CN102320845B

CN102320845B - 一种Al2O3-SiO2质中间包透气砖及其制备方法

Info

Publication number: CN102320845B
Application number: CN 201110231552
Authority: CN
Inventors: 黄奥; 顾华志; 杜博
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN102320845A

Abstract

本发明涉及一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。以65～78wt％的板状刚玉颗粒、7～20wt％的莫来石颗粒、2～10wt％的白刚玉细粉、1～4wt％的ρ-Al₂O₃细粉和1～3wt％的硅微粉为原料，以0.10～0.20wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物、0.05～0.20wt％的黄糊精、0.01～0.20wt％的偶氮二甲酰胺、1～4wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉和0.20～1.0wt％的氟化铝为外加剂。制备方法是：按含量将外加剂和硅微粉预混均匀，加入板状刚玉颗粒和莫来石颗粒混碾，再加入白刚玉细粉和ρ-Al₂O₃细粉进行混碾，然后外加5～7wt％的水，搅拌，浇注，成型，在110～200℃条件下保温12～48小时，最后在1200～1500℃条件下3小时烧成。制备的透气砖透气性好，强度高、耐冲刷和环境友好。

Description

一种Al2O3-SiO2质中间包透气砖及其制备方法

技术领域

本发明属于Al₂O₃-SiO₂质耐火材料技术领域。具体涉及一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。

背景技术

随着中间包冶金技术的发展，通过安装在中间包底部的透气砖向钢液中吹入惰性气体进行搅拌，不仅可以有效改善钢液的流动、延长钢液的停留时间、促进钢液的混合和利于温度均匀，且可利用产生的微小气泡捕获夹杂物，促进夹杂物的上浮去除，降低钢液中总氧含量，利于洁净钢的生产。因此，研制具有良好透气性、热震稳定性、高强度和抗钢渣渗透侵蚀的中间包弥散式透气砖成为重要的课题。

早期的透气砖中使用的碱性材料(MgO)存在剥落性差和耐热冲击性差的问题，故目前很少使用这样的产品。相比之下，刚玉质材料具有良好的高温性能、抗热震性以及对钢水润湿角比较大的特点，已经成为代替镁质材料的主要材质。但由于纯刚玉质透气砖在使用中抗侵蚀性能差，剥落掉块严重，人们进行了Al₂O₃-MgO材质的研究。MgO通常以细粉形式加入，在烧成过程中和Al₂O₃发生反应生成尖晶石，材料的膨胀系数增大而组织致密化，虽使透气砖的耐侵蚀性和抗氧化性提高，但其透气性受到严重影响。

在保证弥散式透气砖透气性的同时，使其具有良好的高温机械强度和荷重软化温度以及热震稳定性。人们发明了莫来石晶须原位增强的刚玉-莫来石质中间包透气砖，如“一种中间包透气砖及其制备方法”(CN1699267A)专利技术将莫来石以干凝胶粉形式加入，生成莫来石晶须，保持了透气性，增加了强度。但干凝胶粉不易分散，气孔分布不均，较大气孔仍然很多，钢渣易渗透侵蚀造成短寿，且晶须的引入也封闭了很多贯通气孔，其效率还有待提高。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种显气孔率高、透气性好，强度高、抗热震、抗钢渣渗透侵蚀、耐冲刷、环境友好和使用寿命长的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：65～78wt％的板状刚玉颗粒，7～20wt％的莫来石颗粒，2～10wt％的白刚玉细粉，1～4wt％的ρ-Al₂O₃细粉，1～3wt％的硅微粉。

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.10～0.20wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.05～0.20wt％的黄糊精，0.01～0.20wt％的偶氮二甲酰胺，1～4wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.20～1.0wt％的氟化铝。

按上述原料和外加剂的质量百分含量，先将外加剂和硅微粉预混均匀，制成预混料；再将板状刚玉颗粒、莫来石颗粒和预混料混碾，制成混碾料；然后将白刚玉细粉、ρ-Al₂O₃细粉和混碾料混合，外加上述原料5～7wt％的水，搅拌均匀，浇注，振动成型，成型后的坯体在110～200℃条件下保温12～48小时，最后在1200～1500℃条件下3小时烧成。

在上述技术方案中：板状刚玉颗粒的Al₂O₃含量＞95wt％，其粒径为3～0.088mm；莫来石颗粒的Al₂O₃含量＞65wt％，其粒径为1～0.088mm；白刚玉细粉的Al₂O₃含量＞99wt％，其粒径＜0.088mm；ρ-Al₂O₃细粉的Al₂O₃含量＞99wt％，其粒径＜0.01mm；硅微粉的SiO₂含量＞92wt％，其粒径＜0.001mm；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物为六偏磷酸钠∶三聚磷酸钠的质量比为2∶1的混合物；Al₂O₃-SiO₂凝胶粉为溶胶-凝胶莫来石前驱体所制的的凝胶，在110℃×24h条件下烘干；偶氮二甲酰胺的分解温度为120～180℃，其粒径＜0.005mm。

由于采用上述技术方案，本发明将偶氮二甲酰胺和硅微粉、黄糊精预混能消除偶氮二甲酰胺的团聚结块，保证其分散性，且构建的偏酸性的环境避免了偶氮二甲酰胺的常温分解；当热处理时，偶氮二甲酰胺快速分解，利用气泡在聚合物熔体上迅速生长产生很大的拉伸应力，产生原位膨胀-破裂效应，实现氧化铝细粉、莫来石干凝胶粉、黄糊精、硅微粉等的均匀分散。由此，均匀分布的氧化铝细粉和硅微粉原位反应形成更合理的莫来石网络结构，莫来石晶须更加良好的形成，长径比更好，分布更均匀，不易堵塞气孔，较大提升透气砖的透气性和强度，且钢渣不易渗透侵蚀。本发明所制备的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1200～1500℃×3小时烧成后的显气孔率为35～45％、平均孔径为1～10μm、透气度为20～40μm²和耐压强度为40～60MPa。

因此，该法所制备的透气砖具有显气孔率高、透气性好、强度高、抗热震、抗钢渣渗透侵蚀、耐冲刷、环境友好和使用寿命长的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和外加剂的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

板状刚玉颗粒的Al₂O₃含量＞95wt％，其粒径为3～0.088mm；莫来石颗粒的Al₂O₃含量＞65wt％，其粒径为1～0.088mm；白刚玉细粉的Al₂0₃含量＞99wt％，其粒径＜0.088mm；ρ-Al₂O₃细粉的Al₂O₃含量＞99wt％，其粒径＜0.01mm；硅微粉的SiO₂含量＞92wt％，其粒径＜0.001mm；六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物为六偏磷酸钠∶三聚磷酸钠的质量比为2∶1的混合物；Al₂O₃-SiO₂凝胶粉为溶胶-凝胶莫来石前驱体所制的的凝胶，在110℃×24h条件下烘干；偶氮二甲酰胺的分解温度为120～180℃，其粒径＜0.005mm。

实施例1

一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：65～70wt％的板状刚玉颗粒，15～20wt％的莫来石颗粒，8～10wt％的白刚玉细粉，2～4wt％的ρ-Al₂O₃细粉，2～3wt％的硅微粉。

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.10～0.15wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.05～0.10wt％的黄糊精，0.01～0.05wt％的偶氮二甲酰胺，1～2wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.20～0.50wt％的氟化铝。

按上述原料和外加剂的质量百分含量，先将外加剂和硅微粉预混均匀，制成预混料；再将板状刚玉颗粒、莫来石颗粒和预混料混碾，制成混碾料；然后将白刚玉细粉、ρ-Al₂O₃细粉和混碾料混合，外加上述原料5～6wt％的水，搅拌均匀，浇注，振动成型，成型后的坯体在110～160℃条件下保温24～48小时，最后在1200～1300℃条件下3小时烧成。

本实施例1所制得的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1300℃×3小时烧成后的显气孔率为35～40％，平均孔径为1～6μm，透气度为20～28μm²，耐压强度为40～48MPa。

实施例2

一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：68～72wt％的板状刚玉颗粒，12～18wt％的莫来石颗粒，7～9wt％的白刚玉细粉，1～3wt％的ρ-Al₂O₃细粉，2～3wt％的硅微粉。

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.12～0.18wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.08～0.13wt％的黄糊精，0.05～0.10wt％的偶氮二甲酰胺，2～3wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.40～0.70wt％的氟化铝。

按上述原料和外加剂的质量百分含量，先将外加剂和硅微粉预混均匀，制成预混料；再将板状刚玉颗粒、莫来石颗粒和预混料混碾，制成混碾料；然后将白刚玉细粉、ρ-Al₂O₃细粉和混碾料混合，外加上述原料6～7wt％的水，搅拌均匀，浇注，振动成型，成型后的坯体在150～200℃条件下保温12～24小时，最后在1300～1400℃条件下3小时烧成。

本实施例2所制得的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1400℃×3小时烧成后的显气孔率为38～42％，平均孔径为3～8μm，透气度为25～32μm²，耐压强度为45～50MPa。

实施例3

一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：70～75wt％的板状刚玉颗粒，10～17wt％的莫来石颗粒，5～8wt％的白刚玉细粉，2～4wt％的ρ-Al₂O₃细粉，1～2wt％的硅微粉。

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.15～0.20wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.10～0.15wt％的黄糊精，0.10～0.15wt％的偶氮二甲酰胺，3～4wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.50～0.80wt％的氟化铝。

按上述原料和外加剂的质量百分含量，先将外加剂和硅微粉预混均匀，制成预混料；再将板状刚玉颗粒、莫来石颗粒和预混料混碾，制成混碾料；然后将白刚玉细粉、ρ-Al₂O₃细粉和混碾料混合，外加上述原料5～6wt％的水，搅拌均匀，浇注，振动成型，成型后的坯体在110～160℃条件下保温24～48小时，最后在1400～1500℃条件下3小时烧成。

本实施例3所制得的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1500℃×3小时烧成后的显气孔率为40～44％，平均孔径为4～9μm，透气度为28～35μm²，耐压强度为50～55MPa。

实施例4

一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖及其制备方法。该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：74～78wt％的板状刚玉颗粒，7～15wt％的莫来石颗粒，2～7wt％的白刚玉细粉，1～3wt％的ρ-Al₂O₃细粉，1～2wt％的硅微粉。

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.12～0.18wt％的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.14～0.20wt％的黄糊精，0.15～0.20wt％的偶氮二甲酰胺，2～3wt％的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.70～1.0wt％的氟化铝。

本实施例4所制得的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1400℃×3小时烧成后的显气孔率为42～45％，平均孔径为6～10μm，透气度为32～40μm²，耐压强度为55～60MPa。

本具体实施方式将偶氮二甲酰胺和硅微粉、黄糊精预混能消除偶氮二甲酰胺的团聚结块，保证其分散性，且构建的偏酸性的环境避免了偶氮二甲酰胺的常温分解；当热处理时，偶氮二甲酰胺快速分解，利用气泡在聚合物熔体上迅速生长产生很大的拉伸应力，产生原位膨胀-破裂效应，实现氧化铝细粉、莫来石干凝胶粉、黄糊精、硅微粉等的均匀分散。由此，均匀分布的氧化铝细粉和硅微粉原位反应形成更合理的莫来石网络结构，莫来石晶须更加良好的形成，长径比更好，分布更均匀，不易堵塞气孔，较大提升透气砖的透气性和强度，且钢渣不易渗透侵蚀。本具体实施方式所制备的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖经1200～1500℃×3小时烧成后的显气孔率为35～45％、平均孔径为1～10μm、透气度为20～40μm²和耐压强度为40～60MPa。

因此，本具体实施方式所制备的Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖具有显气孔率高、透气性好、强度高、抗热震、抗钢渣渗透侵蚀、耐冲刷、环境友好和使用寿命长的特点。

Claims

1.一种Al₂O₃-SiO₂质中间包透气砖的制备方法，其特征在于该中间包透气砖的原料及其质量百分含量是：65～78wt%的板状刚玉颗粒，7～20wt%的莫来石颗粒，2～10wt%的白刚玉细粉，1～4wt%的ρ-Al₂O₃细粉，1～3wt%的硅微粉；

以上述原料为质量百分数，再加入以下外加剂：0.10～0.20wt%的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物，0.05～0.20wt%的黄糊精，0.01～0.20wt%的偶氮二甲酰胺，1～4wt%的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉，0.20～1.0wt%的氟化铝；

按上述原料和外加剂的质量百分含量，先将外加剂和硅微粉预混均匀，制成预混料；再将板状刚玉颗粒、莫来石颗粒和预混料混碾，制成混碾料；然后将白刚玉细粉、ρ-Al₂O₃细粉和混碾料混合，外加上述原料5～7wt%的水，搅拌均匀，浇注，振动成型，成型后的坯体在110～200℃条件下保温12～48小时，最后在1200～1500℃条件下3小时烧成；

所述的板状刚玉颗粒的Al₂O₃含量>95wt%，其粒径为3～0.088mm；

所述的莫来石颗粒的Al₂O₃含量>65wt%，其粒径为1～0.088mm；

所述的白刚玉细粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径<0.088mm；

所述的ρ-Al₂O₃细粉的Al₂O₃含量>99wt%，其粒径<0.01mm；

所述的硅微粉的SiO₂含量>92wt%，其粒径<0.001mm；

所述的六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物为六偏磷酸钠∶三聚磷酸钠的质量比为2∶1的混合物；

所述的Al₂O₃-SiO₂凝胶粉为溶胶-凝胶莫来石前驱体所制的的凝胶，在110℃×24h条件下烘干；

所述的偶氮二甲酰胺的分解温度为120～180℃，其粒径<0.005mm。