CN101597176A

CN101597176A - 一种适用于提钒转炉用的耐火材料

Info

Publication number: CN101597176A
Application number: CNA2009101597324A
Authority: CN
Inventors: 郑忠燕; 李冬梅; 尚鹏刚; 魏小英; 王长民; 杨强; 王怀斌; 胥勋国; 周昱; 高钦; 段晓东; 吴传坤; 张旭帆; 张红
Original assignee: Pangang Metallurgical Material LLC
Current assignee: Pangang Metallurgical Material LLC
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: CN101597176B

Abstract

本发明公开了一种适用于提钒转炉用的耐火材料。该耐火材料包括以下按质量百分比计的组分：粒径为5mm≥d_粗颗粒≥2mm的粗颗粒占30％～40％，粒径为2mm＞d_中颗粒≥0.088mm的中颗粒料占30％～40％，粒径为d_细粉＜0.088mm的细粉占25％～40％。采用本发明所公开的耐火材料，在酸性熔渣中抗氧化性能好、抗侵蚀性能强、高温强度高，适用于提钒转炉的酸性冶炼环境。

Description

一种适用于提钒转炉用的耐火材料

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体地讲，本发明涉及一种适用于提钒转炉用的耐火材料。

背景技术

随着冶炼技术的发展和冶炼环境的变化，对转炉用耐火材料的要求也越来越高。对于钒钛磁铁矿的冶炼，与普通的炼钢相比，多了一道提钒工艺。通常，炼钢转炉采用镁碳砖作为工作衬。然而，炼钢转炉的使用温度在1650℃左右，而提钒转炉的使用温度只有1400℃，但提钒转炉的最高炉龄却与同类型炼钢转炉的使用寿命相当。具体而言，由于目前的炼钢转炉渣偏碱性，所以炼钢转炉采用镁碳砖作为工作衬，使用寿命较高，而提钒转炉渣的主要成分是V₂O₅、FeO、SiO₂、TiO₂等，炉渣偏酸性，会加速对碱性耐火材料的侵蚀，导致提钒转炉在使用温度低于炼钢转炉温度的情况下，其使用寿命与同类型炼钢转炉使用寿命相当，所以碱性耐火材料并不适合用于提钒转炉。

通过对提钒转炉所用镁碳质耐火材料的损毁机理进行研究，发现其损毁主要存在两方面的原因：一方面是工作面上的脱碳，具体而言，含碳耐火材料中的碳从500℃开始发生氧化，一直持续到使用温度，碳的氧化会引起耐火材料在500℃～900℃时组织结构疏松，从而使耐火材料强度降低，显气孔率增加，随即被钢液或气流冲刷损毁；另一方面，随着显气孔率的增加，且因提钒转炉渣中含有大量V₂O₅而导致熔渣粘度降低，而熔渣更易侵入耐火材料内部，渣中V₂O₅和TiO₂随液相渗入砖中，一部分与基质中的碳反应，导致碳的氧化和MgO颗粒在渣中的溶解，另一部分则侵入MgO晶界中肢解镁砂，使粗颗粒破坏，从而加速了对MgO-C砖的蚀损。

因此，目前提钒转炉的基础炉龄只有3000炉次～3500炉次，通过采用修补和护炉措施，大修炉龄在7000炉左右，最高炉龄与同类型炼钢转炉的寿命相当，所以有必要针对冶炼的实际情况，研发合适的新型耐火材料。相比较而言，铝碳化硅碳(Al₂O₃-SiC-C)质耐火材料更适合提钒转炉酸性渣的冶炼环境。然而，传统的铝碳化硅碳砖因显气孔率较高，明显不能满足在粘度很低的高钒渣环境下的使用要求，同时普通的铝碳化硅碳砖也存在抗氧化性能较差的技术难题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的不足，解决现有提钒转炉采用的耐火材料在使用中存在的问题。因此，本发明提供一种在酸性熔渣中抗氧化性能好、抗侵蚀性能强、高温强度高的适用于提钒转炉的耐火材料。

本发明提供了一种适用于提钒转炉用的耐火材料，所述耐火材料包括以下按质量百分比计的组分：粒径为5mm≥d_粗颗粒≥2mm的粗颗粒占30％～40％，粒径为2mm＞d_中颗粒≥0.088mm的中颗粒料占30％～40％，粒径为d_细粉＜0.088mm的细粉占25％～40％。

此外，根据本发明的提钒转炉用的耐火材料还外加有1％～3％总重量比的添加剂和2.5％～3％总重量比的结合剂。

根据本发明，粗颗粒为特级矾土、刚玉的一种或两种；中颗粒料为特级矾土、刚玉、碳化硅的一种或两种；细粉由高温沥青细粉、石墨、碳化硅和刚玉组成。添加剂为CaB₆、ZrB₂、铝硅合金、Al₄SiC₄、Al、Si、氮化硅铁的一种或一种以上。结合剂为酚醛树脂。

本发明通过优化基质组成，降低了显气孔率；引入合适的添加剂，提高耐火材料抗氧化性能，同时利用添加剂在冶炼过程中的分解物，与熔渣反应生成的熔融相保护层及时填充气孔，从而阻止了氧的侵入，不仅能进一步提高耐火材料抗氧化性能，同时可阻止熔渣侵入耐火材料内部气孔，提高耐火材料抗渣性。因此，本发明尤其适用于采用铝碳化硅碳砖作为耐火材料在酸性环境下的冶炼。

具体实施方式

在下文中，除非特别说明，否则各种物质的含量均以重量百分比计。

本发明提供了一种适用于提钒转炉的耐火材料，该耐火材料具有在酸性熔渣中抗氧化性能好、抗侵蚀性能强、高温强度高的优点。

根据本发明的提钒转炉用的耐火材料包括以下按质量百分比计的组分：粒径为5mm≥d_粗颗粒≥2mm的粗颗粒占30％～40％，粒径为2mm＞d_中颗粒≥0.088mm的中颗粒料占30％～40％，粒径为d_细粉＜0.088mm的细粉占25％～40％。

本领域技术人员可以理解，在本发明中，为了达到物料的紧密堆积，故将物料分为粗颗粒、中颗粒和细粉；在此，理想的堆积应该是：粗颗粒构成框架，中颗粒填充于粗颗粒构成的间隙中并与粗颗粒相切，细粉填充于中颗粒构成的空隙中。具体地讲，在本发明的提钒转炉用的耐火材料中，粗颗粒为特级矾土、刚玉的一种或两种。中颗粒料为特级矾土、刚玉、碳化硅的一种或两种。细粉为高温沥青细粉、石墨、碳化硅细粉和刚玉细粉；此外，在本发明的提钒转炉用的耐火材料中，还外加有1％～3％总重量比的添加剂和2.5％～3％总重量比的结合剂。

本发明通过采用包括上述物质的耐火材料优化了基质组成，从而降低了显气孔率。具体地讲，因为特级矾土和刚玉能够承受足够高的使用温度和良好的抗环境侵蚀性能等，所以根据本发明的提钒转炉用的耐火材料选用特级矾土和/或刚玉作为粗颗粒、中颗粒料和/或细粉。

另外，因为碳化硅具有良好的抗渣性、抗氧化性和热震稳定性，所以根据本发明的提钒转炉用的耐火材料选用硅化硅作为中颗粒料和/或细粉。另外，需要指出的是，在本发明的提钒转炉用的耐火材料中包括碳化硅细粉，优选地，以耐火材料的总重量为100％计，碳化硅细粉的含量在5％～12％的范围内。

此外，因为石墨的抗热震性高、抗化学侵蚀性好，所以根据本发明的提钒转炉用的耐火材料还包括作为细粉的石墨。优选地，以耐火材料的总重量为100％计，石墨细粉的含量在8％～15％的范围内。

此外，在根据本发明的提钒转炉用的耐火材料中还包括高温沥青细粉，用来降低气孔率、提高抗氧化性并且提高强度。优选地，以耐火材料的总重量为100％计，高温沥青细粉的含量为1％。

在本发明中，特级矾土是指达到以下性能指标的矾土：Al₂O₃含量≥85％，体积密度≥3.15g/cm³，吸水率≤4％。刚玉是指达到以下性能指标的刚玉：Al₂O₃含量≥94％，体积密度≥3.8g/cm³，吸水率≤4％。碳化硅是指达到以下性能指标的碳化硅：SiC的含量≥94％，Fe₂O₃的含量≤1.2％，游离碳的含量≤1.2％，粒度≤0.088mm的碳化硅含量≥95％。所述的石墨是指达到以下性能指标的石墨：LG 100-98，固定碳含量≥98％，筛余量(是指没有从筛孔通过而留在筛中的材料的数量)≥75％，水分含量≤0.5％。高温沥青是指达到以下性能指示的沥青：固碳(指高温沥青中固定碳的百分比含量)≥40％，挥发份≤60％，粒度≤0.088mm。

此外，在本发明的提钒转炉用的耐火材料中，还可以加入添加剂和结合剂。在本发明中，添加剂为CaB₆、ZrB₂、铝硅合金、Al₄SiC₄、Al、Si、氮化硅铁的一种或一种以上。根据本发明的提钒转炉用耐火材料，95％以上的添加剂的粒度≤0.088mm，即添加剂粒度≤0.088mm的大于等于95％。在本发明中，添加剂与熔渣的反应生成物填充气孔，同时生成保护层，从而阻止氧气进入和熔渣侵入耐火材料内部，进而提高了耐火材料的抗氧化性和抗渣性；此外，添加剂还促进耐火材料的烧结，从而提高了耐火材料的高温强度以及抗冲刷性。

在本发明中，结合剂是指能将一定颗粒度组成的耐火材料集料(颗粒料和粉料)胶结在一起，并产生足够的常温或高温结合强度的物质，并且具有良好的作业性能和高温使用性能。本发明采用酚醛树脂作为结合剂，这是因为酚醛树脂的残碳率高、黏结性好，成型好的坯体强度高、热处理后强度高。结合剂随着温度变化其加入量有波动，因此结合剂酚醛树脂采用外加的方式。酚醛树脂是指达到以下性能指标的酚醛树脂：固含量≥84％，残碳量≥45％，游离酚≤8％，游离醛≤2％，水分≤4％，粘度为4pa.s～8pa.s。

因此，本发明通过优化基质组成，降低了显气孔率；引入合适的添加剂，提高耐火材料的抗氧化性能，同时利用添加剂在冶炼过程中的分解物，与熔渣反应生成的熔融相保护层及时填充气孔，从而阻止了氧的侵入，不仅能进一步提高耐火材料的抗氧化性能，同时可阻止熔渣侵入耐火材料的内部气孔，提高耐火材料的抗渣性。因此，根据本发明的提钒转炉用耐火材料由于添加了添加剂，可以改善铝碳化硅碳砖的性能，所以本发明所公开的耐火材料尤其适用于酸性冶炼环境。

下面将结合本发明的实施例来更好地描述本发明。需要指出的是，在下面的各个实例中，各种粗颗粒的粒径均在5mm～2mm的范围内，各种中颗粒料的粒径均在2mm～0.088mm的范围内，各种细粉的粒径均小于0.088mm。

实例1

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒29％，刚玉粗颗粒5％，特级矾土中颗粒料25％，粒径在要求范围内的刚玉中颗粒10％，刚玉细粉10％，碳化硅细粉12％，石墨8％，高温沥青细粉1％，CaB₆外加0.15％，ZrB₂外加0.15％，Al外加1％，酚醛树脂外加3％。

实例2

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒32％，特级矾土中颗粒30％，碳化硅中颗粒5％，刚玉细粉15％，碳化硅细粉5％，石墨12％，高温沥青细粉1％，ZrB₂外加0.2％，铝硅合金外加1％，酚醛树脂外加3％。

实例3

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒32％，特级矾土中颗粒30％，碳化硅中颗粒5％，刚玉细粉15％，碳化硅细粉5％，石墨12％，高温沥青细粉1％，铝硅合金外加1％，Al₄SiC₄外加0.5％，酚醛树脂外加3％。

实例4

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒29％，刚玉粗颗粒5％，特级矾土中颗粒25％，刚玉中颗粒10％，刚玉细粉10％，碳化硅细粉5％，石墨15％，高温沥青细粉1％，CaB₆外加0.15％，ZrB₂外加0.15％，铝硅合金外加1％，酚醛树脂外加3％。

实例5

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒32％，特级矾土中颗粒30％，碳化硅中颗粒5％，刚玉细粉15％，碳化硅细粉5％，石墨12％，高温沥青细粉1％，氮化硅铁外加1％，酚醛树脂外加3％。

实例6

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒22％，刚玉粗颗粒10％，特级矾土中颗粒20％，刚玉中颗粒15％，刚玉细粉12％，碳化硅细粉8％，石墨12％，高温沥青细粉1％，金属铝外加1.5％，酚醛树脂外加3％。

实例7

将以下按重量百分计的组分混合而得到本发明的提钒转炉用耐火材料：特级矾土粗颗粒22％，刚玉粗颗粒10％，特级矾土中颗粒20％，刚玉中颗粒15％，刚玉细粉12％，碳化硅细粉8％，石墨12％，高温沥青细粉1％，金属硅外加1.5％，酚醛树脂外加3％。

对实例1至实例7得到的耐火材料进行试验，测试各耐火材料的气孔率、体积密度、抗渣性、抗氧化性、抗侵蚀性等性能，得到下面的表1。

表1

通过将根据本发明的实例1至实例7与根据现有技术的镁碳砖相比，可以发现，与根据现有技术的镁碳砖相比，根据本发明的提钒转炉用的耐火材料的常温耐压强度明显改善，并且抗渣性和抗氧化性明显提高。

因此，本发明通过将提钒转炉的耐火材料由镁碳质改为铝碳化硅碳质，取得了以下优点：

(1)通过采用Al₂O₃-SiC-C质材料作为耐火材料，提高了耐火材料的抗酸性侵蚀的能力；

(2)通过优化基质组成，降低了耐火材料的气孔率；

(3)通过引入添加剂，添加剂与熔渣的反应生成物填充气孔，同时生成保护层，阻止氧气进入和熔渣侵入耐火材料的内部，从而提高了耐火材料的抗氧化性和抗渣性；并且促进耐火材料的烧结，提高了耐火材料的高温强度以及抗冲刷性。

Claims

1、一种适用于提钒转炉用的耐火材料，其特征在于，所述耐火材料包括以下按质量百分比计的组分：粒径为5mm≥d_粗颗粒≥2mm的粗颗粒占30％～40％，粒径为2mm＞d_中颗粒≥0.088mm的中颗粒料占30％～40％，粒径为d_细粉＜0.088mm的细粉占25％～40％。

2、如权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述耐火材料还外加有1％～3％总重量比的添加剂和2.5％～3％总重量比的结合剂。

3、如权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述粗颗粒为特级矾土、刚玉的一种或两种。

4、如权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述中颗粒料为特级矾土、刚玉、碳化硅的一种或两种。

5、如权利要求1所述的耐火材料，其特征在于，所述细粉由石墨、高温沥青细粉、碳化硅和刚玉组成。

6、如权利要求5所述的耐火材料，其特征在于，所述耐火材料中，石墨的含量为8％～15％，高温沥青细粉的含量为1％，碳化硅细粉的含量为5％～12％，刚玉细粉的含量为10％～15％。

7、如权利要求2所述的耐火材料，其特征在于，所述添加剂为CaB₆、ZrB₂、铝硅合金、Al₄SiC₄、Al、Si、氮化硅铁的至少一种。

8、如权利要求2所述的耐火材料，其特征在于，所述结合剂为酚醛树脂。

9、如权利要求3至5中任一项所述的耐火材料，其特征在于，所述特级矾土为Al₂O₃含量≥85％、体积密度≥3.15g/cm³、吸水率≤4％的矾土。