一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料及端盖制造方法

摘要

本发明提供了一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料及含有该耐火材料的端盖制造方法，所述耐火材料中各组分按质量百分比计，包括：铝矾土25‑35％、锆英粉8‑10％、高铝水泥12‑15％、二氧化硅粉35‑45％、水5‑10％；其中，所述铝矾土由以下组分配比组成：粒度为3‑8mm的铝矾土占10‑15％，粒度为1‑3mm的铝矾土占15‑25％。本发明提供的轧辊端盖用耐火材料，具备强度高、耐火度高的特点，与端盖之间的附着力好，在浇注离心大型棒材轧辊时不容易脱落，能够保证端盖不损坏，铁水不跑火，且有效解决轧辊复合区产生的夹渣问题，很好地保证了生产的安全性和产品的质量。

说明书

技术领域

本发明属于离心轧辊技术领域，具体涉及一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料及该端盖的制造方法。

背景技术

轧辊是轧钢生产中的重要冶金设备，也是主要消耗设备之一，轧辊消耗约为轧钢生产成本的5-15％。为了改善轧辊质量，降低轧辊生产成本，现有国内外轧辊企业普遍采用离心铸造的方式进行轧辊生产。轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产效率，还在很大程度上影响轧材的质量。随着轧辊生产技术的不断发展，现有轧辊的耐磨性、强度和韧性均得到了较大提高。

制造轧辊的方法有锻造和铸造两种，而离心铸造轧辊由于其优点显著，尤其是铸造双金属复合轧辊的特点，已使安成为现阶段轧辊的主要生产工艺。在离心铸造生产轧辊毛坏的工艺中，往往会在模具的前、后两端放置一端盖，使得模具和前、后两个端盖之间形成空腔，浇注时先把铸形置于离心铸造机上，把铁水注入旋转的型腔中，利用离心作用使铁水在型腔内表面形成轧辊的外层毛坏，然后取下冷型，再浇注轧辊芯部，得到实心轧辊铸造毛坏。

现有的端盖大多为铁质的端盖，一般是在端盖的工作面打制一层50-500mm厚的耐火水泥层，待耐火水泥层干燥后进行生产使用。然而这种耐火水泥层具备强度差、耐火度较低的缺陷，在离心大型棒材轧辊的生产过程中，金属熔液的温度一般达1200℃以上的高温，随着金属熔液在离心力的作用下发生高速转动，使得耐火水泥层易发生磨损和热疲劳，耐高温强度和抗热冲击能力不够，且耐火水泥层与端盖之间的附着力不够，耐火水泥层容易被高温金属熔液冲击后脱落，端盖型砂易损坏，内部金属熔液容易溢出，造成安全隐患，且使得轧辊复合区存在夹渣的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的就是提供一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料及该端盖的制备方法，本发明提供的轧辊端盖用耐火材料，具备强度高、耐火度高，与端盖之间的附着力好，在浇注离心大型棒材轧辊时不容易脱落，能够保证端盖不损坏，铁水不跑火，且有效解决轧辊复合区产生的夹渣问题，很好地保证了生产的安全性和产品的质量。

为了实现本发明的第一个目的，本发明采用的技术方案为，一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料，所述耐火材料中各组分按质量百分比计，包括：铝矾土25-35％、锆英粉8-10％、高铝水泥12-15％、二氧化硅粉35-45％、水5-10％；其中，所述铝矾土由以下组分配比组成：粒度为3-8mm的铝矾土占10-15％，粒度为1-3mm的铝矾土占15-25％。

本发明提供的耐火材料，将其涂于轧辊端盖面上，具备孔隙度高、导热系数小等特点，可以保证耐火材料具有优良的绝热性和蓄气性，且具备耐火度高、热膨胀率小、高温稳定性好等特点，能够有效增强表层材料与底层材料和端盖之间的结合性，在进行离心大型棒材轧辊浇注时，端盖型砂不易损坏，能够有效防止铁水溢出和夹渣现象。

作为优选的技术方案，所述锆英粉的粒径为100-150目。

作为优选的技术方案，所述二氧化硅粉的粒径为10-15um。

本发明的第二个目的是提供含有本发明所述耐火材料的离心大型棒材轧辊端盖的制造方法，包括如下步骤：

(1)先向粒度为3-8mm的铝矾土中加入总水量30-40％、温度为55-60度的水制成泥浆，然后将泥浆均匀铺设于轧辊端盖的表面，检查表面的平整度，若不平整度大于5mm，则进行平整处理；

(2)将锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥充分混合，加入总水量25-35％、温度为55-60度的水于混合物中，将混合物充分湿润并搅拌均匀，然后铺设于步骤(1)的泥浆表面，检查表面的平整度，若不平整度大于3mm，则进行平整处理；

(3)对步骤(2)所得物的表面进行均匀震实，以表面出浆水为准，用直尺修平，将表面修光至无孔洞、无气泡为止；

(4)向粒度为1-3mm的铝矾土中加入剩余量的室温下的水，混合均匀后将其铺设于步骤(3)所得物表面，对端盖进行造型，然后自然放置48h以上进窑烘烤；

(5)烘烤后得到造型完毕的轧辊端盖，进行工艺指标检测。

作为优选的技术方案，步骤(2)中所述锆英粉的粒径为100-150目。

作为优选的技术方案，步骤(2)中所述二氧化硅粉的粒径为10-15μm。

本发明选择铝矾土、锆英粉、高铝水泥和二氧化硅粉作为主要耐火基料。由于锆英粉的熔点高达1775℃，耐热性能好，线膨胀系数小、热震稳定性好、耐火度高，而且在高温时对大多数合金不起化学反应，但单纯用锆英粉做基料时，由于其绝热性能较差，铸型易受热冲击作用，使用寿命较短，且容易造成轧辊表面开裂，且锆英粉的密度高，作为耐火材料涂抹在端盖表面时悬浮性较差。二氧化硅粉具有较高的耐火度，温度＜1350℃时结构基本无变化，仍能保持较高的绝热性能，在耐火材料中多有应用。高铝水泥是一种水硬性凝胶材料，在耐火材料中常作为结合剂使用，但是在900～1200℃的温度下高铝水泥存在严重的强度下降现象，使得金属熔液在离心转动过程中耐火材料易发生开裂、脱落，端盖型砂易损坏，内部金属熔液容易溢出。

本发明通过采用锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥三者进行混合，其中锆英粉的粒径为100-150目之间，二氧化铝粉的粒径为10-15μm。可通过高铝水泥与水混合后发生水化反应，能够在端盖表面形成具有结晶网架结构从而提高材料的强度；且二氧化硅粉遇水后也可形成胶体粒子，当胶体粒子表面的静电斥力小于其引力时，由于其分子间的范德华力而使胶体粒子之间发生凝聚结合，能够形成硅氧烷网状结构而使材料发生硬化，提高强度；而具有高耐火度和低膨胀系数的锆英粉可有效附着在高铝水泥形成的结晶网架结构和二氧化硅粉形成的硅氧烷网状结构之间，很好地改善了锆英粉密度大、悬浮性差的缺陷，其能够紧密的嵌入网状物中，形成耐火性好、耐高温强度高、抗热冲击能力强的致密耐火层，且附着力强，耐火层不易被高温金属熔液冲击而脱落。通过选择上述锆英粉的粒径和二氧化硅粉的粒径，能够使得二氧化硅粉形成稳定的网状结构，而锆英粉两端可同时嵌入高铝水泥结晶网架和二氧化硅粉网状结构中，大大改善了高铝水泥易开裂和发生脱落的现象。

本发明通过选择不同粒度的铝矾土做为表层材料和底层材料，同时与网架结构发生紧密结合，端盖工作面的铝矾土粒度选择1-3mm之间，使得在端盖表面形成致密的绝热层，进一步提高了材料的耐高温强度和抗热冲击性能，且耐磨损和抗热疲劳性能大大增强，而底层材料选择粒度为3-8mm的铝矾土与端盖粘结，具备孔隙度高，绝热性好的优点，中间层由锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥形成的混合高强耐火材料，具备耐火度高、膨胀系数小，且热震稳定性好，将其用于轧辊端盖上，能够大大增强离心轧辊端盖的强度和耐火度，且与端盖之间的粘结性能好，耐火材料层不会受高温金属熔液的冲击而发生脱落，不会损坏端盖型嫠，能够有效解决轧辊复合区产生的夹渣问题。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料，按质量百分比计，包括以下组分：铝矾土25％、锆英粉10％、高铝水泥15％、二氧化硅粉40％、水10％；其中，所述铝矾土由以下组分配比组成：粒度为3-8mm的铝矾土占10％，粒度为1-3mm的铝矾土占15％；所述锆英粉的粒径为100-150目，所述二氧化硅粉的粒径为10-15μm。

具有上述耐火材料的轧辊端盖的制造方法如下：

(1)先向粒度为3-8mm的铝矾土中加入总水量30％、温度为55℃的水制成泥浆，然后将泥浆均匀铺设于轧辊端盖的表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(2)将锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥充分混合，加入总水量25％、温度为55℃的水于混合物中，将混合物充分湿润并搅拌均匀，然后铺设于步骤(1)的泥浆表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(3)对步骤(2)所得物的表面进行均匀震实，以表面出浆水为准，用直尺修平，将表面修光至无孔洞、无气泡为止；

(4)向粒度为1-3mm的铝矾土中加入剩余量的室温下的水，混合均匀后将其铺设于步骤(3)所得物表面，对端盖进行造型，然后自然放置48h以上进窑烘烤；

(5)烘烤后得到造型完毕的轧辊端盖，进行工艺指标检测。

将上述端盖用于离心大型棒材轧辊铸造，耐火材料能在1400℃的高温下完好使用，材料表面不发生破坏，耐高温强度和抗热冲击性能均较优，使用次数达1000次以上，材料表面基本无变化，与端盖的接触面良好，无脱落现象，使用过程中端盖型砂未发生损坏，未出现金属熔液溢出现象，轧辊复合区无夹渣生成。

实施例2

一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料，按质量百分比计，包括以下组分：铝矾土35％、锆英粉8％、高铝水泥12％、二氧化硅粉45％、水5％；其中，所述铝矾土由以下组分配比组成：粒度为3-8mm的铝矾土占15％，粒度为1-3mm的铝矾土占20％；所述锆英粉的粒径为100-150目，所述二氧化硅粉的粒径为10-15μm。

具有上述耐火材料的轧辊端盖的制造方法如下：

(1)先向粒度为3-8mm的铝矾土中加入总水量40％、温度为60℃的水制成泥浆，然后将泥浆均匀铺设于轧辊端盖的表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(2)将锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥充分混合，加入总水量35％、温度为60℃的水于混合物中，将混合物充分湿润并搅拌均匀，然后铺设于步骤(1)的泥浆表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(3)对步骤(2)所得物的表面进行均匀震实，以表面出浆水为准，用直尺修平，将表面修光至无孔洞、无气泡为止；

(4)向粒度为1-3mm的铝矾土中加入剩余量的室温下的水，混合均匀后将其铺设于步骤(3)所得物表面，对端盖进行造型，然后自然放置48h以上进窑烘烤；

(5)烘烤后得到造型完毕的轧辊端盖，进行工艺指标检测。

将上述端盖用于离心大型棒材轧辊铸造，耐火材料能在1500℃的高温下完好使用，材料表面不发生破坏，耐高温强度和抗热冲击性能均较优，使用次数达1500次以上，材料表面基本无变化，与端盖的接触面良好，无脱落现象，使用过程中端盖型砂未发生损坏，未出现金属熔液溢出现象，轧辊复合区无夹渣生成。

实施例3

一种离心大型棒材轧辊端盖用耐火材料，按质量百分比计，包括以下组分：铝矾土30％、锆英粉10％、高铝水泥14％、二氧化硅粉38％、水8％；其中，所述铝矾土由以下组分配比组成：粒度为3-8mm的铝矾土占12％，粒度为1-3mm的铝矾土占18％；所述锆英粉的粒径为100-150目，所述二氧化硅粉的粒径为10-15μm。

具有上述耐火材料的轧辊端盖的制造方法如下：

(1)先向粒度为3-8mm的铝矾土中加入总水量35％、温度为58℃的水制成泥浆，然后将泥浆均匀铺设于轧辊端盖的表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(2)将锆英粉、二氧化硅粉和高铝水泥充分混合，加入总水量25％、温度为58℃的水于混合物中，将混合物充分湿润并搅拌均匀，然后铺设于步骤(1)的泥浆表面，检查表面平整度，使不平整度≤5mm；

(3)对步骤(2)所得物的表面进行均匀震实，以表面出浆水为准，用直尺修平，将表面修光至无孔洞、无气泡为止；

(4)向粒度为1-3mm的铝矾土中加入剩余量的室温下的水，混合均匀后将其铺设于步骤(3)所得物表面，对端盖进行造型，然后自然放置48h以上进窑烘烤；

(5)烘烤后得到造型完毕的轧辊端盖，进行工艺指标检测。

将上述端盖用于离心大型棒材轧辊铸造，耐火材料能在1800℃的高温下完好使用，材料表面不发生破坏，耐高温强度和抗热冲击性能均较优，使用次数达2000次以上，材料表面基本无变化，与端盖的接触面良好，无脱落现象，使用过程中端盖型砂未发生损坏，未出现金属熔液溢出现象，轧辊复合区无夹渣生成。