电炉炉底干式捣打料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种电炉炉底干式捣打料及其制备方法，电炉炉底干式捣打料，含有镁钙铁砂，高纯电熔镁砂；其中：镁钙铁砂包括MgO(30％～83％)，CaO(55％－8.5％)，Fe2O3(1％－8％)，Al2O3(≤1.3％)，SiO2(≤1.5％)，灼减IL(≤1.0％)，其它材性(≤3.2％)，体密(≥2.5g/cm3)；高纯电熔镁砂的临界粒度为10mm，颗粒引入量0－75％；制备方法是通过以下步骤实现的：镁钙铁砂制备包括：原料选择和回转窑重烧；其中镁钙铁砂原料选择如上，回转窑重烧温度在(1700－1750℃)；电炉炉底干式捣打料利用Andreassen公式y=100(d/D)q进行最佳颗粒级配，q值一般取0.19～0.45；有益效果是：解决了烧结层过厚而开裂和抗侵蚀差的致命弱点，充分满足了象宝钢150吨超高功率直流电弧炉及国外钢厂电炉炼钢的要求，创造了良好的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电炉炼钢领域，尤其涉及一种电炉炉底干式捣打料(商品名：PN-新型电炉炉底干式捣打料)及其制备方法。

背景技术

电炉炼钢是回收利用废钢，环保节能，快速高效的短流程炼钢方式，其迅速发展带动了MgO-CaO-Fe₂O₃系电炉炉底捣打料的迅猛研发和全面普及。例如，宝钢150吨超高功率直流电弧炉是从法国Clecim公司引进，容量为190吨，留钢40吨操作，废钢兑铁水，采用双炉座交替冶炼方式，出钢温度在1600～1650℃，平均出钢时间为60分钟。由于冶炼生产采用复合吹炼，氧枪助熔，泡沫渣埋弧等技术，炼钢工序超高功率，快节奏操作，因此炉底应尽量减少大修次数和停炉时间，这样就要求电炉炉底捣打料施工简便，可冷修可热补，修复后可立即投入冶炼使用；在中温下迅速烧结成致密坚实的整体，在高温下又没有太多的液相，具有良好的高温结构强度，抵抗熔渣的侵蚀及废钢的冲击，能经受冶炼间歇式操作，即耐急冷急热性能好。

目前，国内外普遍都用富含2CaO·Fe₂O₃的镁质和富含3CaO·Fe₂O₃镁白云石质混合料；但普遍存在烧结层过厚，造成开裂翻料和抗熔损差的缺点。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种电炉炉底干式捣打料及其制备方法，旨在解决上述的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的电炉炉底干式捣打料含有镁钙铁砂，高纯电熔镁砂；其中：镁钙铁砂包括MgO(30％～83％)，CaO(55％-8.5％)，Fe₂O₃(1％-8％)，Al₂O₃(≤1.3％)，SiO₂(≤1.5％)，灼减IL(≤1.0％)，其它材性(≤3.2％)，体密(≥2.5g/cm³)；高纯电熔镁砂的临界粒度为10mm，颗粒引入量0-75％；

本发明的制备方法是通过以下步骤实现的：

镁钙铁砂制备包括：原料选择和回转窑重烧；其中，原料选择包括MgO(30％～83％)，CaO(55％-2.5％)，Fe₂O₃(1％-8％)，Al₂O₃(≤1.3％)，SiO₂(≤1.5％)，灼减IL(≤1.0％)，其它材性(≤3.2％)，体密(≥2.5g/cm³)；回转窑重烧温度在(1700-1750℃)；

电炉炉底干式捣打料利用Andreassen公式y＝100(d/D)^q进行最佳颗粒级配，q值一般取0.19～0.45；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了烧结层过厚而开裂和抗侵蚀差的致命弱点，充分满足了象宝钢150吨超高功率直流电弧炉及国外钢厂电炉炼钢的要求，创造了良好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

                          实施例1

本发明的电炉炉底干式捣打料含有镁钙铁砂，高纯电熔镁砂；其中：镁钙铁砂包括MgO30％，CaO55％，Fe₂O₃8％，Al₂O₃1.3％，SiO₂1.5％，灼减IL1.0％，其它材性3.2％，体密(≥2.5g/cm³)；高纯电熔镁砂的临界粒度为10mm，颗粒引入量0％；

本发明的制备方法是通过以下步骤实现的：

镁钙铁砂制备包括：原料选择和回转窑重烧；其中，原料选择包括MgO30％，CaO55％，Fe₂O₃8％，Al₂O₃1.3％，SiO₂1.5％，灼减IL1.0％，其它材性3.2％，体密(≥2.5g/cm³)；回转窑重烧温度在1700℃；

电炉炉底干式捣打料利用Andreassen公式y＝100(d/D)^q进行最佳颗粒级配，q值取0.19；

                            实施例2

本发明的电炉炉底干式捣打料含有镁钙铁砂，高纯电熔镁砂；其中：镁钙铁砂包括MgO83％，CaO8.5％，Fe₂O₃4.1％，Al₂O₃0.45，SiO₂0.78，灼减IL0.11，其它材性3.06，体密(≥2.5g/cm³)；高纯电熔镁砂的临界粒度为10mm，颗粒引入量75％；

本发明的制备方法是通过以下步骤实现的：

镁钙铁砂制备包括：原料选择和回转窑重烧；其中，原料选择包括MgO83％，CaO8.5％，Fe₂O₃4.1％，Al₂O₃0.45，SiO₂0.78，灼减IL0.11，其它材性3.06，体密(≥2.5g/cm³)；回转窑重烧温度在1750℃；

电炉炉底干式捣打料利用Andreassen公式y＝100(d/D)^q进行最佳颗粒级配，q值取0.45；

                          实施例3

本发明的电炉炉底干式捣打料含有镁钙铁砂，高纯电熔镁砂；其中：镁钙铁砂包括MgO63％，CaO27.6％，Fe₂O₃5％，Al₂O₃0.9％，SiO₂0.8％，灼减IL0.5％，其它材性2.2％，体密(≥2.5g/cm³)；高纯电熔镁砂的临界粒度为10mm，颗粒引入量45％；

本发明的制备方法是通过以下步骤实现的：

镁钙铁砂制备包括：原料选择和回转窑重烧；其中，原料选择包括MgO63％，CaO27.6％，Fe₂O₃5％，Al₂O₃0.9％，SiO₂0.8％，灼减IL0.5％，其它材性2.2％，体密(≥2.5g/cm³)；回转窑重烧温度在1730℃；

电炉炉底干式捣打料利用Andreassen公式y＝100(d/D)^q进行最佳颗粒级配，q值取0.30；

下面对原料选择、原料和成品理化指标、Andreassen公式y＝100(d/D)^q中q值与体密的关系以及产品实例作如下描述：

1.原料选择

从国内外资料分析，MgO-CaO-Fe₂O₃系电炉炉底捣打料一般以电熔镁砂和镁钙铁砂为主体原料，不含添加剂，所以原料的选择和控制就显得特别重要，尤其是镁钙铁砂的选择及其与镁砂加入量的匹配。借助相图的指导，从MgO-CaO-FeO_n三元相图看，MgO-CaO-FeO_n系耐火材料在与Fe平衡时(即在炼钢条件下)，只要其组成点落在MgO-CaO-MgO/Fe₂O₃＝2.33的三角形内时，在1600℃的条件下就不会出现液相，其组成为MgO-固熔体或MgO-固熔体+CaO-固熔体，因而耐用性好。

(1)Fe2O3的控制：①在中温下生成液相形成致密烧结体，其反应如下，(C₂F，熔点1449℃)，(C₄AF，熔点1415℃)，由于液相的产生，促进了炉底捣打料迅速烧结。

②在高温下，C₂F分解，Fe₂O₃变成FeO，大约在1436℃，MgO与FeO形成无限固熔体，形成镁富氏体，达到致密高温陶瓷结合；由相图知，成品Fe₂O₃应控制在5％以内，原料镁钙铁砂中应控制在7％左右；

(2)CaO的控制：由于FeO_n比MgO或CaO的耐用性差很多，所以料中Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等杂质应与CaO充分反应，同时考虑上海空气潮湿的气候特征，采用无fCaO型MgO-CaO-Fe₂O₃系电炉炉底捣打料。如果CaO太低，就不能把MgO-CaO-Fe₂O₃系电炉炉底捣打料及钢水中的杂质完全反应，存在低熔物而不耐用；如果CaO太高，由于在高温下缺少足够的液相而不能形成良好的烧结，导致使用性能下降。在高温操作MgO/CaO比应控制在3以上；在超高温操作条件下，MgO/CaO比应控制在9左右；CaO的饱和度控制在1.1Al₂O₃+0.7Fe₂O₃+2.8SiO₂范围；

(3)SiO₂的控制：从MgO-CaO-SiO₂三元相图看，液相出现的温度都不会低，但SiO₂与CaO反应生成2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂，会将方镁石表面的2CaO·Fe₂O₃质排挤出去，使得MgO-CaO质耐火材料缺少助烧剂而难以烧结。而且2CaO·SiO₂低于1200℃左右有相变：伴有约10％～20％的体积膨胀，从而造成材料碎散；所以原料镁钙砂中二氧化硅的含量控制SiO₂≤1.5％，产品中控制SiO₂≤1.5％；

(4)Al₂O₃的控制：

熔点1415℃)，在C₄AF存在的条件下，使得MgO-CaO的最低共熔点从2300℃下降到1320℃，而且是稳定液相，不能形成固熔体，大大降低了材料的抗侵蚀性，MgO-CaO-FeO_n质混合料中应控制Al₂O₃＜1.3％；

(5)镁钙铁砂制备工艺的选择

镁钙铁砂制备工艺采用1700～1750℃回转窑重烧，回转窑温度均匀，料子成分及烧成好，高温烧成致密化好。倒焰窑温度不均匀，原料成分控制难。我们使用山东一倒焰窑厂的镁钙铁砂炉龄1450炉，现使用辽宁某厂回转窑重烧的镁钙铁砂炉龄大于1650炉，最高1900炉。所以，我们定点使用辽宁某厂回转窑重烧的镁钙铁砂。

2.原料和成品理化指标

综上所述，结合使用环境具体情况，我们控制原料和成品指标如下表(％)

  MgO％  CaO％  Fe₂O₃％  Al₂O₃％  SiO₂％  IL％  体密g/cm³  其他材性％  镁钙铁  30～83  2.5～55  1～8  ≤1.3  ≤1.5  ≤1.0  ≥2.50  0-1  成品  ≥55  0～30  0～12.5  ≤1.6  ≤2.0  ≤1.0  ≥2.30  0-1

3.Andreassen公式y＝100(d/D)^q中q值与体密的关系

临界粒度为10mm，成品的体密与q值的关系如下表：

  q值  0.19  0.24  0.29  0.34  0.39  0.45  成品体密g/cm³  2.43  2.50  2.61  2.57  2.45  2.37

4.产品实例

现场使用跟踪，发现国内外同类产品存在使用过程中开裂，造成炉底翻料和侵蚀快的缺点。根据MgO-CaO-Fe₂O₃系电炉炉底捣打料自身特点及其使用环境，经反复实验推敲，我们引进了高纯电熔镁砂，增大临界粒度到10mm，目的是减少开裂，提高耐用性。再利用Andreassen公式y＝100(d/D)^q进行最佳颗粒级配，q值根据具体情况一般取0.19～0.45，以达到最紧密堆积，提高抗侵蚀性。根据不同的要求，一般厂家的设计是镁钙铁砂颗粒加电熔镁砂细粉，镁粉引入量0～25％，这往往造成烧结厚度太大，出钢后迅速降温，冷却收缩大而开裂渗钢，反复多次造成炉底翻料，堵塞出钢口，炉壳和底电极温度高等事故，而且镁钙铁砂过高，由于其极易水化，所以运输和保存困难，吸潮后抗侵蚀性下降，吸潮的水分在升温过程中汽化，将产生1244倍的体积膨胀，容易使材料鼓涨开裂。而我们高纯电熔镁砂引入量30～45％，从颗粒到细粉；临界颗粒我们设计为10mm的高纯电熔镁砂，减少了镁钙铁砂料的加入量，大大降低过烧结或水化带来的不良影响。高纯电熔镁砂的增加还可以提高材料的抗侵蚀性能，增大临界粒度则提高了材料的抗热震性能。这都是我们的独到设计。具体产品见下表

  方  案  MgO  ％  CaO  ％  Fe₂O₃  ％  Al₂O₃  ％  SiO₂  ％  IL  ％  其他  材性  ％  体密  g/cm  镁  砂  镁砂  颗粒  ％         常温耐压强度(Mpa)  1300℃  ^*3h  1500℃  ^*3h  1600℃  ^*3h  ①  93.63  0.34  4.42  0.23  0.32  0.10  0.96  2.68  95  75  5.1  27.0  35.4  ②  86.86  8.21  2.76  0.38  0.63  0.18  0.98  2.65  50  42  15.7  37.2  48.5  ③  84.73  9.87  3.32  0.46  0.68  0.23  0.71  2.64  40  35  38.0  49.0  52.0  ④  82.60  11.51  3.89  0.53  0.79  0.29  0.39  2.61  30  24  40.5  50.6  60.0  ⑤  72.41  20.22  5.25  0.36  0.45  0.35  0.96  2.58  10  10  51.8  63.5  72.0