝质堰板受材质限制，强度不是很高，这将影响其耐钢水冲刷能力，若采用增加结合剂以提高强度，又会导致耐温性下降，因此，传统高铝质堰板的耐用性受到限制，一般在5连铸左右；高铝质堰板受其材质限制的另一个结果是，其抗渣浸蚀能力无法进一步提高。尽管如此，高铝质堰板相对于耐温性、耐用性、耐水化性均较差的绝热板来说，于多炉连铸中占有绝对优势，因此得到普遍采用。设置堰板的目的主要是为了净化钢水，传统的高铝质堰板对去除钢液中的夹杂物有一定的效果，但其带入钢液的氧含量较高，达不到使钢液中的五大元素低于80ppm，平均T[O]低于17.5ppm的超纯净钢水平，故高铝质堰板对冶炼纯净钢、超纯净钢不利，另外，高铝质堰板与冶炼精品钢材时所使用的氧化钙质过滤器不能直接配套砌筑，需借助镁砖衬垫，存在较大的不便性，在冶炼纯净钢、超纯净钢的连铸工艺中，随着中间包耐材的碱性化，高铝质堰板将日趋淘汰，由碱性耐材制得的堰板替换，最具代表性的是技术已臻完善的镁质堰板，其以氧化镁为基料，镁质水泥或聚磷酸盐作结合剂，以化学方式结合，反应机理如下(以六偏磷酸钠作结合剂为例)：
   
   
得到同行公认的是镁质堰板对钢液的污染明显低于高铝质堰板，有关资料认为与高铝质堰板相比，镁质堰板带入钢液的氧含量可降低5倍(参考图1、图2)，抗渣侵蚀能力也明显优于高铝质，有利于提高堰板的使用寿命，降低耐材消耗，并且还可吸收钢液中的三氧化二铝，进一步降低夹杂，同时还可解决高铝质堰板安装氧化钙过滤器时，需砌筑镁砖过滤层而给现场带来不便的问题。但化学结合的镁质堰板在实际使用中存在不足，参考图3，MgO-P2O5构成的体系缺乏高熔点的化合物，并且由结合剂带入的钠，生成NaMgPO4之类化合物的熔点仅1260℃，不能满足中间包的耐温性要求(中间包的温度为1500℃)，对此，可加入少量钙盐如铝酸钙水泥、碳酸钙等，通过调整基质的CaO/P2O5，以期得到象Na2CaMg(PO4)2、NaCaPO4和Na2O·CaO·Ca3(PO4)2·SiO2之类的高熔点结合相，以适宜用于连铸中间包。尽管耐温性上可得到一定的改善，但化学结合的镁质堰板无法解决抗水化问题，即使在堰板表面涂一层防水化涂料，其效果在使用过程中仍未达到理想，而且表面处理的工艺复杂，化学结合的镁质堰板在耐用性上还不如高铝质堰板，连铸比低，因此，该种堰板不适合用于连铸中间包，尤其不适合应用在电炉炼钢等离子加热中间包等使用要求较高的场合，这也是如今连铸中间包中仍广泛采用高铝质堰板的原因。
发明内容
本发明正是为了克服上述不足，提供一种耐温性高、耐用性强、抗水化性能优且带入钢水的氧含量低、易于贮运和安装、适宜冶炼纯净钢的连铸中间包用挡渣堰板。
本发明的创新之处在于选择碱性耐火制品即镁质耐火材料为主材，以二氧化硅微粉作结合剂，实现镁质耐火材料的凝聚结合(即超细粉结合)，从而改变化学结合的镁质堰板存在的耐温性不高、耐用性不强、易水化等问题，获得一种具有承受炼钢中间包使用的高温性能、耐用性还优于高铝质堰板且不存在水化问题的镁质堰板。具体地说，连铸中间包用挡渣堰板，由以氧化镁为基料的耐火材料浇注成型，其特征在于浇注料主材由92-98％(重量百分比)的镁质耐火材料和2-8％(重量百分比)的二氧化硅微粉组成，外加分散剂聚合磷酸盐，其含量为浇注料主材重量的0.05-1％。镁质耐火材料选用的是MgO含量在94％以上的烧结镁石、电熔镁石或其它镁石，其临界颗粒尺寸控制在7mm以内，其中大于1mm的颗粒占55-65％，小于0.074mm的颗粒占25-30％；二氧化硅微粉的SiO2含量要求在88％以上，中径粒度(即50％的颗粒料度)不超过1.5μm，太多的微粉会影响堰板的高温性能，而微粉太少又会导致堰板强度降低，因此二氧化硅微粉的加入量控制在2-8％之间，尤以3-5％为佳；作为分散剂的聚合磷酸盐可以选择工业级以上的三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等，为使其分散效果更好，聚合磷酸盐优选浇注料主材重量的0.1-0.5％作为添加量。参考图4，用二氧化硅微粉结合的基质相本身保证了CaO/SiO2＞2，这样就可得到低温强度较高的蛇纹石3MgO·2SiO2·2H2O和高温结合相镁橄榄石2MgO·SiO2，其反应机理如下：
                
Figure C0013540600041
作为结合剂的二氧化硅微粉与镁质耐火材料的配比，决定了基质的CaO/SiO2＜1，基质组成落在由MgO-2MgO·SiO2-CaO·MgO·SiO2构成的分三角形中，所对应的无变量点固化温度为1502℃，适合中间包的使用温度，尽管从耐火性能来看次于CaO/SiO2＞2的结合相，但从体积稳定性和抗铁氧侵蚀性来看，镁橄榄石相优于硅酸钙类矿物，可得到综合性能较好的相组合。采用超细粉结合的镁质堰板的耐用性比化学结合的耐用性得到大为提高，工业性试验表明，其使用寿命在6连铸以上，比高铝质堰板的耐用性还好，并且30％以上的超细粉结合的镁质堰板还可达到10连铸；另外，超细粉水化与游离的MgO生成了稳定的晶体，解决了化学结合的镁质堰板的易水化问题。
为了提高镁质堰板的体积稳定性，浇注料中加有膨胀材料，其含量为浇注料主材重量的0-5％，优选加入量为1-4％，常用的膨胀材料可以是兰晶石、红柱石、硅线石、石英砂等，效果最好的是石英砂。
为了适应中间包的使用环境，特别是开浇时必须承受从烘烤温度骤升至钢水温度的热冲击，改善镁质耐材固有的热震性差的缺陷，浇注料中添入钢纤维，对堰板起抗爆增韧作用，防止堰板在烘烤时开裂，特别是在浇注大体积的堰板时，尤其需要使用钢纤维，其加入量为浇注料主材重量的0-3％，尤以1-3％为佳。
为了使材料具有良好的制作性能，浇注料中还可添加调凝剂，以实现促凝或缓凝作用，其加入量为浇注料主材重量的0-0.3％，根据制作时的实际情况，可选择Li2CO3、Ca(OH)2、LiOH等促凝剂或硼酸、酒石酸等缓凝剂。
少量防爆剂在浇注料中的加入能提高堰板的透气性，解决烘烤中开裂的问题，通常防爆剂的加入量为浇注料主材重量的0-0.5％，可选择的防爆剂为金属铝、AC发泡剂、硅溶胶、有机纤维等。
附图说明
图1为1500℃时的钢水炉渣平衡图。
图2为随着钢水流速变化O2的分离图。
图3为MgO-P2O5体系相图。
图4为CaO-MgO-SiO2体系相图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1，取97份镁质原料、3份二氧化硅微粉、0.2份三聚磷酸钠、2份石英砂、0.4份复合防曝剂，将上述浇注料于搅拌机中干混3分钟再湿混3分钟，振动浇注成40×40×160mm和φ50×50mm的试块，经110℃烘干，600℃×3h、1200℃×3h、1500℃×3h热处理后测试其理化性能，同时与类似组分的六偏磷酸钠结合(化学结合)的镁质堰板的理化性能对照，详见表一。
               表一两种结合形式的镁质堰板的性能
六偏磷酸钠结合 二氧化硅微粉结合
  110℃×24h体积密度(g/cm3)抗折强度(Mpa)耐压强度(Mpa) 2.788.374.5 2.84＞10.5109.4
  600℃×3h体积密度(g/cm3)线变化率(％)抗折强度(Mpa)耐压强度(Mpa) 2.76-1.136.964.8 2.82-0.037.165.2
  1200℃×3h体积密度(g/cm3)线变化率(％)抗折强度(Mpa)耐压强度(Mpa) 2.76-0.195.439 2.80+0.053.737.4
  1500℃×3h体积密度(g/cm3)线变化率(％)抗折强度(Mpa)耐压强度(Mpa) 2.79-0.356.242.8 2.80+0.068.566.8
  荷重软化温度(4％形变)℃   1450   1520
  加水量(％)   6.7   5.3
从表一可知，二氧化硅微粉结合的镁质堰板，在不同温度热处理后的强度均高于六偏磷酸钠结合的镁质堰板，或与之相当，荷重软化温度高出70℃，故二氧化硅微粉结合的镁质堰板具有更好的抗机械冲刷性能和高温性能。
将上述二氧化硅微粉结合的镁质堰板进行抗水化性试验，实验结果见表2、表3。
                         表2  编号说明
1# 110℃×24h烘干试块
2# 110℃×24h烘干试块，室内存放7天后，再经110℃×24h烘干
3# 110℃×24h烘干试块，室内存放28天后，再经110℃×24h烘干
4# 110℃×24h烘干试块，室内存放250天后，再经110℃×24h烘干
5# 110℃×24h烘干试块，在冷水中浸泡7天后，再经110℃×24h烘干
线变化率 以首次110℃×24h烘干为基准
                        表3抗水化试验
1# 2# 3# 4# 5#
抗折强度(Mpa) ＞10.5 ＞10.5 ＞10.5 ＞10.5 ＞10.5
耐压强度(Mpa) 104.1  106.5  107.4  102.6  126.9
线变化率(％) ±0 ±0 ±0 ±0
从表2、表3可知，长期存放及水浸后试块的外形尺寸均无变化，尤其是浸后强度有所提高，反映出抗水化性能好，便于贮运。
实施例2，将95份镁质原料、5份二氧化硅微粉，0.3份六偏磷酸钠、3份石英砂、1.5份钢纤维、0.2份Li2CO3、0.3份复合防曝剂组成的混合料浇注成型，制得的堰板在宝钢60T中间包中进行工业性试验，试验结果与高铝质堰板的对照数据见表4。
        表  4两种堰板的工业性试验对比
高铝质堰板 镁质堰板
化学成份  Al2O3％  70.57
 MgO％  90.42
 Fe2O3％  0.63
体积密度g/cm3  110℃，24h  2.5  2.85
 1500℃，24h  2.83
耐压强度MPa  110℃，24h  38.5  118.7
 1500℃，24h  65.0
线变化率1500℃，3h％  +0.15
净化钢水效果 对钢水污染大 带入钢水的氧含量比高铝质堰板低5倍
耐用性 可用5连铸 可用6连铸以上，30％以上可用10连铸
从表4中可以看出，无论在理化性能，还是净化钢水效果和使用性能上，用二氧化硅微粉结合的镁质堰板比高铝质堰板相比，均有无可比拟的先进性；特别是按照宝钢的要求在两重堰基础上进行增设三重堰试验，以镁质和高铝质进行对比，结果同样厚度的高铝质堰板在使用中就出现断裂、上浮，而镁质堰板不仅在组装氧化钙过滤器时体现出方便性，且使用后仅在渣线部位出现少许的熔损，能适合多炉连铸，其与碱性耐材的配套使用，成功地冶炼出了5大元素在80PPm以下的超纯净钢。
以氧化镁为基料，用二氧化硅微粉作结合剂浇注成型的连铸中间包用挡渣堰板，既能承受中间包使用的高温，又具有很强的耐用性，特别是在用作三重堰时更能体现出其抗侵蚀、抗冲刷的耐用性，微粉结合的镁质堰板同时也解决了镁质耐材的水化问题，其不仅在配套氧化钙过滤器组装时体现出方便性，而且带入钢水的氧含量低，对钢液污染小，完全符合冶炼纯净钢、超纯净钢时连铸中间包用的挡渣堰板要求。

Claims (10)

1.连铸中间包用挡渣堰板，由以氧化镁为基料的耐火材料浇注成型，其特征在于浇注料主材由92-98％(重量百分比)的镁质耐火材料和2-8％(重量百分比)的二氧化硅微粉组成，外加分散剂聚合磷酸盐，其含量为浇注料主材重量的0.05-1％。
2.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于镁质耐火材料的MgO含量≥94％，临界颗粒尺寸为7mm，其中大于1mm的颗粒占55-65％，小于0.074mm的颗粒占25-30％。
3.根据权利要求2所述的挡渣堰板，其特征在于二氧化硅微粉的SiO2含量≥88％，中径粒度≤1.5μm。
4.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于二氧化硅微粉的优选用量为3-5％。
5.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于分散剂聚合磷酸盐的添加量为浇注料主材重量的0.1-0.5％。
6.根据权利要求1、4、5之一所述的挡渣堰板，其特征在于浇注料中加有膨胀材料，其含量为浇注料主材重量的0-5％，优选用量为1-4％。
7.根据权利要求6所述的挡渣堰板，其特征在于膨胀材料为石英砂。
8.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于浇注料中添有钢纤维，其含量为浇注料主材重量的0-3％，优选用量为1-3％。
9.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于浇注料中添加有调凝剂，其含量为浇注料主材重量的0-0.3％。
10.根据权利要求1所述的挡渣堰板，其特征在于浇注料中加有少量防爆剂，其含量为浇注料主材重量的0-0.5％。
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