一种钢包保温耐蚀永久层浇注料的制备方法

1.本发明属于钢包用耐火材料技术领域，具体涉及一种钢包保温耐蚀永久层浇注料的制备方法。


背景技术：

2.大力推进能源高效利用和绿色低碳发展的新形势下，随着炉外精炼和连铸技术的发展，钢包由原来功能单一的盛装钢水容器逐渐转变为功能复杂的炉外钢水精炼设备。钢水在钢包内停留时间的延长和出钢温度的提高使得钢包的工作环境变得更加苛刻。为了大幅降低钢包耐材导热系数，从而实现降低出钢温度、减少烘烤时间和煤气消耗、减少精炼炉加热时间，减少钢水氧化和炉料消耗、提高钢水质量、减薄钢包耐材厚度、提高钢包有效容量，国内钢包永久层普遍采用了轻量化的耐火材料。但是采用轻量化的永久层衬往往不抗侵蚀、体积稳定性差，对于钢包的安全运行又不利。因此，能够既具有较低的导热系数，又能具备接近工作层抗侵蚀情况的永久层耐材呼之欲出。
3.我公司与武科大、北科大、郑州大学等院校紧密合作，经过10多年的潜心研究，反复试验，成功研制出了“保温、抗侵蚀永久衬”。经我公司在一些合作客户使用后得到评价：该永久衬不但保温效果好（导热系数低）、强度高、而且还具有与工作层相接近的抗侵蚀性能，即使工作层消耗尽，永久衬仍可代替工作层使用。


技术实现要素：

4.本发明的任务旨在克服已有技术缺陷，提供一种既有较低的导热系数，又具有较好的抗侵蚀能力、较高的强度、较好的体积稳定性的钢包保温、抗侵蚀永久层浇注料的制备方法。
5.为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以30～50wt%的高纯铝钙轻质颗粒、10～20wt%的微孔矾土颗粒、2～8wt%的镁砂颗粒、5～10wt%的高纯铝钙轻质细粉、5～10wt%的微孔刚玉细粉、0.5～2wt%的氧化镁微粉、3～8wt%的纯铝酸盐水泥、2～8wt%的活性氧化铝微粉、0.5～2wt%的硅微粉、1～5wt%的1-0.2mm的氧化铝空心球、0.05～0.3wt%的氧化锆粉、1～3wt%的ρ-氧化铝粉、0.1～0.8wt%的减水剂、0.1～1.5wt%的木质素磺酸铵、0.1～0.5wt%的黄原胶、0.1～0.5wt%的瓜尔糖、0.1～0.3wt%的碱式碳酸铜、0.1～0.3wt%的碱式碳酸镁为原料；首先将原料中的氧化镁微粉、纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、氧化锆粉、ρ-氧化铝粉、减水剂、木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖、碱式碳酸铜和碱式碳酸镁预混均匀形成预混粉料，再将高纯铝钙轻质颗粒、微孔矾土颗粒、镁砂颗粒及高纯铝钙轻质细粉、微孔刚玉细粉混合均匀并放入放电等离子球磨机中采用10~30kv电压无球放电混合2~5min，然后与预混粉料混合均匀，即得一种钢包保温耐蚀永久层浇注料。
6.所述的高纯铝钙轻质料颗粒，al2o3含量》75wt%，cao含量7~23wt%，其粒径为6～0.15mm。
7.所述的微孔矾土颗粒的al2o3含量》75wt%，其粒径为6～0.15mm、气孔平均孔径《1μ
m。
8.所述的镁砂颗粒为烧结镁砂颗粒或电熔镁砂颗粒，其mgo含量》96wt%、粒径为3～0.15mm。
9.所述的高纯铝钙轻质细粉，其al2o3含量》90wt%，其粒径《0.088mm。
10.所述的微孔刚玉细粉的al2o3含量》99wt%，其粒径《0.007mm、气孔平均孔径《0.2μm。
11.所述的氧化镁微粉的mgo含量》99wt%，其粒径《0.007mm。
12.所述的纯铝酸盐水泥的al2o3含量》70wt%，其粒径《0.005mm。
13.所述的活性氧化铝微粉的al2o3含量》99wt%，其粒径《0.008mm。
14.所述的硅微粉的sio2含量》95wt%，其粒径《0.008mm。
15.所述氧化铝空心球颗粒的al2o3含量》95wt%，其粒径1~0.2mm。
16.所述氧化锆粉的纯度》98wt%，粒径《0.088mm。
17.所述ρ-氧化铝粉的al2o3含量》88wt%，粒径《0.088mm。
18.所述减水剂为聚羧酸减水剂或其复合减水剂。
19.所述黄原胶和瓜尔糖的粒径《0.088mm。
20.所述碱式碳酸铜和碱式碳酸镁的粒径《0.088mm。
21.由于采用上述技术方案，本发明首先利用纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、ρ-氧化铝粉以及木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖的有机-无机复合结合体系能大幅提升材料浇注成型后的脱模和烘烤强度，同时，碱性碳酸铜能与其中的有机混合物形成铜的络合物，进一步提升材料的强度；在材料烘烤升温过程当中有机结合物、碱性碳酸铜及其铜的络合物会率先分解造孔，随着温度的进一步升高，碱式碳酸镁会在后续气化，进一步成孔；由于材料的合适组成使得烘烤至中温时液相粘度较高，能使气孔保留在材料内部的同时烧结大幅减小孔径；更重要的是经过放电等离子体活化的颗粒表面能与基质紧密结合，在保障材料保温性能的同时也确保了材料具备高的力学性能和抗侵蚀性能，不仅使高温服役时降低了热损失，还提高了钢包运行的安全性，体积密度≧2.2g/cm3、1100度
×
3h显气孔率≧28%、1550℃
×
0.5h线变化率≦
±
0.6%，110℃
×
24h耐压强度≧40mpa，800℃导热系数≤0.80w/m.k，700℃导热系数≤0.75w/m.k，降低了导热系数，提高了钢包的运行安全。
22.因此，本发明所制备的钢包保温、抗侵蚀永久层浇注料不仅保温效果好（导热系数低）、强度高、而且还具有与工作层相接近的抗侵蚀性能。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和工艺参数统一描述如下，实施例中不再重复：高纯铝钙轻质料颗粒，al2o3含量》75wt%，cao含量7~23wt%，其粒径为6～0.15mm；微孔矾土颗粒的al2o3含量》75wt%，其粒径为6～0.15mm、气孔平均孔径《1μm；镁砂颗粒为烧结镁砂颗粒或电熔镁砂颗粒，其mgo含量》96wt%、粒径为3～0.15mm；高纯铝钙轻质细粉，其al2o3含量》90wt%，其粒径《0.088mm；微孔刚玉细粉的al2o3含量》99wt%，其粒径《0.007mm、气孔平均孔径《0.2μm；氧化镁微粉的mgo含量》99wt%，其粒径《0.007mm；纯铝酸盐水泥的al2o3含量》70wt%，其粒径《0.005mm；活性氧化铝微粉的al2o3含量》99wt%，其粒径《0.008mm；硅微粉的sio2含量》95wt%，其粒径《0.008mm；氧化铝空心球颗粒的al2o3含量》
95wt%，其粒径1~0.2mm；氧化锆粉的纯度》98wt%，粒径《0.088mm；ρ-氧化铝粉的al2o3含量》88wt%，粒径《0.088mm；减水剂为聚羧酸减水剂或其复合减水剂；黄原胶和瓜尔糖的粒径《0.088mm；碱式碳酸铜和碱式碳酸镁的粒径《0.088mm。
24.实施例1一种钢包保温耐蚀永久层浇注料的制备方法，以37wt%的高纯铝钙轻质颗粒、20wt%的微孔矾土颗粒、8wt%的镁砂颗粒、10wt%的高纯铝钙轻质细粉、5wt%的微孔刚玉细粉、2wt%的氧化镁微粉、8wt%的纯铝酸盐水泥、2wt%的活性氧化铝微粉、2wt%的硅微粉、3wt%的1-0.2mm的氧化铝空心球、0.3wt%的氧化锆粉、1.2wt%的ρ-氧化铝粉、0.8wt%的减水剂、0.1wt%的木质素磺酸铵、0.1wt%的黄原胶、0.1wt%的瓜尔糖、0.1wt%的碱式碳酸铜、0.3wt%的碱式碳酸镁为原料；首先将原料中的氧化镁微粉、纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、氧化锆粉、ρ-氧化铝粉、减水剂、木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖、碱式碳酸铜和碱式碳酸镁预混均匀形成预混粉料，再将高纯铝钙轻质颗粒、微孔矾土颗粒、镁砂颗粒及高纯铝钙轻质细粉、微孔刚玉细粉混合均匀并放入放电等离子球磨机中采用10~30kv电压无球放电混合2~5min，然后与预混粉料混合均匀，即得一种钢包保温耐蚀永久层浇注料。
25.实施例1所制得的钢包保温耐蚀永久层浇注料，体积密度≧2.25g/cm3、1100度
×
3h显气孔率≧28%、1550℃
×
0.5h线变化率≦
±
0.4%，110℃
×
24h耐压强度≧45mpa，800℃导热系数≤0.8w/m.k，700℃导热系数≤0.75w/m.k，应用于120t精炼钢包，钢包包壁平均温度在260
±
15℃。
26.实施例2一种钢包保温耐蚀永久层浇注料的制备方法，以50wt%的高纯铝钙轻质颗粒、12wt%的微孔矾土颗粒、3.5wt%的镁砂颗粒、5wt%的高纯铝钙轻质细粉、10wt%的微孔刚玉细粉、0.5wt%的氧化镁微粉、3wt%的纯铝酸盐水泥、8wt%的活性氧化铝微粉、0.9wt%的硅微粉、1wt%的1-0.2mm的氧化铝空心球、0.05wt%的氧化锆粉、3wt%的ρ-氧化铝粉、0.15wt%的减水剂、1.5wt%的木质素磺酸铵、0.5wt%的黄原胶、0.5wt%的瓜尔糖、0.3wt%的碱式碳酸铜、0.1wt%的碱式碳酸镁为原料；首先将原料中的氧化镁微粉、纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、氧化锆粉、ρ-氧化铝粉、减水剂、木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖、碱式碳酸铜和碱式碳酸镁预混均匀形成预混粉料，再将高纯铝钙轻质颗粒、微孔矾土颗粒、镁砂颗粒及高纯铝钙轻质细粉、微孔刚玉细粉混合均匀并放入放电等离子球磨机中采用10~30kv电压无球放电混合2~5min，然后与预混粉料混合均匀，即得一种钢包保温耐蚀永久层浇注料。
27.实施例2所制得的钢包保温耐蚀永久层浇注料，体积密度≧2.2g/cm3、1100度
×
3h显气孔率≧30%、1550℃
×
0.5h线变化率≦
±
0.4%，110℃
×
24h耐压强度≧45mpa，800℃导热系数≤0.79w/m.k，700℃导热系数≤0.74w/m.k，应用于150t精炼钢包，钢包包壁平均温度在250
±
15℃实施例3一种钢包保温耐蚀永久层浇注料的制备方法，以42wt%的高纯铝钙轻质颗粒、15wt%的微孔矾土颗粒、5wt%的镁砂颗粒、7wt%的高纯铝钙轻质细粉、8wt%的微孔刚玉细粉、1wt%的氧化镁微粉、5wt%的纯铝酸盐水泥、6wt%的活性氧化铝微粉、1.8wt%的硅微粉、5wt%的1-0.2mm的氧化铝空心球、0.2wt%的氧化锆粉、2wt%的ρ-氧化铝粉、0.3wt%的减水剂、0.7wt%的木质素磺酸铵、0.3wt%的黄原胶、0.3wt%的瓜尔糖、0.2wt%的碱式碳酸铜、0.2wt%
的碱式碳酸镁为原料；首先将原料中的氧化镁微粉、纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、氧化锆粉、ρ-氧化铝粉、减水剂、木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖、碱式碳酸铜和碱式碳酸镁预混均匀形成预混粉料，再将高纯铝钙轻质颗粒、微孔矾土颗粒、镁砂颗粒及高纯铝钙轻质细粉、微孔刚玉细粉混合均匀并放入放电等离子球磨机中采用10~30kv电压无球放电混合2~5min，然后与预混粉料混合均匀，即得一种钢包保温耐蚀永久层浇注料。
28.实施例3所制得的钢包保温耐蚀永久层浇注料，体积密度≧2.2g/cm3、1100度
×
3h显气孔率≧30%、1550℃
×
0.5h线变化率≦
±
0.4%，110℃
×
24h耐压强度≧40mpa，800℃导热系数≤0.77w/m.k，700℃导热系数≤0.73w/m.k，应用于180t精炼钢包，钢包包壁平均温度在240
±
15℃。
29.在本发明技术方案中，本发明首先利用纯铝酸盐水泥、活性氧化铝微粉、硅微粉、ρ-氧化铝粉以及木质素磺酸铵、黄原胶、瓜尔糖的有机-无机复合结合体系能大幅提升材料浇注成型后的脱模和烘烤强度，同时，碱性碳酸铜能与其中的有机混合物形成铜的络合物，进一步提升材料的强度；在材料烘烤升温过程当中有机结合物、碱性碳酸铜及其铜的络合物会率先分解造孔，随着温度的进一步升高，碱式碳酸镁会在后续气化，进一步成孔；由于材料的合适组成使得烘烤至中温时液相粘度较高，能使气孔保留在材料内部的同时烧结大幅减小孔径；更重要的是经过放电等离子体活化的颗粒表面能与基质紧密结合，在保障材料保温性能的同时也确保了材料具备高的力学性能和抗侵蚀性能。其运用于大型精炼钢包上，平均使用寿命大于1500次以上。
30.因此，本发明所制备的钢包保温、抗侵蚀永久层浇注料不仅保温效果好（导热系数低）、强度高、而且还具有与工作层相接近的抗侵蚀性能。