CN114409382B - 一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备方法 - Google Patents

一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备方法，中间包干式料的制备原料包括以下质量百分比的组分：再生镁质料60%‑80%，镁砂10%‑30%，结合剂3%‑5%，添加剂1%‑5%，烧结剂1%‑3%；其中，添加剂包括第一添加剂，第一添加剂为氮化硅铁。该添加氮化硅铁的中间包干式料采用了再生镁质料作为骨料，实现了资源的回收利用，降低了中间包干式料的成本，并且以价格较低的氮化硅铁替代氮化硅、金属铝粉、金属硅作为添加剂，进一步降低了中间包干式料的成本，还通过进一步调配干式料中其他添加剂保证干式料的整体性能，使其具有优异的抗冲刷、侵蚀性能，用于渣线部位能显著提高中间包的整体寿命。

Description

一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备 方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备方法。
背景技术
由于干式料具有寿命长、工艺简单、作业效率高等特点，近些年已被普遍用于中间包的工作衬。现用干式料主要以碱性镁质料为主，经震动、烘烤形成工作层，抵抗钢水和钢渣侵蚀、冲刷、渗透。
中间包工作衬镁质干式料骨料常采用镁砂，镁砂成本较高。而目前，大量的镁碳砖在钢包使用过后被直接丢弃，造成了严重的资源浪费，废弃的镁碳砖在经过破碎、筛分后即可获得抗酸性钢渣侵蚀性能优异的再生镁质料，无需过多人工处理，可大规模生产，从而降低镁质干式料的生产成本。但再生镁质料中氧化镁含量低于镁砂，采用再生镁质料作为骨料时如何进一步保证干式料具有优异的抗冲刷、侵蚀性能，保证其使用寿命，是目前所面临的问题。
为了提高干式料的抗侵蚀性能，保证其使用寿命，通常需要加入一些添加剂，如氮化硅、金属铝粉、金属硅等，但是，氮化硅、金属铝粉的售价较高，而金属硅的价格波动极大，因此，使干式料成本大大提高。
综上，如何降低中间包工作衬镁质干式料的成本，并保证其具有优异的抗冲刷、侵蚀性能，可用于中间包工作衬的渣线部位，保证中间包的整体寿命，是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种添加氮化硅铁的中间包干式料、中间包工作衬及其制备方法，采用了再生镁质料作为骨料，实现了资源的回收利用，降低了中间包干式料的成本，并且以价格较低的氮化硅铁替代氮化硅、金属铝粉、金属硅作为添加剂，进一步降低了中间包干式料的成本，还通过进一步调配干式料中其他添加剂保证干式料的整体性能，使其具有优异的抗冲刷、侵蚀性能，用于渣线部位能显著提高中间包的整体寿命。
为了解决上述问题，本发明提供一种添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料60%-80%，镁砂10%-30%，结合剂3%-5%，添加剂1%-5%，烧结剂1%-3%；
其中，所述添加剂包括第一添加剂，所述第一添加剂为氮化硅铁。
其中，再生镁质料指钢包使用过的镁碳砖经过破碎、筛分后获得的抗酸性钢渣侵蚀性能优异的镁质料。氮化硅铁以Si3N4为主要成分,伴随游离铁，其主要用于高炉堵口炮泥及铁沟料中，氮化硅铁具有优秀的抗氧化性能，其售价远低于氮化硅、金属铝粉，金属硅价格与氮化硅铁相近但价格波动极大，因此，采用氮化硅铁替代氮化硅、金属铝粉、金属硅可显著降低中间包干式料的生产成本。并且，氮化硅铁中含有一定量的氧化铁，与其他添加剂在一定比例下复配使用，有利于产品的烧结。
本发明的添加氮化硅铁的中间包干式料采用了来源广泛且价格低廉的再生镁质料作为骨料，既实现了废弃镁碳砖的回收再利用，又能以远低于高品位镁砂的价格用于渣线干式料。还以抗氧化性能优异且价格显著更低的氮化硅铁替代氮化硅、金属铝粉、金属硅作为添加剂，进一步降低了中间包干式料的成本。
优选地，所述添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料60%-80%，镁砂15%-25%，结合剂3%-5%，添加剂1%-5%，烧结剂1%-3%。
优选地，所述添加剂还包括第二添加剂，所述第二添加剂为有机纤维。
优选地，所述添加剂还包括第三添加剂，所述第三添加剂为硼玻璃粉、玻璃粉、石英中的一种或几种的组合。
氮化硅铁具有很好的抗氧化性能，替代氮化硅、金属铝粉、金属硅用于干式料可降低干式料的生产成本，但其用于干式料易产生膨胀，导致产品烘烤后开裂，因此，需要合理的调配添加剂以控制其导致的膨胀，并通过与适当的其他添加剂相互作用，进一步改善烧结层状态。第二添加剂有机纤维加热后分解，留下微小气孔，可控制干式料的体积密度及气孔率，因而可控制其热膨胀性能；第三添加剂中，各组分能在400-900℃开始熔化，进一步升温后烧结，从而产生一定强度，同时能改善烧结层状态，提升材料整体的抗侵蚀、抗渗透性能。
优选地，所述第一添加剂、所述第二添加剂、所述第三添加剂的质量比为（3-7）：1：（8-12）。
进一步优选地，所述第一添加剂、所述第二添加剂、所述第三添加剂的质量比为5:1:10。
优选地，所述氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
优选地，所述再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
所述再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以（5-20）：（10-30）：（15-30）的质量比混合组成。
优选地，所述镁砂中MgO的含量≥80wt%；
所述镁砂的粒径小于200目。
优选地，所述烧结剂为硫酸镁、硼砂、硼酸、红黏土中的一种或几种的组合；
所述结合剂为酚醛树脂。
本发明的另一目的是提供一种制备上述的添加氮化硅铁的中间包干式料的方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将所述添加氮化硅铁的中间包干式料的制备原料混合，得到所述添加氮化硅铁的中间包干式料。
本发明的再一目的是提供一种中间包工作衬，采用上述的添加氮化硅铁的中间包干式料制备得到。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的添加氮化硅铁的中间包干式料采用了来源广泛且价格低廉的再生镁质料作为骨料，既实现了废弃镁碳砖的回收再利用，又能以远低于高品位镁砂的价格用于渣线干式料。还以抗氧化性能优异且价格显著更低的氮化硅铁替代氮化硅、金属铝粉、金属硅作为添加剂，进一步降低了中间包干式料的成本。氮化硅铁具有很好的抗氧化性能，替代氮化硅、金属铝粉、金属硅用于干式料可降低干式料的生产成本，但其用于干式料易产生膨胀，导致产品烘烤后开裂，因此，需要合理的调配添加剂以控制其导致的膨胀，并通过与适当的其他添加剂相互作用，进一步改善烧结层状态。第二添加剂有机纤维加热后分解，留下微小气孔，可控制干式料的体积密度及气孔率，因而可控制其热膨胀性能；第三添加剂中，各组分能在400-900℃开始熔化，进一步升温后烧结，从而产生一定强度，同时能改善烧结层状态，提升材料整体的抗侵蚀、抗渗透性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料62%，镁砂25%，结合剂5%，添加剂5%，烧结剂3%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以5:30:27的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、有机纤维、硼玻璃粉以5:1:10的质量比的混合；
烧结剂为硫酸镁。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例2
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料80%，镁砂15%，结合剂3%，添加剂1%，烧结剂1%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以20:30:30的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、有机纤维、玻璃粉以3:1:8的质量比的混合；
烧结剂为硼砂。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例3
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料60%，镁砂30%，结合剂4%，添加剂4%，烧结剂2%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以20:10:30的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、有机纤维、硼玻璃粉以5:1:10的质量比的混合；
烧结剂为硼砂。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例4
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料71%，镁砂21%，结合剂5%，添加剂2%，烧结剂1%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以20:30:21的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、有机纤维、玻璃粉以3:1:8的质量比的混合；
烧结剂为红黏土。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例5
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料62%，镁砂25%，结合剂5%，添加剂5%，烧结剂3%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以5：30：27的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁。
烧结剂为硫酸镁。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例6
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料62%，镁砂25%，结合剂5%，添加剂5%，烧结剂3%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以5：30：27的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、膨润土以5:10的质量比的混合；
烧结剂为硫酸镁。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
实施例7
本实施例所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料62%，镁砂25%，结合剂5%，添加剂5%，烧结剂3%；
再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以5：30：27的质量比混合组成；
结合剂为酚醛树脂；
添加剂为氮化硅铁、有机纤维、硼玻璃粉以10:1:10的质量比的混合；
烧结剂为硫酸镁。
其中，再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
镁砂中MgO的含量≥80wt%；镁砂的粒径小于200目；
氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
本实施例的添加氮化硅铁的中间包干式料的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将添加上述原料混合，得到添加氮化硅铁的中间包干式料。
对比例1
本对比例的中间包干式料，其制备原料中各组分质量份数及比例与实施例1均相同，制备方法相同，区别在于将实施例1中氮化硅铁换为等质量的金属铝粉。
对比例2
本对比例的中间包干式料，其制备原料中各组分质量份数及比例与实施例1均相同，制备方法相同，区别在于将实施例2中氮化硅铁换为等质量的金属硅粉。
对比例3
本对比例的中间包干式料，其制备原料中各组分质量份数及比例与实施例1均相同，制备方法相同，区别在于将实施例3中氮化硅铁换为等质量的碳化硼。
对比例4
本对比例的中间包干式料，其制备原料中各组分质量份数及比例与实施例1均相同，制备方法相同，区别在于将实施例1中氮化硅铁换为等质量的氮化硅。
对比例5
本对比例的中间包干式料，其制备原料中各组分质量份数及比例与实施例1均相同，制备方法相同，区别在于不添加氮化硅铁或铝粉。添加剂为有机纤维、硼玻璃粉以1:10的质量比的混合。
添加氮化硅铁的中间包干式料性能测试
对上述各实施例、对比例的中间包干式料耐侵蚀性能；抗折、耐压性能进行测定。
耐侵蚀性能测试方法为：将各实施例及对比例得到的中间包干式料振动烘烤制备成坩埚后，装入钢渣，经1500℃烘烤3小时，测定样品的坩埚侵蚀深度。测定结果如下表1。
由下表1可以看出，实施例1、对比例1-5相比，区别仅在于添加剂中氮化硅铁换作其他成分，相比之下，实施例1与对比例1、3的坩埚侵蚀深度相近，显著低于对比例2、4、5，表明实施例1与对比例1、3的干式料的耐侵蚀性能相近，且显著优于对比例2、4、5，但是对比例1、3、4所采用的的金属铝粉、金属硅粉、氮化硅价格很高，会造成干式料生产成本的显著提高。
其中，实施例5-7与实施例1相比，区别在于添加剂的种类、含量，由于氮化硅铁用于干式料易产生膨胀，导致产品烘烤后开裂，因此，需要合理的调配其他种类的添加剂及其比例，通过各添加剂之间的相互作用来控制氮化硅铁所导致的膨胀，保证产品性能，相比之下，实施例5中未加入其他种类添加剂，样块1500℃烧后膨胀，外皮开裂，坩埚表面及内部均存在大量裂缝，无法满足使用要求；实施例6所采用的膨润土与氮化硅铁之间的配合不佳，也无法较好的控制氮化硅铁产生的膨胀；实施例7中采用了氮化硅铁、有机纤维、硼玻璃粉的组合作为添加剂，但三者的配比不合理，也产生了一定的开裂。
表1
Figure 421074DEST_PATH_IMAGE001
对上述各实施例、对比例的中间包干式料的抗折、耐压性能进行测定，测定结果如下表2。由下表2可以看出，氮化硅铁较其他添加剂而言，能促进烧结，提升高温强度；经其他种类添加剂的合理调配，能够防止氮化硅铁过度烧结导致开裂；实施例5-7的添加剂调配不在优选范围内，导致1500℃烧后过度烧结，线变化率为正，不利于使用后翻包，同时由于过度烧结而开裂，其强度虽高但已无法使用。本发明的添加氮化硅铁的中间包干式料均具有很好的物理性能。
表2
Figure 138494DEST_PATH_IMAGE002
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种添加氮化硅铁的中间包干式料，其特征在于，其制备原料包括以下质量百分比的组分：
再生镁质料60%-80%，镁砂10%-30%，结合剂3%-5%，添加剂1%-5%，烧结剂1%-3%；
其中，所述添加剂包括第一添加剂、第二添加剂、第三添加剂，所述第一添加剂为氮化硅铁，所述第二添加剂为有机纤维，所述第三添加剂为硼玻璃粉、玻璃粉、石英中的一种或几种的组合；所述第一添加剂、所述第二添加剂、所述第三添加剂的质量比为（3-7）：1：（8-12）；
所述再生镁质料为钢包使用过的镁碳砖经过破碎、筛分后获得的镁质料。
2.根据权利要求1所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其特征在于：
所述氮化硅铁中Si3N4质量百分含量≥90%，Fe2O3质量百分含量≤10%。
3.根据权利要求1所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其特征在于：
所述再生镁质料中MgO的含量≥55wt%，Al2O3的含量≤10wt%；
所述再生镁质料由粒径为3mm-5mm的颗粒、粒径为1mm-3mm的颗粒、粒径为200目-1mm的颗粒以（5-20）：（10-30）：（15-30）的质量比混合组成。
4.根据权利要求1所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其特征在于：
所述镁砂中MgO的含量≥80wt%；
所述镁砂的粒径小于200目。
5.根据权利要求1所述的添加氮化硅铁的中间包干式料，其特征在于：
所述烧结剂为硫酸镁、硼砂、硼酸、红黏土中的一种或几种的组合；
所述结合剂为酚醛树脂。
6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的添加氮化硅铁的中间包干式料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照选定质量百分比将所述添加氮化硅铁的中间包干式料的制备原料混合，得到所述添加氮化硅铁的中间包干式料。
7.一种中间包工作衬，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的添加氮化硅铁的中间包干式料制备得到。
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