CN1289241C - 一种Al2O3－MgO－ZrO2质钢包透气塞的制备方法 - Google Patents
一种Al2O3－MgO－ZrO2质钢包透气塞的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域。其技术方案是：由Al2O3含量≥99.4%的板状刚玉，氧化锆含量为5～30%的锆刚玉，MgO含量≥96%的电熔镁砂，Al2O3含量≥99.4%的高铝质微粉，Al2O3含量≥75%的分散性氧化铝，特殊结合剂，有机纤维组成。按上述配比的混和物外加水搅拌、浇注、干燥、烧成。本发明具有高耐用性和优良的抗热震、抗渣侵蚀及抗钢水冲刷性能，并对环境无污染等优点。适于钢包、中间包底部对钢水吹氩用。
Description
一、技术领域
本发明属于以氧化铝为基料的耐火材料领域，尤其涉及一种用于钢包透气塞的制备方法。
二、背景技术
通过安装在钢包底部的透气塞向钢液中吹氩进行搅拌、均匀成份和温度，加速冶炼过程中各种化学反应的进行，减少钢液中的硫、磷、氧化物和其它杂质，对钢水起到净化作用。
在透气塞材质的选择上，国内外普遍流行的是镁质与刚玉质两类。在使用中，因方镁石与方铁矿(FeO)形成连续固溶体，所以镁质透气塞对含有氧化铁和氧化钙的碱性渣有好的抵抗性，但镁质热膨胀系数大、弹性模量高，热震稳定性差，并且在使用时熔渣向方镁石晶粒间渗透，进而导致其结构剥落。相比之下，刚玉质透气塞具有良好的高温性能和抗热震稳定性等特点，但纯刚玉质透气塞在使用中抗侵蚀性能差，剥落掉块现象严重。
为进一步提高刚玉质透气塞抗渣侵蚀性能，多采用向基质中添加Cr2O3微粉措施。采用电熔刚玉为主要原料，同时添加Cr2O3微粉烧结制成(ZL 95110026.2)，Cr2O3与刚玉细粉形成铝铬固溶体，与其他杂质则形成含铬的玻璃相，呈孤岛状充填于铬刚玉晶体之间，这种高粘度的含铬玻璃相对阻止渣的渗透非常有利，但过于致密的组织结构使其热震稳定性劣化，且Cr2O3在高温下易挥发，对环境有害。
为谋求透气塞的抗侵蚀与热震稳定性的综合平衡，采用了向基质中添加尖晶石(ZL94118264.9)、配合SiO2质原料(特开平10-251739)、加入Al2O3·ZrO2系原料(特开平10-280029)、添加锆莫来石细粉(特开平9-52168)、将Al2O3·ZrO2原料和MgO微粉同时加入(特开平9-268051)，使尖晶石、莫来石、锆莫来石构成透气塞的基质部分，但莫来石、锆莫来石在钢水中容易润湿，抗侵蚀性差。这些专利技术的结合剂普遍采用纯铝酸钙水泥或氧化硅微粉等，凭借它们水合和凝聚结合，赋予透气塞常温强度，而水泥中的氧化钙与浇注料或炉渣在较低的温度下易形成低共熔点相，如在氧化硅存在的前提下，CaO-Al2O3-SiO2三元系统最低共熔点只有1170℃。液相的存在，极大地劣化透气塞的高温性能，从而影响其耐用性的提高。
三、发明内容
本发明的任务是提供一种能提高耐用性、对环境无污染、有优良的抗热震性、耐侵蚀性和抗高温机械冲刷性能的透气塞制备方法。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：它由板状刚玉、锆刚玉、电熔镁砂、高铝质微粉、分散性氧化铝、结合剂、有机纤维组成。
其中，板状刚玉的Al2O3含量≥99.4％，锆刚玉的氧化锆含量为5～30％，电熔镁砂的MgO含量≥96％，高铝质微粉的Al2O3含量≥99.4％，分散性氧化铝的Al2O3含量≥75％。
上述组分的重量比：板状刚玉为70～80％，锆刚玉为5～25％，电熔镁砂为0.5～10％，高铝质微粉为3～15％，分散性氧化铝为0.5～1.5％，结合剂为2～5％，有机纤维为0.06％(外加)。
上述组分的颗粒级配：板状刚玉为6～0mm，锆刚玉为1～0mm，电熔镁砂为1～0mm，高铝质微粉为0.045～0mm，分散性氧化铝为0.045～0mm。
结合剂可选用Alphabond、ρ-Al2O3、铝凝胶粉、铝镁凝胶粉中一种或一种以上的组合，粒度为5～0μm。
按上述配比的混合物外加4.4～5％的水，搅拌6分钟后可浇注成型(可作业时间为50～60min)，然后经110℃×24h干燥，1600℃×5h烧成。
锆刚玉原料和Al2O3比较，其热膨胀系数小，可以在透气塞的使用过程或烧成过程中，因二者热膨胀系数不匹配而产生微裂纹，这种裂纹能吸收所产生的应力而使耐热剥落性提高。同时基质中的MgO在烧成时和Al2O3发生尖晶石生成反应，伴随适度的体积膨胀而组织致密化，并且ZrO2不易被钢水和熔渣润湿，因此，显著增强抗渣侵蚀性。用特殊结合剂取代水泥和硅微粉，在高于1000℃的温度下使浇注料呈高强度的自结合，取代现行的陶瓷结合，极大减少甚至消除晶粒间的低熔相，提高了直接结合程度，从而增强透气塞的抗高温机械冲刷能力。
本发明采用板状刚玉为主要原料，同时配合锆刚玉和镁砂，选择特殊结合剂，通过优化配料组成及调整颗粒级配，制造的Al2O3-MgO-ZrO2质钢包透气塞具有高耐用性和优良的抗热震、抗渣侵蚀及抗钢水冲刷性能并对环境无污染等优点。适于钢包、中间包底部对钢水吹氩用。
四、具体实施方式
实施例 Al2O3-MgO-ZrO2质钢包透气塞的制备方法是，其组分的重量比为：Al2O3含量≥99.8％的板状刚玉为74～78％，氧化锆含量为15～25％的锆刚玉为15～20％，MgO含量≥98％的电熔镁砂为1～1.5％，，Al2O3含量≥99.8％的高铝质微粉为7～12％，Al2O3含量≥75％的分散性氧化铝为0.5～1％，Al2O3含量≥99.4％的高铝质结合剂Alphabond为2～3％，有机纤维0.06％(外加)。
各组分的颗粒级配：板状刚玉：6～0mm，锆刚玉为1～0mm，电熔镁砂为1～0mm，高铝质微粉为0.045～0mm，分散性氧化铝为0.045～0mm、高铝质结合剂Alphabond为10～0nm。
按上述配比的混和物外加4.4％的水，搅拌6分钟后(采用跳桌法测定浇注料振动30次后的流动值为162mm)浇注成型，然后经110℃×24h干燥，1600℃×5h烧成。
其实测理化指标：显气孔率为110℃×24h 12.9％，1600℃×5h 15.5％；体积密度为110℃×24h 3.22g/cm3，1600℃×5h 3.2g/cm3；耐压强度为110℃×24h 54.9MPa，1600℃×5h 106.3MP；常温抗折强度为110℃×24h5.9MPa，1600℃×5h 20MP；静态坩埚抗渣为1600℃×3h，基本无渗透和侵蚀；线变化率为1600℃×5h烧后0.11％；经1100℃水冷循环(保温20分钟，水冷5分钟)直至端部断裂的热震次数为64。
比较例 采用(以重量比计)：Cr2O3细粉为4％，板状刚玉为90.5％，高铝质结合剂Alphabond为3％，电熔镁砂为1.5％，有机防爆纤维为0.06％(外加)，分散性氧化铝(含80％的Al2O3)为1％。
按上述配比的混和物外加4.4％的水，搅拌4分钟后，采用跳桌法测定浇注料振动30次后的流动值为146mm，即可浇注成型。其实测理化指标：显气孔率为110℃×24h 13.2％，1600℃×5h 15.8％；体积密度为110℃×24h 3.23g/cm3，1600℃×5h 3.2g/cm3；耐压强度为110℃×24h 42.4MPa，1600℃×5h84.1MP；常温抗折强度为110℃×24h 5.1MPa，1600℃×5h 18.8MP；静态坩埚抗渣为1600℃×3h，基本无渗透和侵蚀；线变化率为1600℃×5h烧后0.024％：经1100℃水冷循环(保温20分钟，水冷5分钟)直至端部断裂的热震次数为26。
Claims (3)
1、一种Al2O3-MgO-ZrO2质钢包透气塞的制备方法，其特征在于由板状刚玉、锆刚玉、电熔镁砂、高铝质微粉、分散性氧化铝、结合剂、有机纤维组成；其重量百分含量为，板状刚玉为70～80％、锆刚玉为5～25％、电熔镁砂为0.5～10％、高铝质微粉为3～15％、分散性氧化铝为0.5～1.5％、结合剂为2～5％、外加的有机纤维为0.06％；按上述配比的混合物外加4.4～5％的水，搅拌4分钟后浇注成型，然后经110℃×24h干燥，1600℃×5h烧成；
结合剂为Alphabond、ρ-Al2O3、铝凝胶粉、铝镁凝胶粉中一种或一种以上的组合，粒度为5～0μm。
2、根据权利要求1所述的Al2O3-MgO-ZrO2质钢包透气塞的制备方法，其特征在于所述的板状刚玉的Al2O3含量≥99.4％，锆刚玉的氧化锆含量为5～30％，电熔镁砂的MgO含量≥96％，高铝质微粉的Al2O3含量≥99.4％，分散性氧化铝的Al2O3含量≥75％。
3、根据权利要求1～2项中任一项所述的Al2O3-MgO-ZrO2质钢包透气塞的制备方法，其特征在于颗粒级配：板状刚玉为6～0mm，锆刚玉为1～0mm，电熔镁砂为1～0mm，高铝质微粉为0.045～0mm，分散性氧化铝为0.045～0mm。
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