CN1197827C - 混铁车用烧成铝碳砖及其制造方法 - Google Patents

混铁车用烧成铝碳砖及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种混铁车用铝碳砖及其制造方法，以刚玉和石墨和矾土及金属硅为主要原料，并添加了板状刚玉以提高抗渣侵蚀性和热震稳定性能；以酚醛树脂作为结合剂，以硼玻璃为特殊抗氧化剂，并添加了一定量的添加剂；各原料经混炼后、困料、在还原气氛下烧成保温后制得，本发明的铝碳砖可使用于进行“三脱”铁水预处理的混铁车中，具有良好的抗氧化、耐碱性渣侵蚀性能。

Description

混铁车用烧成铝碳砖及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种工业炉窑设备用耐火材料，尤其涉及一种烧成铝碳砖及其制造方法。
背景技术
混铁车通常在运送铁水的同时对铁水进行单脱硫处理，内衬工作层耐材使用铝-碳化硅-碳质不烧砖(Al2O3-SiC-C)。近年来实行在混铁车内进行“三脱”铁水预处理新工艺，“三脱”是指脱硫、脱磷、脱硅，铁水“三脱”纯净钢生产工艺，生产效率高，石灰等原辅料消耗少，过程温降小，生产周期短，使生产成本明显低于钢水精炼工艺，且该方法适用于冶炼超纯净钢；同时铁水“三脱”工艺脱磷的热力学、动力学条件明显优于钢水精炼工艺；因此“三脱”比例在不断提高，同时“三脱”对混铁车内衬的耐侵蚀性等要求也在不断提高。目前，脱硫率已达100％，脱硅达15％，脱磷约10％左右，在进行三脱后，混铁车内衬工作层铝-碳化硅-碳砖熔损明显加快，尤其是采用Na系三脱剂、单侧斜插式脱硫、脱磷新工艺的投入使用，更加剧了耐材的熔损，直筒部上部砖熔损速度比原来增加了十几倍，甚至导致混铁车在该部位出现异常熔损，甚至烧穿的情况，严重威胁到混铁车的在线安全运行和正常检修工作。
经过对混铁车运行过程调查分析后，目前二炼钢三脱工艺下混铁车顶部工作层砖的熔损机理如下：
(A)三脱方式的改变。
炼钢厂用脱硫枪，一炼钢采用直插式，而二炼钢采取斜插式单侧脱硫技术，如图1、2所示，单侧顶部受铁水和渣严重冲刷混铁车顶部砖。二炼钢斜插式铁水“三脱”新工艺对混铁车顶部的损速度比一炼钢“三脱”工艺要高出十几倍，且呈不稳定状态。
(B)三脱剂的改变。
原先采用Ca系处理剂进行铁水预处理时，SiC是作为C的抗氧化剂而加入到铝-碳化硅-碳砖中的。但由于现在采用Na系处理剂，其中的Na2CO3会与铝-碳化硅-碳砖中的炭化硅发生如下直接反应：
上述反应会导致砖中的C失去抗氧化剂SiC的保护，脱碳层形成的速度加快，渗入的熔渣与砖中的Al2O3和SiO2反应生成低熔相，造成砖的侵蚀速度加快，使用寿命下降。
此外由于Na系处理剂产生的渣的碱度远大于Ca系处理剂的碱度，所以这也加剧了碱性渣对砖的侵蚀。
(C)吹氧工艺的影响。
由于三脱过程造成铁水温降，因此在三脱过程中又增加了混铁车内的吹氧工艺，使得车内直筒部顶部的铝-碳化硅-碳砖氧化速度加快，加快了顶部砖的损坏。
目前国内外在混铁车顶部上基本采用铝-碳化硅-碳不烧砖，材质基本相同，配方差别不大，使用性能也相差不多。
经联机检索，在其它与铁水接触的炉窑设备中，如高炉混铁炉等已开始使用铝碳砖。目前开发的铝碳砖主要针对高炉耐材抗铁水侵蚀和抗碱金属的熔损机理而研制开发的，这与三脱工艺下混铁车主要的熔损机理有较大的不同，所以至今还没有三脱工艺下的混铁车上的使用实例。
发明内容
鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种混铁车用烧成铝碳砖及其制造方法。从而降低混铁车顶部的熔损速率，提高使用寿命，达到降低检修费用、保证混铁车的安全运行。
本发明针对二炼钢三脱新工艺下混铁车的顶部耐材熔损机理，以及原先采用的铝-碳化硅-碳砖在此工艺条件下易氧化，抗碱性渣侵蚀差等不足，通过调整砖的材质和制作工艺，研制一种具有良好抗氧化、良好耐碱性渣侵蚀性能的混铁车顶部用砖。
本发明的混铁车用烧成铝碳砖，其组成为(重量百分比)：
电熔致密刚玉               20-35％
烧结板状刚玉               20-35％
特级矾土                   10-25％
高纯石墨(纯度＞98％)       8-12％
金属硅                     3-10％
添加剂                     5-10％
抗氧化剂                   1-3％
树脂                       4-6％
其中，所述的抗氧化剂是硼玻璃，所述的树脂是酚醛树脂。
本发明的混铁车用烧成铝碳砖制造方法，按如下步骤进行：
(1)各原料按配方中的配比要求进行称量；
(2)将树脂和特级矾土分别进行水浴和加热；
(3)混炼、困料，困料时间≥24小时；
(4)模压成型；
(5)干燥后，在还原气氛下烧成、保温。
其中，步骤(2)中，特级矾土加热温度为：80-110℃，树脂水浴温度为：60-80℃。
其中步骤(5)中干燥温度为：200℃-300℃；烧成温度为：1500-1600℃，保温时间为：24-40小时。
高纯石墨的纯度＞98％。
本发明的铝碳砖使用于混铁车中。
附图说明
图1为一炼钢直插式脱硫枪示意图。
图2为二炼钢斜插式脱硫枪示意图。
具体实施方式
实施例
按下述操作步骤、按表1的配比及工艺参数制备本发明的烧成铝碳砖，以及烧成铝碳砖的理化性能指标。
(1)各原料按配方中的配比要求进行称量；
(2)将树脂和特级矾土分别进行水浴和加热；
(3)混炼、困料，困料时间≥24小时；
(4)模压成型；
(5)干燥后，在还原气氛下烧成、保温。
                                  表1
          参数   实施例1   实施例2   实施例3
成分┎重量％┚ 电熔致密刚玉     22     28     32
烧结板状刚玉     34     30     28
特级矾土     20     16     12
高纯石墨(纯度＞98％) 9 10 12
硼玻璃     1     2     2
氧化铝微粉     5     6     7
金属硅     4     5     5
二氧化硅微粉 5 3 2
酚醛树脂(结合剂)     4.2     4.2     4.5
困料时间          (h)     32     26     26
树脂水浴温度      (℃)     春、冬水浴温度65℃，夏、秋不需水浴
干燥温度          (℃)     220     260     260
烧成温度          (℃)     1450     1580     1580
保温时间          (h)     24     36     36
砖坯密度          (g/cm3)     2.98     3.03     3.08
烧成后 耐压强度    (Mpa)     56.53     48.38     67.24
显气孔率    (％)     13.14     12.85     12.81
铁水熔损指数(％)     0.42     0.37     0.31
热震稳定性  (次)     ＞100     ＞100     ＞100
氧化率      (％)     0.35     0.32     0.30
      具体使用情况  宝钢混铁车寿命＞450炉   宝钢混铁车寿命＞500炉
该铝碳砖以刚玉和石墨为主要原料，并特别添加了板状刚玉以提高抗渣侵蚀性和热震稳定性能；以酚醛树脂作为结合剂，以硼玻璃为特殊抗氧化剂，并添加了一定量的添加剂组成的。
由于不烧砖在使用前没有经过高温处理过程，所以材料在使用初期没有完全烧结和形成完整的晶相，所以其使用性能在这阶段往往较低，也极易氧化，熔损速率也是最快的。因砖的背部氧化造成砌体结构松动后掉砖，最后产生铁壳烧穿漏铁也基本在这个阶段。所以在本发明中增加了烧成工艺，以期提高其初期的使用性能和抗氧化性能。烧成铝碳砖的理化性能指标要求，参见表2
                 表2  烧成铝碳砖的理化性能指标
              项    目       指    标    典型值
耐压强度(Mpa)     45～85     60
体积密度(g/cm3)     2.8～3.2     3.03
显气孔率(％)     12～18     12.81
铁水熔损指数(％)     0.3～1     0.37
氧化率％     ≤1     0.30
抗碱后强度下降(Mpa)     ≤10％     7.62
热震稳定性  1100℃水冷(次)     ≥80     大于100
化学成分(％) Al2O3     65～75     73.2
C     8～12     9.5
与现有技术的区别：
                表3  与现有技术的区别
比较项目     混铁车用铝-碳化硅-碳砖     本发明烧成铝碳砖
    材质     铝-碳化硅-碳质     铝碳质
    原料纯度     较高     高
抗氧化剂 SiC     添加了特殊抗氧化剂B2O3
    是否烧成     不烧砖     烧成砖
    抗氧化性     较差     好
    抗碱性渣     较差     好
    热震稳定性     较差     好
    使用部位     混铁车顶部     混铁车顶部
将本发明的烧成铝碳砖分别在宝钢09#、55#混铁车熔损最严重的MG反侧顶部砌筑了共计6.06吨，该砖的实测指标见表4，使用情况详见如下：
09#TPC H30P部位：
Figure C0112657600091
55#TPC H30P部位：
以上两台车，均按上述混铁车现行检修模式，经过半年多的现场运行，55#混铁车的烧成铝碳砖使用了456炉；09#混铁车使用540炉，两台混铁车的烧成铝碳砖的平均使用寿命498炉，比铝-碳化硅-碳砖提高40％，参见表5。
                        表4
    序号           项目   指标实测值
  常规指标    1 显气孔率        ％     12
   2 体积密度        g/cm3     2.97
   3 常温耐压强度    Mpa     48.38
   4 常温抗折强度    Mpa     16.2
5 化学成分％   Al2O3     75.92
  C     9.83
  特性指标    1 氧化率          ％     0.32
   2 抗炉渣侵蚀性    ％     21.62
3     抗碱性 原耐压强度  MPa     48.38
后耐压强度  MPa     46.97
强度变化率  ％     -2.91
体积膨胀率  ％     5.59
                        表5
  部位(H30P)     烧成铝碳砖     不烧铝-碳化硅-碳质
  09#TPC   55#TPC   A厂   B厂   C厂
炉龄(炉)   456   540   296   285   252
平均炉龄(炉)        498            290
在利用Na系处理剂进行铁水“三脱”处理的工艺条件下，混铁车用烧成铝碳砖在使用过程中熔损均匀、无背部氧化现象，表现出良好的抗碱性渣侵蚀性和抗氧化性，并且将使用寿命提高了40％以上。从该砖的使用情况看，烧成铝碳砖在混铁车的使用对提高整台混铁车的炉龄、降低铁水单耗和节省检修成本都有相当大的作用。

Claims (6)

1、混铁车用烧成铝碳砖，其组成重量百分比为：
电熔致密刚玉               20-35％
烧结板状刚玉               20-35％
特级矾土                   10-25％
高纯石墨，纯度＞98％       8-12％
金属硅                     3-10％
氧化铝微粉和二氧化硅微粉   5-10％
抗氧化剂                   1-3％
树脂                       4-6％。
2、如权利要求1所述的混铁车用烧成铝碳砖，其特征是，所述的抗氧化剂是硼玻璃；所述的树脂是酚醛树脂。
3、如权利要求1或2所述的混铁车用烧成铝碳砖的制造方法，按如下步骤进行：
(1)各原料按配方中的配比要求进行称量；
(2)将树脂和特级矾土分别进行水浴和加热；
(3)混炼、困料，困料时间≥24小时；
(4)模压成型；
(5)干燥后，在还原气氛下烧成、保温。
4、如权利要求3所述的混铁车用烧成铝碳砖的制造方法，其特征是，步骤(2)中，特级矾土加热温度为80-110℃，树脂水浴温度为60-80℃。
5、如权利要求3所述的混铁车用烧成铝碳砖的制造方法，其特征是，步骤(5)中干燥温度为200℃-300℃；烧成温度为1500-1600℃，保温时间为24-40小时。
6、如权利要求1或2所述的烧成铝碳砖，其特征是，烧成铝碳砖使用于混铁车中。
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