CN117623786A - 一种透气砖保护料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种透气砖保护料、制备方法及其应用，属于冶金辅料技术领域。一种透气砖保护料，由如下原料制成：镁铝尖晶石10‑30重量份、电熔精炼渣30‑60重量份、镁砂5‑20重量份、白刚玉5‑15重量份、萤石10‑20重量份。本发明提供的透气砖保护料，用于提高透气砖的透气性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于冶金辅料技术领域，具体涉及一种透气砖保护料、制备方法及其应用。
背景技术
由于对钢材质量的要求越来越高，需要对炼钢技术和炼钢工艺进行改善。炉外精炼技术是炼钢过程中重要的精炼工艺部分，可以调节钢成分及钢液的温度。而透气砖是这一工艺能够顺利实施的最关键的功能元件，对炉外精炼的可靠性和完备性起着至关重要的作用。
透气砖的使用属于不连续工作性质，每次钢包下线都需要更换透气砖，在整个钢包周转周期内的不同时间会产生不同的物理和化学蚀损。从现场的使用情况来看，导致透气砖损毁的原因主要包括钢液冲刷、热应力、机械应力、烧氧清吹和熔渣侵蚀。在正常工作过程中，透气砖的工作面上易积压冷钢，由于存留下来的冷钢的粘度相对较大，对吹气产生一定的阻碍作用，所以要满足精炼要求就需要加大吹气的压力，但是这会进一步导致结构剥落，渗透严重时会堵塞气道，降低吹通率和使用寿命。因此，研制专用于透气砖的保护材料非常有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种透气砖保护料，提高透气砖的透气性和使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种透气砖保护料，由如下原料制成：镁铝尖晶石10-30重量份、电熔精炼渣30-60重量份、镁砂5-20重量份、白刚玉5-15重量份、萤石10-20重量份。
作为优选，所述镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石的粒度均为0.3-1.0mm。
作为优选，所选镁铝尖晶石成分：MgO：25.0-31.0%、Al2O3：69.0-75.0%；
电熔精炼渣成分：SiO2≤3.0%、CaO：47.0-53.0%、Al2O3：37.0-43.0%；
镁砂成分：MgO≥97.0%；
白刚玉成分：Al2O3≥99.0%；
萤石成分：SiO2≤6.0%、CaF2≥90.0%。
作为优选，上述透气砖保护料的有效成分组成以质量百分比计为：SiO2≤3.0%、CaO15.45-30.75%、MgO8.5-28.5%、Al2O327.5-37.5%、CaF29.05-18.50%、H2O≤0.50%，余量为烧失和杂质成分。其中的杂质成分可以为Fe2O3、TiO2，不限于此，每种杂质的含量均小于1%。
作为优选，上述透气砖保护料的制备方法，包括：提供镁铝尖晶石10-30重量份、电熔精炼渣30-60重量份、镁砂5-20重量份、白刚玉5-15重量份、萤石10-20重量份，所述镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石的粒度均为0.3-1.0mm，将各原料筛分除尘，搅拌混合均匀，检测，包装入库。
作为优选，上述透气砖保护料应用于含铝、含钛或超低碳钢钢包精炼，具体为：在含铝、含钛或超低碳钢出钢前，通过管道均匀加入透气砖上表面，以完全覆盖为准。
透气砖的作用实际上就是氩气吹入钢水的通道。其工作的基本原理是：氩气通过透气砖芯的狭缝进人钢水中，以气泡形式分散于钢水并上浮，周围的钢水受浮力的驱动，在透气砖上方形成向上流股，到达钢液顶部，向水平方向转向，然后沿钢包壁处向下返流，使钢水在钢包内循环流动，从而使添加在钢水中的合金、熔剂等快速熔化，促进了钢液成分和温度的均匀以及钢液中夹杂物的上浮，去除了钢中的非金属夹杂和有害气体，达到精炼钢液的目的。
如图1所示，钢包底吹透气砖在生产过程中要承受钢液冲刷、热应力、机械应力、烧氧清吹和熔渣侵蚀。具体地，1）钢液冲刷：钢水在精炼过程中全程吹氩搅拌，高速高压的气流由透气砖吹入到钢包内，使钢液获得一定的搅拌动能，用控制气体流量的方法来控制钢液的搅拌强度，人们用眼睛看到的现象就是钢包内的钢液沸腾起来，此时钢包底部气体与钢液相互作用形成湍流，同时由于气流的反冲作用，透气砖及其周围的耐材受到严重的冲刷。2）热应力：钢包的烘烤温度在1000℃左右，而在转炉出钢过程中，透气砖工作层与1600℃以上的高温钢水接触产生较大的热应力，并且透气砖不同位置受温度影响产生的热应力不同，透气砖狭缝同时不断吹出高压、高速、低温气流，在透气砖的一个工作周期中，温度频繁变化，工作环境骤冷骤热，致使透气砖产生温度梯度。当透气砖T作层周围的热应力超出透气砖自身结合强度后，在热震作用下就会出现裂纹，造成透气砖砖层断裂。3）机械应力：透气砖本身是多元相复合材料，因其结构特点，同有缺陷和裂纹较多，再加上材料为增强抗侵蚀型，很容易启动透气砖本体裂纹。在使用过程中，透气砖工作层与高温钢水反复接触，包底耐火材料在高、低温不断变化下产生温度差。由于耐火材料原质层和变质层的膨胀系数存在差异，使透气砖受到剪切应力的作用，导致其同有的裂纹启动、扩展，严重时发生横向裂缝，甚至断裂。4）烧氧清吹：透气砖使用后期，其T作层表面会低于座砖，在正常情况下工作层易存留残钢和残渣，且黏度相对较大，对正常吹氩有一定的阻碍作用。为保证透气砖的透气性，在热修钢包时需用吹氧管吹扫透气砖工作层上留存的残钢、残渣并将其熔化。如果吹氧管与透气砖表面的距离不合适，容易造成砖芯烧偏形成斜面，加速透气砖的损毁。5）熔渣侵蚀：钢包浇注结束后，包内残留的熔渣需要再次循环利用，残留熔渣通常要在钢包中等待10~15min，这段时间内透气砖的工作面充分与熔渣接触，熔渣沿透气砖T作面不断向砖中浸润，渣中的CaO、FeO、MnO、SiO2、Fe2O3，等氧化物与透气砖反应生成低熔点物质，该物质容易因冲刷而造成透气砖侵蚀。
由此可知，导致透气砖烧损的原因是多方面的，由于复杂因素的叠加导致透气砖的使用寿命非常有限，需要进行频繁更换，影响钢包周转和生产节奏，还会增加吨钢耐材成本，且对目前钢包的大型化发展趋势存在不利影响。因此，延长透气砖的使用寿命，对稳定生产节奏、提高产品质量、降低生产成本均有重要的意义。
目前业内对透气砖的问题改进主要是从透气砖的材质、砖型、气源、工艺参数等方面进行入手，例如：改进透气砖的材质、改善砖型、合理安排透气砖的装配尺寸、稳定气源压力、维护管理底吹管路、加快钢包热周转，减少钢包温降等（参阅：[1]刘少芹，刘曙光，王韶华.钢包底吹氩透气砖[J].金属世界，2011(5):4.DOI:10.3969/j.issn.1000-6826.2011.05.014.[2]李震.酒钢120t钢包底吹外装式透气砖应用工艺优化研究[J].甘肃冶金(05)[2023-11-07].）。此外，还有的采用对透气砖加设保护装置，例如：公告号为CN202752595U的专利文献采用在钢包底部安装气包与保护阀，当气源压力消失后，可以保持透气砖内的气体压力，形成保护膜。
综上可知，现有研究主要是对透气砖的材质、结构、工艺参数以及保护装置等进行分析和改进，而针对透气砖的专用保护材料还缺乏相关研究。发明人在长期实践中发现，在钢包空置状态下使用一种专用保护材料覆盖于透气砖表面可以保护透气砖使其不被直接冲刷侵蚀，同时保证透气砖的通透性，有效提高透气砖的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明采用镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石以特定比例的颗粒状原料混配制成，孔隙率达到15%以上，有效保证透气砖初始吹氩的透气性。
2.采用高、低熔点原料与熔剂搭配，控制合适的烧结温度，使本保护料在钢包空置温度下表面烧结，内部松散，所形成的烧结壳体避免了钢包在移动过程中残留钢液或残渣在透气砖上表面附着，在出钢钢流冲击时不会直接被冲走或瞬间上浮，从而避免钢水直接接触透气砖，降低出钢时钢液对透气砖的直接冲刷，既保证了透气砖的通透性，又提升了透气砖的使用寿命。经统计，透气砖砖芯及其整体的使用寿命能够提高15%以上，明显降低了透气砖更换的频率。
3.本发明采用以低SiO2的CaO-MgO-Al2O3作为主成分，与钢液中的Al和Ti等不发生反应，避免出钢过程钢中铝和/或钛的烧损，还能避免造成钢水增硅污染；同时该组成的保护料与钢水混合和上浮的过程中可以吸附钢中的S、Al2O3、SiO2等非金属夹杂物，提高钢水洁净度。
4.本发明保护料投放于钢包的底部，出钢时直接被钢水包裹，采用无碳设计，可以有效避免出钢时钢水裹挟导致的钢水增碳问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：透气砖使用过程中外部影响因素示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
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，都属于本发明保护的范围。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
若无特殊说明，所有原料均来源于市售产品，且若无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
本发明中，镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石的粒度均为0.3-1.0mm。
镁铝尖晶石成分：MgO：25.0-31.0%、Al2O3：69.0-75.0%。
电熔精炼渣成分：SiO2≤3.0%、CaO：47.0-53.0%、Al2O3：37.0-43.0%。
镁砂成分：MgO≥7.0%。
白刚玉成分：Al2O3≥99.0%。
萤石成分：SiO2≤6.0%、CaF2≥90.0%。
称取镁铝尖晶石25份、电熔精炼渣30份、镁砂20份、白刚玉5份、萤石20份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.20%、CaO15.70%、MgO32.18%、Al2O330.30%、CaF218.15%、H2O0.32%，结果符合质量要求包装入库。
在西昌钢钒公司超低碳高硅高铝钢W60P转炉出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1100℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性良好，吹通率约100%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si、Als烧损和增碳现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的23炉增加至27炉，提高17.4%，透气砖整体的使用寿命由原来的45炉增加至54炉，提高20.0%。
称取镁铝尖晶石20份、电熔精炼渣60份、镁砂5份、白刚玉5份、萤石10份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.80%、CaO31.05%、MgO14.03%、Al2O332.16%、CaF218.34%、H2O0.29%，结果符合质量要求包装入库。
在唐钢高铝钢W780QX（Al0.5~0.75%）转炉出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度900℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性良好，吹通率约100%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si和Als烧损现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的24炉增加至28炉，提高16.7%，透气砖整体的使用寿命由原来的47炉增加至56炉，提高19.1%。
称取镁铝尖晶石15份、电熔精炼渣45份、镁砂15份、白刚玉10份、萤石15份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.33%、CaO23.25%、MgO29.75%、Al2O329.46%、CaF213.73%、、H2O0.26%，结果符合质量要求包装入库。
在承德钢铁有限公司含钛钢汽车箱体钢700XT（Ti0.10~0.15%）转炉出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1000℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性良好，吹通率约100%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si和Ti烧损现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的20炉增加至25炉，提高25.0%，透气砖整体的使用寿命由原来的40炉增加至51炉，提高27.5%。
称取镁铝尖晶石10份、电熔精炼渣53份、镁砂10份、白刚玉15份、萤石12份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.42%、CaO27.27%、MgO28.61%、Al2O329.05%、CaF211.07%、H2O0.29%，结果符合质量要求包装入库。
在西宁特钢生产55SiCr出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1000℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性良好，吹通率约100%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si、Als烧损和增碳现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的19炉增加至23炉，提高21.1%，透气砖整体的使用寿命由原来的37炉增加至46炉，提高24.3%。
称取镁铝尖晶石30份、电熔精炼渣35份、镁砂8份、白刚玉12份、萤石15份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.15%、CaO18.15%、MgO23.95%、Al2O336.10%、CaF213.68%、H2O0.30%，结果符合质量要求包装入库。
在龙腾特钢生产的60Si2Mn出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1000℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性良好，吹通率约100%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si、Als烧损和增碳现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的20炉增加至23炉，提高15.0%，透气砖整体的使用寿命由原来的40炉增加至47炉，提高17.5%。
以下为对比案例。
对比例1
本对比例与实施例1不同的是：省略电熔精炼渣，具体制备方法如下：称取镁铝尖晶石30份、镁砂25份、白刚玉15份、萤石30份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO20.9%、CaO0.6%、MgO47.88%、Al2O321.90%、CaF227.00%、H2O0.30%。
在西昌钢钒公司超低碳高硅高铝钢W60P转炉出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1100℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性初期良好，中后期表现不佳，整体吹通率约80%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si、Als烧损和增碳现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖的使用寿命无明显提高。
对比例2
本对比例与实施例1不同的是：省略镁砂，具体制备方法如下：称取镁铝尖晶石35份、电熔精炼渣30份、白刚玉15份、萤石20份，采用上层孔径1.0mm、下层孔径0.3mm的双层筛网进行筛分去灰，置于混料机中搅拌20min混合均匀，成品检测，检测结果为：SiO21.20%、CaO15.70%、MgO25.53%、Al2O337.70%、CaF218.15%、H2O0.32%。
在西昌钢钒公司超低碳高硅高铝钢W60P转炉出钢前，通过管道均匀加入到透气砖上，钢包空置温度1100℃，出钢后到达精炼工位，透气砖吹氩透气性整体一般，吹通率约85%；到达连铸工位取样检测，钢水的成分检测正常，没有出现增Si、Als烧损和增碳现象；钢水中非金属夹杂物含量符合质量要求，纯净度良好；透气砖砖芯的使用寿命由原来的23炉增加至25炉，提高8.7%，透气砖整体的使用寿命提高约9.0%。
综上所述，本发明提供的专用于透气砖的保护料，既能提高透气砖在使用过程中的透气性，提高其吹通率，又能保护其免受钢液侵蚀，提高使用寿命，同时对钢液不会引入污染，具有很强的实用价值。
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种透气砖保护料，其特征在于：由如下原料制成：镁铝尖晶石10-30重量份、电熔精炼渣30-60重量份、镁砂5-20重量份、白刚玉5-15重量份、萤石10-20重量份。
2.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：所述镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石的粒度均为0.3-1.0mm。
3.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：所选镁铝尖晶石成分：MgO：25.0-31.0%、Al2O3：69.0-75.0%。
4.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：电熔精炼渣成分：SiO2≤3.0%、CaO：47.0-53.0%、Al2O3：37.0-43.0%。
5.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：镁砂成分：MgO≥97.0%。
6.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：白刚玉成分：Al2O3≥99.0%。
7.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：萤石成分：SiO2≤6.0%、CaF2≥90.0%。
8.如权利要求1所述的一种透气砖保护料，其特征在于：其有效成分组成以质量百分比计为：SiO2≤3.0%、CaO15.45-30.75%、MgO8.5-28.5%、Al2O327.5-37.5%、CaF29.05-18.50%、H2O≤0.50%，余量为烧失和杂质成分。
9.一种透气砖保护料的制备方法，其特征在于：包括：提供镁铝尖晶石10-30重量份、电熔精炼渣30-60重量份、镁砂5-20重量份、白刚玉5-15重量份、萤石10-20重量份，所述镁铝尖晶石、电熔精炼渣、镁砂、白刚玉和萤石的粒度均为0.3-1.0mm，将各原料筛分除尘，搅拌混合均匀，检测其有效成分组成以质量百分比计为：SiO2≤3.0%、CaO15.45-30.75%、MgO8.5-28.5%、Al2O327.5-37.5%、CaF29.05-18.50%、H2O≤0.50%，余量为烧失和杂质成分，包装入库。
10.如权利要求1-8任一项所述的透气砖保护料或如权利要求9所述的制备方法得到的透气砖保护料在含铝、含钛或超低碳钢钢包精炼中的应用，其特征在于：在含铝、含钛或超低碳钢出钢前，通过管道均匀加入透气砖上表面，以完全覆盖为准。
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