CN110526721A - 一种炼钢rh精炼炉浸渍管用耐火材料 - Google Patents

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Abstract

一种炼钢RH精炼炉浸渍管用耐火材料，其主要组分的重量百分数为：六铝酸钙颗粒50～68％；0～20％刚玉细颗粒；镁铝尖晶石细粉0～15％；刚玉细粉0～21％；铝酸钙水泥1～4％；镁砂粉0～10％；活性氧化铝微粉3～10％，外加减水剂0.3～1.0％。本发明显著提高了RH精炼炉浸渍管用耐火材料的抗热震性、绝热性、抗侵蚀性，尤其在RH脱硫精炼工艺条件下，使浸渍管有更好的寿命和安全性。

Description

一种炼钢RH精炼炉浸渍管用耐火材料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种炼钢RH精炼炉浸渍管用耐火材料。
背景技术
炼钢RH精炼炉功能强、处理能力大、处理周期短、处理后钢水洁净度高等特点，成为炼钢最重要的炉外精炼装备之一。RH精炼炉关键耐火材料分别在上部槽、中部槽、下部槽、环流管及浸渍管。工作时把RH精炼炉的浸渍管***钢包内的钢液里，使钢液沿浸渍管上升管进入RH精炼炉的下部槽，并经过浸渍管的下降管回到钢包，形成钢液的真空循环而净化钢水。尽管RH浸渍管采用了刚玉质、铝镁质、铝尖晶石质等高档耐火材料。因为浸渍管耐火材料承受钢液冲刷及渣的侵蚀很厉害，加上是急冷急热的间歇操作，使用条件最苛刻，RH浸渍管是耐火材料寿命最低的部位。
随着炼钢精炼工艺技术的发展与高等级品种钢冶炼的需要，在RH精炼炉内进行脱硫工艺处理越来越多，这进一步加剧了RH浸渍管耐火材料的侵蚀，因为脱硫剂多为CaO、CaF2等，渣的碱性非常高，对原有耐火材料熔损加剧，导致寿命下降，不利于炼钢生产与安全。因此开发新型的RH浸渍管耐火材料，进一步提高RH脱硫工艺条件下耐火材料的抗侵蚀性能及抗热震性能非常重要。
现有RH浸渍管浇注料通常以刚玉为骨料，因为Al2O3的抗常规精炼渣侵蚀性能非常好，所以，以刚玉为主要原料的刚玉浇注料、刚玉尖晶石浇注料应用在RH浸渍管上最广泛。例如，中国专利CN101591186A公开了由刚玉与尖晶石为主要原料制备RH浸渍管，克服了耐火材料开裂明显、抗侵蚀渗透性能不佳的问题。但该材质体系为刚玉或铝镁材料，本身决定了抗热震性能是有局限的。同时，该体系的材料导热系数比较高，应用时RH浸渍管内钢胆的温度比较高，膨胀很大，往往把浸渍管浇注料撑开开裂而导致损坏。
中国专利CN102503449A公开了一种RH精炼浸渍管用浇注料，为了提高材料的抗侵蚀性能、抗渣渗透性能及抗热震性好，加入了7.5～23.5％的SiC。但如果RH渣中CaO含量高、碱度高，加入SiC则不会表现出良好的抗侵蚀性。另外SiC抗氧化性能有缺陷，应用中会导致耐火材料物理性能下降。所以，该材料不适合RH高碱度渣或脱硫条件下的应用。
RH精炼炉的浸渍管是由耐火材料包裹一个圆筒型的钢胆组成，钢胆所处温度越高，钢胆膨胀越大，对浸渍管耐火材料应用影响越不利。浸渍管要有良好的应用寿命，首先关键性能例如耐火材料的抗热震性必须更为优异，以抵抗温度急变的应用条件。如果耐火材料还具有一定的保温性能，使钢胆的应用温度比原来下降，那么浸渍管所承受钢胆的膨胀应力大大减少，则浸渍管寿命也可以提高。材料的抗侵蚀性必须与它接触的渣系相匹配，对高CaO体系的精炼渣无疑是含CaO含量高的耐火材料抗侵蚀更为优越。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炼钢RH精炼炉浸渍管用耐火材料，提高耐火材料的抗热震性、绝热性、抗侵蚀性，尤其适用于RH精炼炉内进行脱硫处理的工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其主要组分的重量百分数为：
进一步，所述六铝酸钙颗粒的显气孔率≤12％，吸水率≤4％。
优选的，所述六铝酸钙颗粒的粒径≤10mm。
优选的，所述刚玉细颗粒的粒径≤1mm，刚玉细粉的粒径≤0.074mm。
优选的，所述镁铝尖晶石细粉的粒径≤0.074mm。
优选的，所述活性氧化铝微粉的粒径≤5μm。
优选的，所述镁砂粉的粒径≤0.074mm。
优选的，所述铝酸钙水泥的粒径≤0.074mm。
再，所述刚玉为烧结刚玉、电熔刚玉的一种或两种。
本发明所述镁铝尖晶石是电熔镁铝尖晶石或烧结镁铝尖晶石。
本发明提供的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料采用六铝酸钙为主要骨料原料，以刚玉、镁铝尖晶石、镁砂、活性氧化铝微粉为基质原料，以铝酸钙水泥为结合剂，外加少量减水剂搅拌均匀而成。使用时将混合均匀好的材料加入一定量的水搅拌成有流动性的浇注料，浇注成RH浸渍管耐火材料预制件，经过干燥、烘烤后投入使用。该RH浸渍管材料的抗脱硫渣侵蚀性、抗热震性、保温性都优于现有耐火材料，特别适合于RH精炼炉内进行脱硫处理的脱硫体系。
本发明中六铝酸钙是CaO-Al2O3系中耐高温性能最好的铝酸钙相(CA6)，其理论密度为3.79g/cm3，熔点高于1875℃，热膨胀系数为8.0×10-6℃-1。本发明研究发现，六铝酸钙具有如下优点：在含铁熔渣中的溶解度低，在碱性环境中的化学稳定性好，对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低，六铝酸钙材料有较低的导热性、高温体积稳定性、抗热震性和抗侵蚀性。
由于六铝酸钙是片层状结构，在合成制造时不易烧结致密，往往合成的原料气孔率高、吸水率偏高，这样的原料在施工浇注时流动性下降、加水量偏高，导致浇注料物理性能下降，从而也影响浸渍管使用寿命。因此，本发明控制采用的六铝酸钙颗粒显气孔率≤12％，吸水率≤4％。由于浸渍管体积较大，为了获得更好的致密性、更高的强度和抗热震性，六铝酸钙作为耐火材料时，其临界粒度大些为宜，本发明控制六铝酸钙颗粒临界粒度为10mm。但如果六铝酸钙颗粒太大，原料致密性就无法保证，浸渍管浇注料强度就下降，制备的浸渍管强度会降低。
本发明耐火原料中的刚玉(Al2O3)是一种非常优异的高温耐火原料，抗侵蚀性能、耐磨性能良好，致密性好，本发明以刚玉细颗粒或/和刚玉细粉两种形式添加。本发明中刚玉为烧结刚玉、电熔刚玉的一种或两种组合使用。
本发明中镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)也是一种非常优异的高温耐火原料，对炼钢渣抗渗透性能好，而且热震性比刚玉好。本发明中镁铝尖晶石可以是电熔或烧结镁铝尖晶石中的一种。
本发明所述耐火材料中各组分加水搅拌得到的浇注料在施工后需要保证强度，所以采用铝酸钙水泥为结合剂，其矿物相主要为CA、CA2及少量的C12A7。水泥中矿物相CA的熔点只有1600℃，C12A7的熔点是1415℃，在精炼过程中精炼温度超过1600℃，此情况下它们是低熔物。所以，本发明的浸渍管浇注料中控制水泥的加入量不超过4％，制备的浸渍管材料在应用过程中耐高温性能非常好。
经检测，本发明提供的耐火材料的物理性能指标为：1600℃×3h烘后体积密度≤2.9g/cm3、耐压强度≥155MPa、抗折强度≥27MPa，500℃下导热系数≤0.6w/m·k，1600℃-冷水下抗热震性≥19次，1600℃×3h烧后抗普通精炼渣(CaO 15～32％)侵蚀指数≥100％，抗试验脱硫渣(CaO≥35％)侵蚀指数≥115％，抗脱硫剂(CaO≥70％)侵蚀性指数≥120％。因此，本发明的RH浸渍管耐火材料在抗热震性、抗侵蚀性方面有明显提高，尤其是材料的绝热效果比原有材料提高了40％以上，大大降低浸渍管钢胆的应用温度，整体提高浸渍管应用寿命。
本发明的有益效果：
由于RH精炼过程中RH精炼渣主要成分是CaO、Al2O3、MgO，脱硫处理工艺中脱硫剂主要成分是CaO、CaF2，本发明提供的RH浸渍管浇注料主要成分也是CaO、Al2O3、MgO，所以对渣系的适应性及匹配性都比较好，具有优异的抗侵蚀性；本发明以六铝酸钙为主要骨料原料，浇注料导热系数比现有刚玉浇注料或刚玉尖晶石浇注料降低40％以上，绝热性更好，使浸渍管的钢胆壳温度低，膨胀应力大大减少；同时，本发明的浇注料抗热震性优异。因此，本发明提供的浸渍管具有更好的寿命和安全性，特别是在RH脱硫精炼工艺条件下，RH精炼炉浸渍管寿命得到显著提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例的材料组成成分，表2为实施例的性能分析与对比，表2中*普通精炼渣中CaO 15～32％，**试验脱硫渣中CaO≥35％，***脱硫剂中CaO≥70％，对比例1材料为现有的刚玉质浇注料，对比例2为现有的铝镁浇注料。
由表2可知，本发明的RH浸渍管耐火材料的物理性能指标为：1600℃×3h烘后体积密度≤2.9g/cm3、耐压强度≥155MPa、抗折强度≥27MPa，500℃下导热系数≤0.6w/m·k，1600℃-冷水(常温)下抗热震性≥19次，1600℃×3h烧后抗普通精炼渣侵蚀指数≥100％，抗试验脱硫渣侵蚀指数≥115％，抗脱硫剂侵蚀性指数≥120％。因此，本发明的RH浸渍管耐火材料在抗热震性、抗侵蚀性方面有明显提高，尤其是材料的绝热效果比原有材料提高了40％以上，大大降低浸渍管钢胆的应用温度，从而整体提高浸渍管应用寿命。
表1单位：重量百分比％
表2

Claims (10)

1.一种炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其主要组分的重量百分数为：
2.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述六铝酸钙颗粒的显气孔率≤12％，吸水率≤4％。
3.根据权利要求1或2所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述六铝酸钙颗粒的粒径≤10mm。
4.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述刚玉细颗粒的粒径≤1mm，刚玉细粉的粒径≤0.074mm。
5.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述镁铝尖晶石细粉的粒径≤0.074mm。
6.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述活性氧化铝微粉的粒径≤5μm。
7.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述镁砂粉的粒径≤0.074mm。
8.根据权利要求1所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述铝酸钙水泥的粒径≤0.074mm。
9.根据权利要求1或4所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述刚玉为烧结刚玉、电熔刚玉的一种或两种。
10.根据权利要求1或5所述的炼钢RH炉浸渍管用耐火材料，其特征在于，所述镁铝尖晶石是电熔镁铝尖晶石或烧结镁铝尖晶石。
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