CN1189272C - 一种冶金浇铸用滑动水口砖及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于对冶金浇铸用滑动水口砖的改进，尤其涉及滑动水口砖耐火材料组成及制备，其特征是至少滑动水口砖工作面层，基本上由75-98%(重量，下同)的高Al2O3含量的耐火骨料和2-25%的熔点＜1000℃的金属微粒混合，并在中性或还原气氛下经400-1300℃烧成，得到一种具有金属结合高铝质耐火材料面层的滑动水口砖。本发明由于耐火材料中均匀分散有低熔金属微粒，不仅大大提高了材料硬度，而且提高了滑动水口砖的表面光洁度和硬度，从而使得到的滑动水口砖的使用性能大大提高，具有结构强度高，抗氧化、抗侵蚀、抗热震性优，高温耐磨性能极佳，不会产生“荒面”现象，可以用于各种不同钢水浇注，使滑动水口砖对钢水的适应性得到扩大。
Description
技术领域
本发明是关于对冶金浇铸(钢水浇铸)用滑动水口砖组成及制备方法的改进。
背景技术
目前冶金浇铸用滑动水口砖(上下水口、上下滑板砖)较常用有铝碳、铝锆碳、镁质、刚玉等四大类材质，随着炼钢工艺的发展，对滑动水口砖要求日益提高，尤其是对抗热冲击、抗侵蚀、高温结构强度及高温耐磨性能提出更高要求。然而铝碳、铝锆碳质滑动水口砖，虽具有抗热震性能好，强度高的特点，但存在易氧化缺点，滑板砖多炉连用时会因氧化导致高温结构强度降低，板面疏松，严重的会产生工作面层浇钢区域拉毛、细粉脱落现象，称为“荒面”，造成滑板砖开关困难甚至危及安全生产；其次，含碳滑板砖在浇铸低碳钢时，耐火材料中的碳容易熔解到钢水中，导致钢水增碳，影响钢的质量；再就是铝锆碳滑板中的ZrO2易与钢水中FeO反应形成低熔物，会进一步恶化滑板砖的组织结构，尤其是工作面层的组织结构。镁质滑板砖虽具有良好的抗侵蚀性能和抗氧化性能，但其高温强度低，不耐钢水冲刷，而且抗热震性也差，容易造成滑板砖开裂损坏。刚玉滑板砖虽然抗氧化性能好，但高温强度不够、抗侵蚀性能也差，工作面层浇钢区易产生“荒面”。当滑板砖长时间开度小于60％，这种现象更为突出。上述滑板砖在浇铸含SiO2、MnO、FeO、CaO等成分和含氧量较高的钢种时，耐侵蚀性、耐机械磨损性更差。另外，上下水口砖在使用过程中也常因耐火材料不耐侵蚀等原因，造成扩孔、裂纹等缺陷而使用寿命较短。
人们为提高滑动水口砖的高温强度、抗热震性、高温耐磨性和抗侵蚀能力，尤其致力于开展改进滑动水口砖组份的研究：如中国专利85109111通过采用至少3份氧氮化铝和0.5-60份碳和/或含碳物质，其余为其他耐火原料的滑动水口砖，以提高抗FeO侵蚀和抗热冲击；中国专利93106942通过采用以锆刚玉莫来石(刚玉与莫来石之比为2-5∶1)为基料(70-90Wt％)与氮化硼(10-30Wt％)复合制造滑动水口砖，以保持良好的高温强度和抗热震性能；中国专利01126439公开的采用镁砂和铝镁尖晶石中一种或两种为90-100％，余量为氧化锆或氧化钛的滑动水口砖，用于高氧钢和钙处理钢，以保持良好的机械性能，耐侵蚀性和抗氧化能力；中国专利00119505公开的至少含5％的塞隆(硅、铝、氧、氮四元素物质)，其余为其他耐火原料的滑动水口砖，可使滑动水口砖具有良好的抗氧化、抗热冲击性能。然而上述各种滑动水口砖，均是单项解决某一方面的问题，其综合性能仍不够理想，而且有些成本较大。
发明内容本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种结构强度高，抗氧化、抗侵蚀及抗热震性均好，适应性强的冶金浇铸用滑动水口砖。
本发明的另一目的在于提供一种上述滑动水口砖的制备方法。
本发明第一目的实现，主要改进是至少滑动水口砖工作面层，采用高Al2O3含量耐火骨料与熔点＜1000℃的金属微粒混合烧成，得到一种具有金属结合高铝质工作面层或滑动水口砖，从而显著提高滑动水口砖的结构强度、抗氧化、抗侵蚀及抗热震性能。具体说，本发明冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于至少工作面层基本上由重量百分比为75-98％的高Al2O3含量的耐火骨料和2-25％的熔点＜1000℃的金属微粒混合组成。经烧成得到一种金属(铝)-氧-氮固溶体组成的整体同质滑动水口砖或含该工作面层的复合滑动水口砖。
为有效保证滑动水口砖有较好的机械性能，所说工作面层以大于滑动水口砖厚度的15％为优，滑动水口砖性能随着工作面层的增厚而提高，结合考虑经济性，一般工作面层厚度以30-50％的复合滑动水口砖为优，其底层可以是通用耐火材料，如普通铝碳、普通高铝质等耐火材料。本发明所述高Al2O3含量的耐火骨料，尤其采用刚玉和/或煅烧高铝矾土和高温氧化铝，耐火骨料的颗粒级配按公知安德列森(Andreasen)紧密堆积理论设计。本发明尤其以10-65％不等的煅烧高铝矾土取代刚玉，在基本保持性能前题下，可显著降低生产成本。所说刚玉可以是各种市售刚玉原料，如电熔白刚玉、电熔致密刚玉、电熔高铝刚玉、电熔棕刚玉、烧结板状刚玉和烧结刚玉。所说熔点＜1000℃的金属(为便于描述，本发明简称低熔金属)微粒，例如可以是Mg、Al、Zn、Sn、Ba、Pb一种或一种以上或他们的合金加工成的细粉，较适宜的粒径为≤1且＞0mm，过粗将会损失或降低低熔金属加入的效果，过细易造成膨胀开裂，低熔金属微粒作用是热处理后能与耐火骨料形成优良的组织结构。考虑到制造简便及安全生产和成本等因素，本发明低熔金属微粒尤以金属铝为好。另外在金属微粒中还可以0.5-3％(重量)的上述金属或合金的纤维代替，以进一步改善滑动水口砖制品抗热震性能，提高强度。本发明为有利成型和提高烧结性能，还可以加入1-10％(重量)的塑性粘土作为结合物。为进一步提高本发明滑动水口砖强度和使用性能，滑动水口砖烧制后，最好再辅以沥青浸渍，达到封闭砖体内开口气孔及强化表面光滑度，使上下滑板有更优良的节流开关功能。为改善滑动水口砖的性能，本发明耐火材料中还可添加通常微量耐火原料，如碳化硅、碳黑等。
本发明滑动水口砖的制备，包括将重量百分比为75-98％的高Al2O3含量的耐火骨料、2-25％的低熔金属微粒、外加2-15％的结合剂，充分混合均匀，压制成同质或复合制品，干燥后在还原或中性气氛下经400-1300℃烧成。
本发明所述结合剂可以是卤水、硅酸乙酯、木质素磺酸钙水溶液、硅酸钠、聚乙烯醇中的一种或一种以上结合，加入量为外加2-15％(重量)，经试验结合剂加量小于2％或大于15％成型相对比较困难，因此2-15％的加入量范围较为恰当。在上述结合剂中，本发明优选采用外加2％卤水、2-3％的木质素磺酸钙水溶液组成的复合结合剂。本发明所说还原气氛或中性气氛，可以采用氮气、氩气等惰性气体或埋碳保护；或埋烧(例如埋石英砂)。本发明滑动水口砖较好烧成温度为400-1300℃，低于400(℃，难以保证有足够的强度，高于1300℃，会因低熔金属微粒过度氧化、氮化，产生膨胀开裂。
本发明冶金浇铸用滑动水口砖或由其工作面层组成的复合滑动水口砖，因采用高Al2O3含量的耐火骨料与低熔金属微粒均混，通过烧成则得到一种金属结合高铝质滑动水口砖，且因其制品中均匀分散有金属微粒(表面呈现金属光泽)，不仅显著增强了材料硬度，而且提高了滑动水口砖的表面光洁度和硬度(尤其是工作表面含有金属微粒和金属纤维)，从而使滑动水口砖的使用性能大大提高。本发明滑动水口砖具有结构强度高，抗氧化、抗侵蚀、抗热震性优，高温耐磨性能极佳，不会产生“荒面”现象，制品Al2O3含量可达80-102％，C含量1-3％，常温耐压强度150-300MPa，高温抗折强度(1400℃ N2×0.5h)20-46MPa(表二)。本发明滑动水口砖或其工作面层由于呈低碳，且因有较大量低熔金属或合金存在，使用时几乎不发生碳氧化现象及由此引起组织恶化。如按实施例1制造的滑动水口砖试样，在70吨钢包上滑板砖可连浇4-6炉次；按实施例3制造的滑动水口砖试样，在40吨钢包(70多个钢种)试用，滑板砖可连浇2-3炉次。本发明滑板砖不仅性能优良，而且尤其适应特种钢浇铸，对含MnO、FeO及氧含量较高的钢水有很强的适应性，大大提高了滑板砖对钢水的适应性。本发明滑板砖所用原材料不需经过特殊工艺处理，配料组份单一，制造简单，并且具有较低烧成温度(400-1300℃)，节约能源，生产周期短，成本低，尤其是采用便宜易得的煅烧特级高铝矾土熟料部分代替骨料中的刚玉，及采用本发明耐火材料作复合面层，更可显著降低成本，使滑板砖具有较高的性能/价格比。
附图说明
图1为本发明复合滑动水口上水口结构示意图。
图2为本发明复合滑动水口滑板砖结构示意图。
具体实施方式
实施例：
按实施例表(表一)，分别称取处理好的原料及结合剂，在混练机中充分混合均匀，用压砖机分别压制水口和滑板，砖坯在室温-300℃干燥后，在还原或中性气氛，分别经1000℃/16h和500℃/16h热处理，得到具有金属(铝)-氧-氮的固溶体滑动水口砖，再经沥青浸渍，滑板砖最后经磨平、打箍、组装、涂面。
还可以分别再以0.5-3％不等的直径0.2-0.5mm，长3-10mm％金属纤维取代金属微粒；
也可用上述实施例原料作为滑动水口砖的工作面层料，工作面层厚度分别为滑动水口砖厚度的15％、30％、50％，底层分别复合普通铝碳或普通高铝质耐火材料2、3，得到有金属结合高铝质耐火材料工作面层1的复合滑动水口砖(图1、2)；
还可以其他低熔金属或合金取代上述实施例中低熔金属，具有相似效果。
本发明所述滑动水口砖包括上水口、下水口、上滑板、下滑板(上滑板、下滑板统称滑板砖)。
表一 实施例表
说明：结合剂为说明书中所说单一或混合结合剂，但其中优选采用卤水、木质素磺酸钙水溶液组成的复合结合剂。
表二 不同材质的滑板砖性能比较
| 材质 | 铝碳 | 铝锆碳 | 刚玉质 | 镁质 | 本发明 | |
| 化学成分％ | Al2O3 | 80.26 | 78 | 96 | 80-102 | |
| MgO | 95 | |||||
| ZrO2 | 7 | |||||
| C | 9.88 | 10 | 2.4 | 2.5 | 2.0 | |
| 显气孔率，％ | 6 | 5 | 9 | 10 | 6 | |
| 体积密度，g/cm3 | 3.1 | 3.25 | 3.27 | 2.95 | 3.20 | |
| 耐压强度，MPa | 110 | 180 | 165 | 98 | 240 | |
| 高温抗折，MPa | 12 | 20 | 18 | 12 | 35 | |
| 连浇炉数，次 | 2 | 3 | 2 | 1 | 4 | |
| 扩孔(耐侵蚀) | 小 | 小 | 大 | 大 | 微小 | |
| 荒面(滑动区拉毛) | 严重 | 严重 | 严重 | 严重 | 小 | |
注：上表为不同材质滑板在某钢厂试用情况比较。
Claims (15)
1、一种冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于至少工作面层基本上由重量百分比为75-98％的高Al2O3含量的耐火骨料和2-25％的熔点＜1000℃的金属微粒混合组成。
2、根据权利要求1所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于还可加入1-10％的塑性粘土料。
3、根据权利要求1或2所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说工作面层厚度至少占总厚的15％。
4、根据权利要求3所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所述工作面层厚度为总厚度的30-50％。
5、根据权利要求1所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说高Al2O3含量的耐火骨料为刚玉和/或煅烧高铝矾土和高温氧化铝。
6、根据权利要求5所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说煅烧高铝矾土占耐火骨料的10-65％。
7、根据权利要求1所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说熔点＜1000℃的金属微粒，为Mg、Al、Zn、Sn、Ba、Pb一种或一种以上或他们的合金。
8、根据权利要求7所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说金属微粒为金属铝。
9、根据权利要求1所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说金属微粒的粒径≤1且＞0mm。
10、根据权利要求1、7、8或9述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说金属微粒中有0.5-3％的金属纤维。
11、根据权利要求1、2、5、6、7、8或9所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说滑动水口砖烧成后浸渍有沥青。
12、根据权利要求4所述冶金浇铸用滑动水口砖，其特征在于所说滑动水口砖烧成后浸渍有沥青。
13、一种如权利要求1所述滑动水口砖的制备方法，包括将重量百分比为75-98％的高Al2O3含量的耐火骨料、2-25％的低熔金属微粒、外加2-15％的结合剂，充分混合均匀，压制成同质或复合制品，干燥后在还原或中性气氛下经400-1300℃烧成。
14、根据权利要求12所述滑动水口砖的制备方法，其特征在于所说结合剂为卤水、硅酸乙酯、木质素磺酸钙水溶液、硅酸钠、聚乙烯醇中的一种或一种以上结合。
15、根据权利要求12或13所述滑动水口砖的制备方法，其特征在于所说结合剂为2％卤水、2-3％的木质素磺酸钙水溶液复合结合剂。
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