CN116947459B - 一种抗钢水冲刷的中间包冲击板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及炼钢技术领域，提出了一种抗钢水冲刷的中间包冲击板及其制备方法，包括以下组分：电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼、结合剂。其制备方法包括以下步骤：S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空600‑650℃保温4‑6h后，冷却至室温，得到预混合料；S2、向所述预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；S3、将所述混合料放入模具中，机压成型，得到半成品；S4、于200‑250℃下，将所述半成品干燥12‑24h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。通过上述技术方案，解决了现有技术中的中间包冲击板抗钢水冲刷能力差、服役寿命短的问题。

Description

一种抗钢水冲刷的中间包冲击板及其制备方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，具体的，涉及一种抗钢水冲刷的中间包冲击板及其制备方法。
背景技术
中间包冲击板是安放于中间包内钢包注流冲击区的一种防湍流装置，它能减轻注流对包底的直接冲蚀，同时减少钢水飞溅，降低钢水的湍流流动，防止卷渣，提高中间包钢水流动的活塞流特征，减少死区和短路流。目前，中间包冲击板大部分是预埋在稳流器的底部，还有少部分直接把中间包冲击板固设于中间包冲击区。中间包冲击板所处的服役环境非常恶劣，中间包冲击板要直面高温度的钢水冲击。因此，中间包冲击板需要具有优异的抗钢水冲刷能力。
Al2O3-MgO-C是市面上常见的用于制备中间包冲击板的材料。其属于高铝质材料，高温抗折耐压强度较低，抗钢水冲击性能较差，服役寿命较短。因此，亟需探究一种高温抗折耐压强度高的中间包冲击板，以提高中间包冲击板的抗钢水冲刷能力和服役寿命。
发明内容
本发明提出了一种抗钢水冲刷的中间包冲击板及其制备方法，解决了相关技术中中间包冲击板抗钢水冲刷能力差、服役寿命短的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出了一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下组分：电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼、结合剂。
作为进一步的技术方案，所述组分的重量份为电熔镁砂85-90份、白云石20-25份、超细镁粉20-50份、微晶刚玉15-20份、氮化硼5-10份、结合剂4-6份。
作为进一步的技术方案，所述白云石与超细镁粉的重量比为1:1.5-2。
作为进一步的技术方案，所述白云石的粒度为2-4mm，氧化镁和氧化钙的含量和≥90wt%。
作为进一步的技术方案，所述超细镁粉的粒度为40-50μm，镁含量≥99wt%。
作为进一步的技术方案，所述电熔镁砂的粒度为3-5mm，氧化镁含量≥96wt%。
作为进一步的技术方案，所述微晶刚玉的粒度为1-5mm。
作为进一步的技术方案，所述氮化硼的粒度为80-120μm。
作为进一步的技术方案，所述结合剂为液态碱性酚醛树脂。
本发明还提出了所述抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空600-650℃保温4-6h后，冷却至室温，得到预混合料；
S2、向所述预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将所述混合料放入模具中，机压成型，得到半成品，所述半成品的密度≥3.2g/cm3；
S4、于200-250℃下，将所述半成品干燥12-24h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明的中间包冲击板属于高镁质材料，高温抗折强度高至64MPa，常温耐压强度高至213MPa，高温耐压强度高至266MPa，烧后线变化率低至0.56%，与现有的高铝质中间包冲击板相比，具有较高的高温抗折抗压强度、较低的烧后线变化率。因此，本发明的中间包冲击板具有良好的抗钢水冲刷能力以及较长的服役寿命。
2、本发明中通过白云石和超细镁粉的协同作用（在制备过程中，先将白云石热解为氧化镁、氧化钙和二氧化碳，后发生超细镁粉与二氧化碳的自发反应，使预混合料具有小粒径的氧化镁颗粒以及“碳”结合），提高了预混合料的冶金结合性能，从而提升了机压烧结后中间包冲击板的致密性，使中间包冲击板具有较高的抗折抗压强度、良好的烧后线变化率，抑制了中间包冲击板在服役时产生裂纹，进而提高了中间包冲击板的抗钢水冲刷能力及服役寿命。
3、本发明中超细镁粉的粒度远小于白云石的粒度，这有益于超细镁粉均匀分散在白云石的四周，进而在制备过程中白云石与超细镁粉能更好地接触，使反应更加充分，从而进一步提高了中间包冲击板的抗钢水冲刷能力及服役寿命。
4、本发明中的氮化硼不仅起到了固体润滑剂的作用，还作为增强相颗粒弥散分布于混合料中，在后续机压烧结时，能阻碍晶粒的生长，达到细晶强化的目的，从而进一步提高了中间包冲击板的抗折抗压强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例1-9和对比例1-3中的结合剂为液态碱性酚醛树脂，型号为ZTS-968。
实施例1
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：85份电熔镁砂、20份白云石、30份超细镁粉、15份微晶刚玉、5份氮化硼、4份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空600℃保温6h后，冷却至室温，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；白云石的平均粒度为3mm，氧化镁和氧化钙的含量和为93wt%；超细镁粉的平均粒度为45μm，镁含量为99.9wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为3.31g/cm3的半成品；
S4、于200℃下，将半成品干燥24h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
实施例2
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：87份电熔镁砂、23份白云石、39份超细镁粉、17份微晶刚玉、8份氮化硼、5份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空625℃保温5h后，冷却至室温，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；白云石的平均粒度为3mm，氧化镁和氧化钙的含量和为93wt%；超细镁粉的平均粒度为45μm，镁含量为99.9wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为3.36g/cm3的半成品；
S4、于225℃下，将半成品干燥18h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
实施例3
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：90份电熔镁砂、25份白云石、50份超细镁粉、20份微晶刚玉、10份氮化硼、6份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空650℃保温4h后，冷却至室温，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；白云石的平均粒度为3mm，氧化镁和氧化钙的含量和为93wt%；超细镁粉的平均粒度为45μm，镁含量为99.9wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为3.34g/cm3的半成品；
S4、于250℃下，将半成品干燥12h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
实施例4
本实施例与实施例2的区别仅在于，抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法中，步骤S1中的真空处理温度和保温时间不同，为真空600℃保温6h；步骤S4中的干燥温度和时间不同，为于200℃下，将半成品干燥24h。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于，抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法中，步骤S1中的真空处理温度和保温时间不同，为真空650℃保温4h；步骤S4中的干燥温度和时间不同，为于250℃下，将半成品干燥12h。
实施例6
本实施例与实施例2的区别仅在于，一种抗钢水冲刷的中间包冲击板的重量份组分不同，本实施例包括以下重量份组分：80份电熔镁砂、10份白云石、17份超细镁粉、10份微晶刚玉、3份氮化硼、2份结合剂。
实施例7
本实施例与实施例2的区别仅在于，一种抗钢水冲刷的中间包冲击板的重量份组分不同，本实施例包括以下重量份组分：95份电熔镁砂、30份白云石、51份超细镁粉、25份微晶刚玉、12份氮化硼、8份结合剂。
实施例8
本实施例与实施例2的区别仅在于，一种抗钢水冲刷的中间包冲击板的重量份组分不同，本实施例包括以下重量份组分：85份电熔镁砂、20份白云石、20份超细镁粉、15份微晶刚玉、5份氮化硼、4份结合剂。
实施例9
本实施例与实施例2的区别仅在于，一种抗钢水冲刷的中间包冲击板的重量份组分不同，本实施例包括以下重量份组分：85份电熔镁砂、20份白云石、50份超细镁粉、15份微晶刚玉、5份氮化硼、4份结合剂。
对比例1
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：87份电熔镁砂、23份白云石、17份微晶刚玉、8份氮化硼、5份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；白云石的平均粒度为3mm，氧化镁和氧化钙的含量和为93wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为3.11g/cm3半成品；
S4、于225℃下，将半成品干燥18h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
对比例2
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：87份电熔镁砂、39份超细镁粉、17份微晶刚玉、8份氮化硼、5份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；超细镁粉的平均粒度为45μm，镁含量为99.9wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为2.72g/cm3半成品；
S4、于225℃下，将半成品干燥18h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
对比例3
一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，包括以下重量份组分：87份电熔镁砂、17份微晶刚玉、8份氮化硼、5份结合剂。
抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，得到预混合料；
其中，电熔镁砂的平均粒度为4mm，氧化镁含量98wt%；微晶刚玉的平均粒度为3mm；氮化硼的平均粒度为100μm；
S2、向预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将混合料放入模具中，机压成型，得到密度为2.64g/cm3半成品；
S4、于225℃下，将半成品干燥18h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
对比例4
采用市售Al2O3-MgO-C耐火浇筑料，加工成中间包冲击板。
对实施例1-9及对比例1-4得到的中间包冲击板，进行如下性能检测：
（1）高温抗折强度测试：根据GB/T 3002-2017《耐火材料高温抗折强度试验方法》，对得到的中间包冲击板，在埋碳、温度为1400℃的条件下，热处理0.5h后，降温，进行高温处理后中间包冲击板抗折强度的检测，且此时检测的抗折强度为高温抗折强度；
（2）常温耐压强度测试：根据GB/T 5072-2008《耐火材料常温耐压强度试验方法》，对得到的中间包冲击板，进行耐压强度的检测，且此时检测的耐压强度为常温耐压强度；
（3）高温耐压强度测试：根据GB/T 5072-2008《耐火材料常温耐压强度试验方法》，对得到的中间包冲击板，在埋碳、温度为1550℃的条件下，热处理3h后，降温，进行高温处理后中间包冲击板耐压强度的检测，且此时检测的耐压强度为高温耐压强度；
（4）烧后线变化率测试：根据GB/T 5988-2007《耐火材料加热永久线变化试验方法》，对得到的中间包冲击板，在埋碳、温度为1550℃的条件下，热处理3h后，降温，进行高温处理后中间包冲击板线变化率的检测。检测结果如表1所示。
表1实施例1-9及对比例1-4得到的中间包冲击板的物理性能
由表1可知，本发明的中间包冲击板具有良好的线变化率，表现出了优良的抗折耐压强度，其中高温抗折强度最高为64MPa，常温耐压强度最高为213MPa，高温耐压强度最高为266MPa。其综合物理性能显著优于对比例4中由市售Al2O3-MgO-C耐火浇筑料制得的中间包冲击板。
通过对比实施例2、实施例4和实施例5可知，在制备中间包冲击板时，当步骤S1中的真空处理温度为600℃，保温时间为6h；步骤S4中的干燥温度为225℃，干燥时间为18h时，得到的中间包冲击板具有更好的综合物理性能。
通过对比实施例1-3、实施例6及实施例7可知，在本发明中，中间包冲击板各组分的最佳重量份为电熔镁砂85-90份、白云石20-25份、超细镁粉20-50份、微晶刚玉15-20份、氮化硼5-10份、结合剂4-6份。此外，相较实施例1-3，实施例8和实施例9的结果表明，在本发明中，白云石与超细镁粉的最佳重量比为1:1.5-2。
通过比较实施例2与对比例1-3可知，在本发明中，白云石和超细镁粉的协同作用可显著提高中间包冲击板的综合物理性能，从而提升中间包冲击板的抗钢水冲刷能力。
采用YB/T 4121-2004中MT-2型号的涂抹料，将实施例1-3和对比例4所得到的中间包冲击板固设在冲击区处，进行现场应用，测量实际通钢量，结果如表2所示。
表2实施例1-3和对比例4所得到的中间包冲击板的实际通钢量（单位：万吨）
由表2可知，本发明制备的中间包冲击板具有较长的服役寿命，应用到中间包中时，实际通钢量最高可达1.56万吨，相比由市售Al2O3-MgO-C耐火浇筑料制得的中间包冲击板，服役寿命提高了约194%。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，其特征在于，由以下组分组成：电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼、结合剂；
所述组分的重量份为电熔镁砂85-90份、白云石20-25份、超细镁粉20-50份、微晶刚玉15-20份、氮化硼5-10份、结合剂4-6份；
所述白云石与超细镁粉的重量比为1:1.5-2；
所述白云石的粒度为2-4mm；
所述超细镁粉的粒度为40-50μm；
所述氮化硼的粒度为80-120μm；
所述结合剂为液态碱性酚醛树脂；
所述中间包冲击板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空600-650℃保温4-6h后，冷却至室温，得到预混合料；
S2、向所述预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将所述混合料放入模具中，机压成型，得到半成品，所述半成品的密度≥3.2g/cm3；
S4、于200-250℃下，将所述半成品干燥12-24h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
2.根据权利要求1所述的一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，其特征在于，所述白云石中氧化镁和氧化钙的含量之和≥90wt%。
3.根据权利要求1所述的一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，其特征在于，所述超细镁粉中镁含量≥99wt%。
4.根据权利要求1所述的一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，其特征在于，所述电熔镁砂的粒度为3-5mm，所述电熔镁砂中氧化镁含量≥96wt%。
5.根据权利要求1所述的一种抗钢水冲刷的中间包冲击板，其特征在于，所述微晶刚玉的粒度为1-5mm。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的抗钢水冲刷的中间包冲击板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将电熔镁砂、白云石、超细镁粉、微晶刚玉、氮化硼混合均匀，真空600-650℃保温4-6h后，冷却至室温，得到预混合料；
S2、向所述预混合料中加入结合剂，混合均匀后，得到混合料；
S3、将所述混合料放入模具中，机压成型，得到半成品，所述半成品的密度≥3.2g/cm3；
S4、于200-250℃下，将所述半成品干燥12-24h，冷却，脱模，得到抗钢水冲刷的中间包冲击板。
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