一种无碳铝镁质不烧砖、配制方法及应用

摘要

本发明涉及一种无碳铝镁质不烧砖、准备方法及应用，其特征在于所述不烧砖包括颗粒级配电熔白刚玉砂、电熔镁砂、氧化镁微粉和氧化铝超微粉以及少量增塑剂和润湿剂。本发明提供的不烧砖应用于300吨精炼钢包上具有良好的保温性并使用钢包的寿命大大超过现有的铝镁砖90-100炉寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种一种无碳铝镁质不烧砖、配制方法及应用，更确切地说 本发明涉及优质品种洁净钢冶炼用钢包内衬工作层铁水区耐火材料铝镁质不 烧砖、配制方法及应用，尤其涉及一种所述的无碳镁质不烧砖是由电熔刚玉 砂、电熔镁砂、预合成的电熔尖晶石砂、氧化铝等超微粉颗粒级配配制而成。 属于冶炼优质品种结晶钢冶炼用耐火材料领域。

背景技术

随着市场对钢铁产品的品质要求不断提高，现代钢铁工业技术水平必须 不断进步，低碳和超低碳洁净钢成为发展的重点，其中二次精炼所用的钢包 是洁净钢冶炼生产过程中的重要设备，采用真空、强搅拌、喷吹氧化剂等方 法，通过改善低碳区脱碳的动力学条件，达到降低钢水中碳含量的目的，使 其碳含量低达60ppm甚至10ppm。因此要求在耐火材料的使用中必须严格控制 其碳含量。且要求钢水的温度不能下降太多，即要求使用的耐火材料具有低 的热导率，具有一定的保温性能。

目前，精炼钢包铁水区耐火材料部分以定型铝镁碳砖、铝镁质浇注料为 主，由于铝镁碳砖中含有较高含量的碳，易引起钢水增碳，且热导率较高约 为10～20W/(m·K)，传热快，热损耗太大，影响了钢水的正常浇注因而限制 了其使用；铝镁质浇注料由于浇注、烘烤质量控制要求较高，容易出现烘烤 炸裂、局部异常损环等不安全事件，而不便于现场生产管理，且铝镁质浇注 料中SiO₂含量通常较高，因此在高温下，易与Al₂O₃、MgO、CaO等组分形成 低熔物，对耐火材料的高温使用性能不利，其高温强度及荷重软化温度都将 下降，抗侵蚀较差，因此对寿命有一定的影响。

据国内外文献报道，为了取代铝镁碳砖、铝镁质浇注料，人们研究了水 玻璃结合、氯氧镁水泥结合等铝镁不烧砖，取得了一定的成绩，其中浙江大 学材料与化工学院的程本军研制的不引起钢水增碳，材料热导率低的铝镁不 烧砖在酒泉钢铁公司进行了试验。

河北理工大学材料学院牛森森等以各种粒径的棕刚玉、白刚玉、镁砂细 粉和α-Al2O3为主要原料，铝凝胶粉为结合剂，研究了了Cr2O3粉加入量对精 炼钢包铝镁不烧砖线变化率、抗折强度、耐压强度、显气孔率、体积密度和 高温抗折强度的影响，并借助XRD和SEM研究了不烧砖的物相组成和显微结 构。

铝镁质无碳不烧砖具有材质高纯，不引起钢水增碳，材料热导率低约为 3～5W/(m·K)、生产质量控制容易等优点，因而在优质品种洁净钢冶炼中必 将得到广泛应用，所以对铝镁不烧砖性能的研究具有实际意义。

本发明拟通过超微细化基质技术的引用，采用磷酸盐基复合结合剂的优 化基质的组成性能和复合添加剂技术的应用，在无碳的情况下机压成型，使 其具有较高的密度，超微细化基质促进了材料在使用过程中的烧结。使其在 完全避免钢水增碳，降低热损耗的同时，达到并超过铝镁碳砖、铝镁浇注料 在钢包铁水区的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无碳铝镁质不烧砖、配制方法及应用。

本发明的特点是通过①磷酸盐基复合结合剂的采用，替代了传统的水玻 璃结合剂的使用，有效地避免了SiO₂的引入，减少了高温下低熔物的形成，使 其高温强度及荷重软化温度得到保证，抗侵蚀增强；②通过在铝镁质不烧砖 中引入超微细化Al₂O₃和MgO粉末，使其在1000℃左右就开始发生固相烧结反 应，并生成原位微细化尖晶石相，使不烧砖具有良好的中高温强度，优异的 抗渣性和好的热震稳定性能；③通过有机增塑剂和润湿剂的复合添加，显著 减少了结合剂中溶剂的加入量，提高材料的塑性，保证了材料的密度，提高 了产品半成品成型合格率。

具体组成的质量百分数是：

5-3mm    电熔刚玉砂10-25％

3-1mm    电熔刚玉砂20-40％

≤1mm      电熔刚玉砂10-25％

≤88μm    电熔刚玉砂5-15％

≤1mm      电熔镁砂1-5％

≤25μm    氧化镁微粉1-5％

≤6μm     氧化铝超微粉3-10％

添加剂：   A：增塑剂       0.1～2％

           B：润湿剂       0.1～2％

结合剂(外加)：   复合型六偏磷酸钠溶液   1～5％

从上述组分中可清楚看出：

1.电熔白刚玉、电熔镁砂等高纯原料的使用，以及磷酸盐基复合结合剂 的采用大大减少了SiO₂的引入，减少了SiO₂与材料中Al₂O₃、MgO、CaO在高 温下生成低熔物的形成，又有效控制了在使用过程中与钢水、钢渣中Al₂O₃、 CaO反应生成低熔物的可能，保证了良好的高温强度及荷重软化温度，增强了 材料的整体抗侵蚀性能。

2.氧化镁微粉和氧化铝超微粉的引入，使其在1000℃左右就开始发生固 相烧结反应，并生成原位微细化尖晶石相，起到增强、增韧的作用，使不烧 砖具有良好的中高温强度，优异的抗渣性和好的热震稳定性能；

3.有机增塑剂分子插入到颗粒、微粉粒子之间，削弱了团聚颗粒间的应 力，增加了微粉粒子的移动性、降低了微粉粒子间的团聚度，从而使颗粒、 微粉粒子的塑性增加，提高材料的塑性，保证了材料的成型密度，提高了产 品半成品成型合格率。所述的有机增塑剂为羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠、 木质素磺酸钙和聚山梨酯中的一种或任二种。

润湿剂即表面活性剂是由亲水基和亲油基组成，降低水性涂料的表面张 力，当与固体表面接触时，亲油基附着于固体表面，亲水基向外伸向液体 中，使液体在固体表面形成连续相。能显著减少了结合剂中溶剂的加入量。 所述的表面活性剂为聚羧酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯脂肪醇醚中的 一种或几种。

本发明提供的铝镁质不烧砖特征在于：

1)将复合型六偏磷酸钠溶液引入铝镁质不烧砖中作为结合剂；所述的结 合剂是以外加的形式加入的；

2)同时将氧化镁微粉和氧化铝超微粉引入到铝镁质不烧砖中；

3)合理的增塑剂和润湿剂搭配引入，提高合格率。

具体而言，本发明提供的铝镁质不烧砖的主要原材料理化性能指标如下 表1：

由本发明提供的铝镁质不烧砖的配制生产工艺步骤是：

①按上述重量组成比例称料；

②按照附图1所示细粉料预混合和物料混练工艺制度；具体步骤是：

i)先按组成中电熔白刚玉砂搅拌混和2-3分钟，然后加入结合剂，结合 剂未复合型六偏磷酸钠溶液，混炼2-3分钟；得到加有结合剂的电熔刚玉砂颗 粒料；

ii)步骤i)混炼后加有结合剂的电熔白刚玉砂颗粒料中加润湿剂(即 表面活性剂)，再混炼3-5分钟；

iii)氧化镁微粉和氧化铝超微粉混和并加入增塑剂进行预混合，预混合 时间10-15分钟，得到预混合细粉；

iv)将步骤iii)和ii)的粉料，混炼8-10分钟。

③按照砖型需要将步骤ii)出料所得的混合料采用相应的压砖机进行压 砖，成型压强控制在100～150MPa之间。

④再在300～350℃的温度下烘烤15～20个小时待用。

本发明生产的铝镁质不烧砖通过在钢铁厂的300吨精炼钢包上试用，低碳 钢种全程RH精炼约30-40分钟，超低碳钢种全程RH精炼约50-60分钟，精炼钢 水温度约1580℃～1620℃，洁净品种钢指标全部达标，避免了钢水增碳问题。 钢包寿命达到了260炉，大大超过铝镁碳砖的寿命(90～100炉)。跟踪观测其 在整个使用周期中，无异常剥落，开裂，侵蚀均匀，出钢钢水温度的减少了 约10℃，炉壳表面温度降低了约30℃，具有良好的保温性，减少了热量损失。 因此证明能够取代现行的铝镁碳砖，可进一步在高级洁净品种钢冶炼钢包上 推广试验，为冶炼优质低碳、超低碳洁净钢创造了良好的条件，具有良好的 市场前景。

附图说明

图1细粉料混合和物料混炼的工艺制度。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步阐明本发明实质性特点和显著的进步。

实施例1

提供铝镁不烧砖含Al₂O₃质量百分数为89.58、MgO为6.51、P₂O₅为1.27 具体配比是5-3mm电熔刚玉砂12％，3-1mm电熔刚玉砂38％，≤1mm电熔 刚玉砂22％，≤88μm电熔刚玉砂12％，≤1mm电熔镁砂4％，≤25μm氧化 镁微粉3％，≤6μm氧化铝超微粉7.5％，增塑剂1％，润湿剂0.5％，复合型 六偏磷酸钠溶液4.2％(外加)，按配方称量后，按生产工艺进行生产，待用。

实施例2

提供铝镁不烧砖含Al₂O₃质量百分数为88.21、MgO为5.23、P₂O₅为1.18 具体配比是5-3mm电熔刚玉砂22％，3-1mm电熔刚玉砂30％，≤1mm电熔 刚玉砂22％，≤88μm电熔刚玉砂8％，≤1mm电熔镁砂2％，≤25μm氧化 镁微粉11％，≤6μm氧化铝超微粉10％，增塑剂1％，润湿剂1％，复合型六 偏磷酸钠溶液4％(外加)，按配方称量后，按生产工艺进行生产，待用。

经检测指标如下表2：

 项目   条件   实施例1   实施例2  Al₂O₃％   89.58   88.21  MgO％   6.51   5.23  P₂O₅％   1.27   1.18  显气孔率％   10.33   10.62  体积密度g/cm³  3.42   3.39  常温抗折强度MPa   300℃*16h   17.8   12.6  常温耐压强度MPa   300℃*16h   98   87   抗折强度MPa   1000℃*3h   30.2   22.4   耐压强度MPa   1000℃*3h   133   125   线变化率％   1000℃*3h   +0.05   +0.03   抗折强度MPa   1600℃*3h   35.1   28.9   耐压强度MPa   1600℃*3h   138   128   线变化率％   1600℃*3h   +0.91   +0.71   热导率W·(m·K)-1   1000℃   3.8   4.2

实施例1和2使用的增塑剂或润湿剂可以是发明内容中所述的一种或任 意二种。