專利名稱：：連鑄中間包用擋渣堰板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以氧化鎂為基料的耐火材料，尤其適用于煉鋼中連鑄中間包用的擋渣堰板。理論研究和鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實踐表明，鋼包中含氧化鐵、氧化錳和氧化硅的爐渣從鋼包流入中間包以后，會造成鋼水中鋁和鈦等易氧化合金元素的燒損，并產(chǎn)生氧化鋁夾雜物，影響鋼水的純凈度。為生產(chǎn)出純凈鋼，連鑄過程行之有效的方法之一是采用中間包純凈化技術(shù)，即以中間包中安裝氧化鈣過濾器、設(shè)置擋渣堰板應(yīng)用最為廣泛。中間包用擋渣堰板的作用在于改進鋼水的流動場，流動場的改善能促使鋼中的夾雜物上浮，同時阻隔沖擊區(qū)鋼包下渣及耐材浸蝕產(chǎn)生的夾雜，也可改善鋼水的內(nèi)部質(zhì)量。最初的中間包堰板是由鎂質(zhì)或硅質(zhì)絕熱板充當(dāng)，其以樹脂有機結(jié)合或以硫酸、磷酸鹽無機結(jié)合，經(jīng)機壓成型，絕熱板整體體積小，為輕質(zhì)平板，其耐溫性、抗鋼水沖刷力均較差，在越來越大容量的中間包連鑄生產(chǎn)中，絕熱板逐漸被改型成重質(zhì)、大體積、非機壓成型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的堰板。目前廣泛得到使用的中間包堰板一般為高鋁質(zhì)板，由于其具備耐高溫性能、耐沖刷性能，因而滿足中間包的使用要求，適合多爐連鑄。在鋼產(chǎn)量持續(xù)上升、連鑄比不斷提高的前提下，高鋁質(zhì)堰板受材質(zhì)限制，強度不是很高，這將影響其耐鋼水沖刷能力，若采用增加結(jié)合劑以提高強度，又會導(dǎo)致耐溫性下降，因此，傳統(tǒng)高鋁質(zhì)堰板的耐用性受到限制，一般在5連鑄左右；高鋁質(zhì)堰板受其材質(zhì)限制的另一個結(jié)果是，其抗渣浸蝕能力無法進一步提高。盡管如此，高鋁質(zhì)堰板相對于耐溫性、耐用性、耐水化性均較差的絕熱板來說，于多爐連鑄中占有絕對優(yōu)勢，因此得到普遍采用。設(shè)置堰板的目的主要是為了凈化鋼水，傳統(tǒng)的高鋁質(zhì)堰板對去除鋼液中的夾雜物有一定的效果，但其帶入鋼液的氧含量較高，達不到使鋼液中的五大元素低于80ppm，平均T低于17.5ppm的超純凈鋼水平，故高鋁質(zhì)堰板對冶煉純凈鋼、超純凈鋼不利，另外，高鋁質(zhì)堰板與冶煉精品鋼材時所使用的氧化鈣質(zhì)過濾器不能直接配套砌筑，需借助鎂磚襯墊，存在較大的不便性，在冶煉純凈鋼、超純凈鋼的連鑄工藝中，隨著中間包耐材的堿性化，高鋁質(zhì)堰板將日趨淘汰，由堿性耐材制得的堰板替換，最具代表性的是技術(shù)已臻完善的鎂質(zhì)堰板，其以氧化鎂為基料，鎂質(zhì)水泥或聚磷酸鹽作結(jié)合劑，以化學(xué)方式結(jié)合，反應(yīng)機理如下(以六偏磷酸鈉作結(jié)合劑為例)得到同行公認(rèn)的是鎂質(zhì)堰板對鋼液的污染明顯低于高鋁質(zhì)堰板，有關(guān)資料認(rèn)為與高鋁質(zhì)堰板相比，鎂質(zhì)堰板帶入鋼液的氧含量可降低5倍(參考圖1、圖2)，抗渣侵蝕能力也明顯優(yōu)于高鋁質(zhì)，有利于提高堰板的使用壽命，降低耐材消耗，并且還可吸收鋼液中的三氧化二鋁，進一步降低夾雜，同時還可解決高鋁質(zhì)堰板安裝氧化鈣過濾器時，需砌筑鎂磚過濾層而給現(xiàn)場帶來不便的問題。但化學(xué)結(jié)合的鎂質(zhì)堰板在實際使用中存在不足，參考圖3，MgO-P2O5構(gòu)成的體系缺乏高熔點的化合物，并且由結(jié)合劑帶入的鈉，生成NaMgPO4之類化合物的熔點僅1260℃，不能滿足中間包的耐溫性要求(中間包的溫度為1500℃)，對此，可加入少量鈣鹽如鋁酸鈣水泥、碳酸鈣等，通過調(diào)整基質(zhì)的CaO/P2O5，以期得到象Na2CaMg(PO4)2、NaCaPO4和Na2O·CaO·Ca3(PO4)2·SiO2之類的高熔點結(jié)合相，以適宜用于連鑄中間包。盡管耐溫性上可得到一定的改善，但化學(xué)結(jié)合的鎂質(zhì)堰板無法解決抗水化問題，即使在堰板表面涂一層防水化涂料，其效果在使用過程中仍未達到理想，而且表面處理的工藝復(fù)雜，化學(xué)結(jié)合的鎂質(zhì)堰板在耐用性上還不如高鋁質(zhì)堰板，連鑄比低，因此，該種堰板不適合用于連鑄中間包，尤其不適合應(yīng)用在電爐煉鋼等離子加熱中間包等使用要求較高的場合，這也是如今連鑄中間包中仍廣泛采用高鋁質(zhì)堰板的原因。本發(fā)明正是為了克服上述不足，提供一種耐溫性高、耐用性強、抗水化性能優(yōu)且?guī)脘撍难鹾康?、易于貯運和安裝、適宜冶煉純凈鋼的連鑄中間包用擋渣堰板。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于選擇堿性耐火制品即鎂質(zhì)耐火材料為主材，以二氧化硅微粉作結(jié)合劑，實現(xiàn)鎂質(zhì)耐火材料的凝聚結(jié)合(即超細粉結(jié)合)，從而改變化學(xué)結(jié)合的鎂質(zhì)堰板存在的耐溫性不高、耐用性不強、易水化等問題，獲得一種具有承受煉鋼中間包使用的高溫性能、耐用性還優(yōu)于高鋁質(zhì)堰板且不存在水化問題的鎂質(zhì)堰板。具體地說，連鑄中間包用擋渣堰板，由以氧化鎂為基料的耐火材料澆注成型，其特征在于澆注料主材由92-98％(重量百分比)的鎂質(zhì)耐火材料和2-8％(重量百分比)的二氧化硅微粉組成，外加分散劑聚合磷酸鹽，其含量為澆注料主材重量的0.05-1％。鎂質(zhì)耐火材料選用的是MgO含量在94％以上的燒結(jié)鎂石、電熔鎂石或其它鎂石，其臨界顆粒尺寸控制在7mm以內(nèi)，其中大于1mm的顆粒占55-65％，小于0.074mm的顆粒占25-30％；二氧化硅微粉的SiO2含量要求在88％以上，中徑粒度(即50％的顆粒料度)不超過1.5μm，太多的微粉會影響堰板的高溫性能，而微粉太少又會導(dǎo)致堰板強度降低，因此二氧化硅微粉的加入量控制在2-8％之間，尤以3-5％為佳；作為分散劑的聚合磷酸鹽可以選擇工業(yè)級以上的三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等，為使其分散效果更好，聚合磷酸鹽優(yōu)選澆注料主材重量的0.1-0.5％作為添加量。參考圖4，用二氧化硅微粉結(jié)合的基質(zhì)相本身保證了CaO/SiO2＞2，這樣就可得到低溫強度較高的蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O和高溫結(jié)合相鎂橄欖石2MgO·SiO2，其反應(yīng)機理如下作為結(jié)合劑的二氧化硅微粉與鎂質(zhì)耐火材料的配比，決定了基質(zhì)的CaO/SiO2＜1，基質(zhì)組成落在由MgO-2MgO·SiO2-CaO·MgO·SiO2構(gòu)成的分三角形中，所對應(yīng)的無變量點固化溫度為1502℃，適合中間包的使用溫度，盡管從耐火性能來看次于CaO/SiO2＞2的結(jié)合相，但從體積穩(wěn)定性和抗鐵氧侵蝕性來看，鎂橄欖石相優(yōu)于硅酸鈣類礦物，可得到綜合性能較好的相組合。采用超細粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板的耐用性比化學(xué)結(jié)合的耐用性得到大為提高，工業(yè)性試驗表明，其使用壽命在6連鑄以上，比高鋁質(zhì)堰板的耐用性還好，并且30％以上的超細粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板還可達到10連鑄；另外，超細粉水化與游離的MgO生成了穩(wěn)定的晶體，解決了化學(xué)結(jié)合的鎂質(zhì)堰板的易水化問題。為了提高鎂質(zhì)堰板的體積穩(wěn)定性，澆注料中加有膨脹材料，其含量為澆注料主材重量的0-5％，優(yōu)選加入量為1-4％，常用的膨脹材料可以是蘭晶石、紅柱石、硅線石、石英砂等，效果最好的是石英砂。為了適應(yīng)中間包的使用環(huán)境，特別是開澆時必須承受從烘烤溫度驟升至鋼水溫度的熱沖擊，改善鎂質(zhì)耐材固有的熱震性差的缺陷，澆注料中添入鋼纖維，對堰板起抗爆增韌作用，防止堰板在烘烤時開裂，特別是在澆注大體積的堰板時，尤其需要使用鋼纖維，其加入量為澆注料主材重量的0-3％，尤以1-3％為佳。為了使材料具有良好的制作性能，澆注料中還可添加調(diào)凝劑，以實現(xiàn)促凝或緩凝作用，其加入量為澆注料主材重量的0-0.3％，根據(jù)制作時的實際情況，可選擇Li2CO3、Ca(OH)2、LiOH等促凝劑或硼酸、酒石酸等緩凝劑。少量防爆劑在澆注料中的加入能提高堰板的透氣性，解決烘烤中開裂的問題，通常防爆劑的加入量為澆注料主材重量的0-0.5％，可選擇的防爆劑為金屬鋁、AC發(fā)泡劑、硅溶膠、有機纖維等。圖1為1500℃時的鋼水爐渣平衡圖。圖2為隨著鋼水流速變化O2的分離圖。圖3為MgO-P2O5體系相圖。圖4為CaO-MgO-SiO2體系相圖。下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1，取97份鎂質(zhì)原料、3份二氧化硅微粉、0.2份三聚磷酸鈉、2份石英砂、0.4份復(fù)合防曝劑，將上述澆注料于攪拌機中干混3分鐘再濕混3分鐘，振動澆注成40×40×160mm和φ50×50mm的試塊，經(jīng)110℃烘干，600℃×3h、1200℃×3h、1500℃×3h熱處理后測試其理化性能，同時與類似組分的六偏磷酸鈉結(jié)合(化學(xué)結(jié)合)的鎂質(zhì)堰板的理化性能對照，詳見表一。表一兩種結(jié)合形式的鎂質(zhì)堰板的性能<tablesid="table1"num="001"><table>六偏磷酸鈉結(jié)合二氧化硅微粉結(jié)合110℃×24h體積密度(g/cm3)抗折強度(Mpa)耐壓強度(Mpa)2.788.374.52.84＞10.5109.4600℃×3h體積密度(g/cm3)線變化率(％)抗折強度(Mpa)耐壓強度(Mpa)2.76-1.136.964.82.82-0.037.165.21200℃×3h體積密度(g/cm3)線變化率(％)抗折強度(Mpa)耐壓強度(Mpa)2.76-0.195.4392.80+0.053.737.41500℃×3h體積密度(g/cm3)線變化率(％)抗折強度(Mpa)耐壓強度(Mpa)2.79-0.356.242.82.80+0.068.566.8荷重軟化溫度(4％形變)℃14501520加水量(％)6.75.3</table></tables>從表一可知，二氧化硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板，在不同溫度熱處理后的強度均高于六偏磷酸鈉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板，或與之相當(dāng)，荷重軟化溫度高出70℃，故二氧化硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板具有更好的抗機械沖刷性能和高溫性能。將上述二氧化硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板進行抗水化性試驗，實驗結(jié)果見表2、表3。表2編號說明表3抗水化試驗從表2、表3可知，長期存放及水浸后試塊的外形尺寸均無變化，尤其是浸后強度有所提高，反映出抗水化性能好，便于貯運。實施例2，將95份鎂質(zhì)原料、5份二氧化硅微粉，0.3份六偏磷酸鈉、3份石英砂、1.5份鋼纖維、0.2份Li2CO3、0.3份復(fù)合防曝劑組成的混合料澆注成型，制得的堰板在寶鋼60T中間包中進行工業(yè)性試驗，試驗結(jié)果與高鋁質(zhì)堰板的對照數(shù)據(jù)見表4。表4兩種堰板的工業(yè)性試驗對比<p>從表4中可以看出，無論在理化性能，還是凈化鋼水效果和使用性能上，用二氧化硅微粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板比高鋁質(zhì)堰板相比，均有無可比擬的先進性；特別是按照寶鋼的要求在兩重堰基礎(chǔ)上進行增設(shè)三重堰試驗，以鎂質(zhì)和高鋁質(zhì)進行對比，結(jié)果同樣厚度的高鋁質(zhì)堰板在使用中就出現(xiàn)斷裂、上浮，而鎂質(zhì)堰板不僅在組裝氧化鈣過濾器時體現(xiàn)出方便性，且使用后僅在渣線部位出現(xiàn)少許的熔損，能適合多爐連鑄，其與堿性耐材的配套使用，成功地冶煉出了5大元素在80PPm以下的超純凈鋼。以氧化鎂為基料，用二氧化硅微粉作結(jié)合劑澆注成型的連鑄中間包用擋渣堰板，既能承受中間包使用的高溫，又具有很強的耐用性，特別是在用作三重堰時更能體現(xiàn)出其抗侵蝕、抗沖刷的耐用性，微粉結(jié)合的鎂質(zhì)堰板同時也解決了鎂質(zhì)耐材的水化問題，其不僅在配套氧化鈣過濾器組裝時體現(xiàn)出方便性，而且?guī)脘撍难鹾康停瑢︿撘何廴拘?，完全符合冶煉純凈鋼、超純凈鋼時連鑄中間包用的擋渣堰板要求。權(quán)利要求1．連鑄中間包用擋渣堰板，由以氧化鎂為基料的耐火材料澆注成型，其特征在于澆注料主材由92-98％(重量百分比)的鎂質(zhì)耐火材料和2-8％(重量百分比)的二氧化硅微粉組成，外加分散劑聚合磷酸鹽，其含量為澆注料主材重量的0.05-1％。2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋渣堰板，其特征在于鎂質(zhì)耐火材料的MgO含量≥94％，臨界顆粒尺寸為7mm，其中大于1mm的顆粒占55-65％，小于0.074mm的顆粒占25-30％。3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的擋渣堰板，其特征在于二氧化硅微粉的SiO2含量≥88％，中徑粒度≤1.5μm。4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋渣堰板，其特征在于二氧化硅微粉的優(yōu)選用量為3-5％。5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋渣堰板，其特征在于分散劑聚合磷酸鹽的添加量為澆注料主材重量的0.1-0.5％。6．根據(jù)權(quán)利要求1、4、5之一所述的擋渣堰板，其特征在于澆注料中加有膨脹材料，其含量為澆注料主材重量的0-5％，優(yōu)選用量為1-4％。7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的擋渣堰板，其特征在于膨脹材料為石英砂。8．根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的擋渣堰板，其特征在于澆注料中添有鋼纖維，其含量為澆注料主材重量的0-3％，優(yōu)選用量為1-3％。9．根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的擋渣堰板，其特征在于澆注料中添加有調(diào)凝劑，其含量為澆注料主材重量的0-0.3％。10．根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的擋渣堰板，其特征在于澆注料中加有少量防爆劑，其含量為澆注料主材重量的0-0.5％。全文摘要一種適用于煉鋼中連鑄中間包用的擋渣堰板,由以氧化鎂為基料的耐火材料澆注成型,澆注料的主材由92—98%(重量百分比)的鎂質(zhì)耐火材料和2—8%(重量百分比)的二氧化硅微粉組成,外加分散劑聚合磷酸鹽,其含量為澆注料主材重量的0.05—1%,以微粉結(jié)合的擋渣鎂質(zhì)堰板,既能承受中間包使用的高溫,又具有很強的耐用性,特別是在用作三重堰時更能體現(xiàn)出其抗侵蝕、抗沖刷的耐用性,同時也解決了鎂質(zhì)耐材的水化問題,其不僅在配套氧化鈣過濾器組裝時體現(xiàn)出方便性,而且?guī)脘撍难鹾康?對鋼液污染小,完全符合冶煉純凈鋼、超純凈鋼時連鑄中間包用的擋渣堰板要求。文檔編號C04B35/66GK1300649SQ0013540公開日2001年6月27日申請日期2000年12月13日優(yōu)先權(quán)日2000年12月13日發(fā)明者江泓,譚松山,王曉剛,戚新明,方麗玲,戚真健,曹志遠申請人:宜興耐火器材廠