CN1238302C - 低密度低导热钢包浇注料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低密度、低导热钢包用浇注料，本发明的浇注料使用的颗粒原料以低密度富铝尖晶石为主材料，本发明的浇注料所用的低密度富铝尖晶石颗粒的体积密度为3.40～2.50g/cm3，浇注料还含有粒度小于0.154mm的氧化铝、铝镁尖晶石、氧化镁细粉、铝酸盐水泥、添加剂。由于采用低密度富铝尖晶石颗粒作为钢包浇注料的颗粒原料，使浇注料体积密度降低但抗渣蚀能力不降低，从而保持浇注料使用寿命不降低。

Description

低密度低导热钢包浇注料
技术领域
本发明涉及一种钢包浇注料，尤其一种具有低密度低导热性能的钢包浇注料。
背景技术
至今为止，以高密度刚玉颗粒为主原料、致密高强为特征的铝尖晶石(或铝镁)钢包浇注料技术取得了很大的进步，得到了广泛的应用，已成为钢包包衬耐材的主导材料，广泛应用于整体钢包的包壁及包底工作层。在以往的致密浇注料制造技术领域中，材料的密度是材料质量和应用效果的重要指标。一般而言，材料致密度的提高意味着材料强度和耐用性的提高。
但钢包浇注料致密度的提高，导致其用量和成本较高，使吨钢耐材成本较高：其次，随着钢包浇注料致密度的提高，增加了钢包内衬的导热率及钢水在钢包中的温降速率，特别是在冶炼技术不断发展的今天，钢水出钢后的后续处理工艺越来越复杂，钢水在钢包中的停留时间越来越长，这更加剧钢水在钢包中的温降，为了确保钢水浇注的顺畅，必须提高出钢温度，这造成了钢水冶炼成本的提高；其三，随着钢包浇注料致密度的提高和钢水温降速率的加快，易使钢水及渣粘结到钢包壁上，导致钢包容积变小和钢包超重，影响生产的顺行。因此，有必要开发高性能的低密度钢包浇注料，在保持良好使用效果的同时，能够明显降低材料的密度和导热率。
日本NKK京浜制铁所曾通过在铝尖晶石钢包浇注料中加入氧化铝空心球的办法，降低材料的容重和热容，从而达到降低钢水温降和减少粘渣的目的，取得一定效果。该方法因浇注料的综合抗渣效果在氧化铝空心球达7.5％以上后明显下降而受到限制，未能广泛推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度低导热钢包浇注料。
本发明突破传统的高致密钢包工作衬材质设计思路，发展～一种新的钢包工作衬材料，降低包衬材料消耗和使用中造成的热损失，同时也有助于减少钢包粘渣增重。
本发明根据致密耐火浇注料组织结构中细粉基质的密度远低于颗粒材料密度这一事实(钢包工作衬铝尖晶石或铝镁浇注料细粉基质区域密度约为2.6g/cm3)，并根据对铝尖晶石或铝镁钢包浇注料用后残衬的长期观测，认为钢包浇注料基质材料在使用中的渣侵蚀(渣渗透和熔损)是材料破坏的控制因素，高纯合成刚玉颗粒的高致密并非为材料良好的使用效果所必需。利用富铝尖晶石材料不易为钢水和渣渗透侵蚀的特点，采用低密度富铝尖晶石颗粒作为钢包浇注料的颗粒原料，使浇注料体积密度降低但抗渣蚀能力不降低，从而保持浇注料使用寿命不降低。
本发明的低密度低导热钢包浇注料，其成分及重量百分比为
低密度富铝尖晶石颗粒            75～10％
氧化铝或铝镁尖晶石颗粒          0～65％
细粉                            5～45％
铝酸盐水泥                      4～18％
添加剂                          0.01～2％
其中所用的低密度富铝尖晶石颗粒体积密度为3.40～2.50g/cm3、粒度为：0.154～25mm。
其中细粉为氧化铝、氧化镁、铝镁尖晶石一种或一种以上的细粉。
所述的氧化铝、氧化镁、铝镁尖晶石细粉的粒度为小于0.154mm。
其中所用的低密度富铝尖晶石的氧化镁含量高于2％、低于化学计量铝镁尖晶石组成点含量；优选为5～10％。
本发明的低密度低导热钢包浇注料的优选为，低密度富铝尖晶石65～40％、氧化铝和铝镁尖晶石细粉15～40％、铝酸盐水泥5～18％。
其中低密度富铝尖晶石可部分用颗粒度同样大小的氧化铝代替。
所述的添加剂为分散剂(分散性氧化铝或其他分散剂)和烘烤防开裂剂丙纶纤维。
本发明所述的低密度低导热钢包浇注料，由低密度富铝尖晶石25～0.154mm颗粒75～10％、氧化铝或铝镁尖晶石25～0.154mm颗粒0～65％，小于0.154mm的氧化铝、氧化镁、铝镁尖晶石或富铝尖晶石细粉5～45％、铝酸盐水泥4～18％和调节浇注料施工水分硬化凝结等性能或抗烘烤开裂性能的添加剂0.01～2％组成。浇注料中低密度富铝尖晶石颗粒体积密度为3.40～2.50g/cm3，高于3.40g/cm3时降低浇注料密度和导热的作用不明显，低于2.50g/cm3时浇注料性能将受到明显影响，以3.20～2.80g/cm3为佳。
由于钢包浇注料中颗粒原料的比例可高达60％以上，低密度富铝尖晶石颗粒的密度和配入量对浇注料的密度和导热率有着重要的影响。表1是浇注料富铝尖晶石颗粒原料密度、配入量与浇注料密度的关系：
                      表1.低密度钢包浇注料体密和颗粒关系
  颗粒体密，g/cm3   3.55   3.40   3.18   2.83   2.54
  颗粒量，％   68   52.3   47.5   62   63.5
  浇注料体密，g/cm3   3.12   2.86   2.78   2.69   2.51
采用低密度富铝尖晶石颗粒的低水泥钢包浇注料，细粉基质中尖晶石存在一个优化加入量范围。对加入MgO含量为5.81％的低密度富铝尖晶石颗粒64％的低水泥钢包浇注料，当颗粒体密为2.84g/cm3.3.49g/cm3时，细粉基质中由铝镁尖晶石带入的MgO含量在2.76～3.84％范围内，浇注料抗渣熔损渗透(1600℃×3h坩埚抗渣试验，选用碱度为3.99的转炉终渣)的综合效果较优。低密度富铝尖晶石颗粒体密降至2.84g/cm3时并不明显降低浇注料的抗渣性能，且该抗渣性能与目前钢厂实际使用的低水泥结合致密型铝尖晶石钢包浇注料没有明显区别。
表3.低密度钢包浇注料坩埚抗渣试验(1600℃×3h)结果
  试样编号   DMDM   DMDL   DMDIA   DMDI   DMDIC   DMDJ   DMDIB   DMDK
  基质中MgO，％ 1.50 2.37 2.76 3.19 3.80 3.84 4.21 4.50
  颗粒体密g/cm3 3.49 3.49 2.84 3.49 2.84 3.49 2.84 3.49
  渣渗透面积，mm2 344 261 247 141 194 193 251 172
  渣熔损面积，mm2 223 273 222 295 263 281 272 323
低水泥结合铝尖晶石钢包浇注料的导热率是浇注料密度的函数，采用低密度化技术降低浇注料密度的同时，浇注料的导热率相应降低。因此，降低浇注料密度，除可节省材料用量，还可降低材料导热率。收到减少钢水温降、降低冶炼成本的效果。表4是浇注料体积密度与导热率关系的测定结果：
表4.低水泥铝尖晶石钢包浇注料体密和导热率关系
  试样号   1   2   3   SY
  体密，g/cm3，1000℃×3h   2.41   2.51   2.68   3.10
  导热率，W/mk，1000℃×3h   1.186   1.228   1.655   2.881
通过研究得出的本发明的低密度钢包浇注料，可获得满足大型钢包包壁整体浇注材料所必需的理化性能和明显低于目前致密钢包浇注料的体积密度和导热率。在250t钢包的包壁工作衬上与致密钢包浇注料对比使用抗蚀损效果相当。
本发明所述的低密度钢包浇注料可获得与以往低水泥铝尖晶石钢包浇注料相同的使用寿命，并可有效减少钢包包衬耐材用量和钢包温降，无论是对降低生产成本、减少粘渣确保生产顺行还是节能材料技术新领域的开发都有其重要的意义。首先是开发低密度的钢包浇注料技术可有效降低生产成本，这包括下述三个方面的内容：一是采用低密度的钢包浇注料进行钢包工作衬筑衬，钢包筑衬浇注料用量将明显低于致密钢包浇注料的用量，当二种浇注料具有同等使用寿命，则可明显降低耐材的吨钢单耗；二是采用低导热的钢包整体浇注衬可有效减少钢包包衬散热从而降低钢水温降，有利于节能降耗、降低冶炼工艺成本；三是采用低密度钢包整体浇注料有利于降低钢包自重、解决钢包粘渣导致钢包有效容积降低和行车超负荷运行问题，为行车的安全运行创造条件。此外，通过对钢包浇注料的低密度材质技术的开发研究，为苛刻条件下使用的耐材低密度化提供了范例。可为其他铁水、钢水冶炼设备工作内衬耐材的低密度低导热化积累技术和经验，推动高温设备节能技术的不断发展。
具体实施方式
实施例1
  实施配料组分   规格   实施例1
  低密度富铝尖晶石(体密3.11g/cm3)   8～5mm5～3mm3～1mm1～0.154mm0.154～0mm   23615208
  铝镁尖晶石MAS76   0.154～0mm   7
  尖晶石微粉CTC55   D50＝1.5μm   15
  铝酸盐水泥secar71   5
  分散性氧化铝ADS1   0.7
  分散件氧化铝ADW1   0.3
  丙纶纤维Φ0.03×5mm，外加   0.07
实施例2
  配料组分   规格   实施例2
低密度富铝尖晶石(体密2.84g/cm3)   8-5mm5-3mm3-1mm1-0.154mm0.154-0mm   23615203
  铝镁尖晶石MAS76   0.154-0mm   10
  烧结氧化铝尖晶石微粉CTC55   0.154-0mmD50＝1.5μm   314
  铝酸盐水泥secar71   5
  分散性氧化铝ADS1   0.7
  分散性氧化铝ADW1   0.3
  丙纶纤维Φ0.03×5mm，外加   0.07
实施例3
  配料组分   规格   实施例3
低密度富铝尖晶石(体密2.54g/cm3)   8-5mm5-3mm3-1mm1-0.154mm0.154-0mm   20514173
  铝镁尖晶石MAS76   0.154-0mm   10
  烧结氧化铝   0.154-0mm   8
  尖晶石微粉CTC55   D50＝1.5μm   16
  铝酸盐水泥secar71   6
  分散性氧化铝ADS1   0.7
  分散性氧化铝ADW1   0.3
  丙纶纤维Φ0.03×5mm，外加   0.07
实施例4
  配料组分   规格   实施例4
低密度富铝尖晶石(体密3.33g/cm3)   8-5mm5-3mm3-1mm1-0.154mm0.154-0mm   23615203
  电熔氧化镁DMS97   0.154-0mm   3
  烧结氧化铝   0.154-0mm   9.5
  氧化铝微粉CTC50   D50＝1.5μm   14
  铝酸盐水泥secar71   5
  硅微粉940U   0.5
  分散性氧化铝ADS3   0.7
  分散性氧化铝ADW1   0.3
  丙纶纤维Φ0.03×5mm，外加   0.07
实施例5
  配料组分   规格   实施例5   现有技术
  低密度富铝尖晶石(体密2.84g/cm3)   20-10mm   15
  烧结氧化铝(体密3.51g/cm3)   20-10mm10-5mm5-3mm3-1mm1-0.154mm0.154-0mm   861620   815616213
  铝镁尖晶石MAS76   0.154-0mm   18   12
  氧化铝微粉CTC55   D50＝1.5μm   5   14
  铝酸盐水泥secar71   12   5
  分散性氧化铝ADS1   0.7   0.7
  分散性氧化铝ADW1   0.3   0.3
  丙纶纤维Φ0.03×5mm，外加   0.07   0.07
本发明的实施例与现有技术的性能的对比
项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   现有技术
  体积密度g/cm3   110℃×24h   2.84   2.70   2.53   2.98   3.01   3.12
  1000℃×3h   2.82   2.68   2.51   2.95   2.97   3.10
  1500℃×3h   2.78   2.60   2.52   2.92   2.95   3.04
  显气孔率％   110℃×24h   22   23   31   18   18   13
  1000℃×3h   26   26   34   20   19   14
  1500℃×3h   27   31   34   23   22   18
  抗折强度MPa   110℃×24h   8.3   6.5   6.7   6.8   7.5   9.9
  1000℃×3h   9.2   6.2   4.8   7.2   6.2   9.4
  1500℃×3h   22.6   23.0   18.8   15.3   16.2   24.7
  耐压强度MPa   110℃×24h   48.1   28.8   39.3   42.2   45.6   50.0
  1000℃×3h   65.0   28.5   28.8   50.5   38.4   73.4
  1500℃×3h   185.8   87.8   100.3   165.7   115.2   85.6
  烧后线变化率，％   1000℃×3h   0   -0.05   -0.1   0   -0.05   0
  1500℃×3h   +0.4   +0.3   -0.2   +0.5   +0.2   +0.3
  导热率W/mk 1000℃ 1.965 1.655 1.228 2.322 2.457 2.881
  化学成分％   MgO   7.03   7.33   7.04   6.81   5.35   3.89
  AL2O3+MgO   97.6   97.8   97.2   97.3   97.8   97.5

Claims (6)

1.一种低密度低导热钢包浇注料，其组分及重量百分比为：
      低密度富铝尖晶石颗粒：      10～75％
      氧化铝或铝镁尖晶石颗粒：    0～65％
      细粉：                      5～45％
      铝酸盐水泥：                4～18％
      添加剂：                    0.01～2％
其中，所述的低密度富铝尖晶石颗粒体积密度为2.50～3.40g/cm3；所述低密度富铝尖晶石颗粒的粒度为0.154～25mm；所述的细粉的粒度为小于0.154mm；氧化铝或铝镁尖晶石颗粒的粒度为0.154～25mm；
所述的细粉为氧化铝、氧化镁、铝镁尖晶石一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的低密度低导热钢包浇注料，其特征是，低密度富铝尖晶石为40～65％、氧化铝和铝镁尖晶石细粉15～40％、铝酸盐水泥5～18％，按重量百分比计。
3.根据权利要求1所述的低密度低导热钢包浇注料，其特征是，所述的低密度富铝尖晶石颗粒体积密度为3.20～2.80g/cm3。
4.根据权利要求1所述的低密度低导热钢包浇注料，其特征是，所述的低密度富铝尖晶石颗粒的氧化镁含量高于2％、低于化学计量铝镁尖晶石组成点含量，按重量百分比计。
5.根据权利要求1所述的低密度低导热钢包浇注料，其特征是，所述的低密度富铝尖晶石颗粒的氧化镁含量为5～10％，按重量百分比计。
6.根据权利要求1所述的低密度低导热钢包浇注料，其特征是，所述的添加剂为分散剂和烘烤防开裂剂丙纶纤维。
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