《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》是馬鞍山利爾開元新材料有限公司於2013年10月16日申請的發明專利，該專利申請號為2013104837434，公布號為CN103539467A，專利公布日為2014年1月29日，發明人是余西平、趙繼增、趙鋒、趙安堂、劉明升、陳正常，該發明涉及一種耐火材料。
《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》其組分按重量百分比配比如下：板狀剛玉顆粒30～50%，高純富鋁尖晶石顆粒10～20%，板狀剛玉細粉10～20%，大結晶鎂砂細粉1～9%，高純富鋁尖晶石細粉5～15%，高純矽微粉1～10%，進口多峰α-Al2O3微粉2～10%，金屬矽1～4%，結合劑：聚磷酸鹽1～5%、聚糖1～3%。該發明機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚採用有機-無機複合結合系統，高壓濕碾混煉，高壓成型，密度高，在高溫下熱穩定性好、耐鋼水和渣的侵蝕，不污染鋼水，而且生產效率可以大幅提高，可廣泛套用於各種鋼包，尤其是精練低碳鋼和超低碳鋼鋼包。
2017年6月22日，《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》的附圖摘要）
基本介紹
- 中文名：一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法
- 公布號：CN103539467A
- 公布日：2014年1月29日
- 申請號：2013104837434
- 申請日：2013年10月16日
- 申請人：馬鞍山利爾開元新材料有限公司
- 地址：安徽省馬鞍山市經濟技術開發區雨田路151號
- 發明人：余西平、趙繼增、趙鋒、趙安堂、劉明升、陳正常
- 代理機構：馬鞍山市金橋專利代理有限公司
- 代理人：阮愛農
- Int.Cl.：C04B35/66(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
20世紀80年代前後，含碳耐火材料在鋼鐵冶煉爐襯中使用取得巨大成功。含碳製品具有良好的抗爐渣滲透和侵蝕性能，因此2013年10月之前鋼包多採用不同檔次的不燒鎂碳磚及鎂鋁碳磚。幾十年來，含碳耐火材料在煉鋼工藝中一直發揮著重要作用。然而，隨著中國國民經濟的快速發展，汽車、家電、高鐵、石油管線等行業對優質、特種鋼等潔淨鋼的市場需求量越來越大，中國鋼鐵產業企業也隨著市場需求的變化調整產品結構，開發優質鋼的冶煉。以鋼包襯為代表的爐外精煉用耐材對鋼水質量有很重要的影響，在冶煉低碳優質鋼種工藝中，要求儘量減少含碳耐火材料的使用對鋼水降碳所帶來的不利影響，含碳製品存在對鋼水增碳的問題，以及因導熱率而導致的鋼包中鋼水溫降快、鋼包外殼溫度高等問題，迫切需要對鋼水無污染且抗侵蝕、壽命高的優質耐火材料。2013年10月之前，為了降低碳含量對鋼水潔淨度的影響，分別開發有低碳鋼包磚和無碳鋼包磚。低碳鋼包磚的生產方案，採用酚醛樹脂做結合劑，添加少量的石墨，同時添加大量的金屬抗氧化劑來保證樹脂和石墨不被氧化，這類結合系統一方面還不能消除碳對超低碳鋼、矽鋼等高附加值鋼水的污染，另外，由於添加大量的金屬抗氧化劑，生產成本很高，同時，抗氧化劑氧化後所形成的陶瓷結構，對製品使用過程的抗剝落性有很大的制約性。而使用的無碳鋼包磚，則是採用澆注預製磚的生產工藝，澆注預製磚的方案是利用鋁酸鈣水泥或微粉水化作為結合系統，攪拌後振動成型，每次只能生產幾塊，養護幾個小時後脫模，才可生產下一批，生產效率較低，並且結合系統受溫度和濕度的影響，製品性能波動比較大。
發明內容
專利目的
《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》所要解決的問題是提供一種新型結合系統的機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚，此襯磚在使用過程中沒有碳源，不對鋼水增碳，具有良好的抵抗鋼水和渣的侵蝕性能和熱震穩定性，從而滿足潔淨鋼和超低碳鋼的生產。該發明同時提供了此磚的製備方法，它克服了2013年10月之前無碳鋼包澆注預製磚生產和使用的不足，生產效率高且能保證製品性能的穩定性。
技術方案
《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》其組分按重量百分比配比如下：板狀剛玉顆粒30～50%，高純富鋁尖晶石顆粒10～20%，板狀剛玉細粉10～20%，大結晶鎂砂細粉1～9%，高純富鋁尖晶石細粉5～15%，高純矽微粉1～10%，進口多峰α-Al2O3微粉2～10%，金屬矽1～4%，結合劑：聚磷酸鹽1～5%、聚糖1～3%。
該發明機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚的製備方法，按機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚組分的重量百分比進行配比，先將板狀剛玉粉、大結晶鎂砂粉、高純尖晶石、α-Al2O3微粉、矽微粉、金屬矽粉混合均勻，製成共磨粉；在生產時，先將板狀剛玉顆粒和高純尖晶石顆粒按上述組分比例用大型濕碾機乾混2～3分鐘，分別加入結合劑聚磷酸鹽液體和聚糖濕混5-8分鐘，最後加入所有共磨粉混合20～30分鐘後出料，然後用摩擦壓磚機壓製成型，熱處理，出窯揀選，得到所述的無碳剛玉尖晶石磚。
其中，混煉是用1500型濕碾機混煉，成型是在630噸或1000噸摩擦壓磚機上進行；乾燥需熱處理48小時以上：其中進窯口溫度不得高於50℃，烘烤時間8小時以上，110℃烘烤時間12小時以上，200～250℃烘烤時間12小時以上，250～350℃烘烤時間16小時以上。
改善效果
1、通過選用新型結合劑聚糖類和聚磷酸鹽所形成的有機-無機複雜的結合系統，通過高壓濕碾機混煉，有效的改善了製品成型的胚體強度，另外聚糖類低溫300℃左右的分解充分，殘留炭很少，比含碳製品酚醛樹脂類炭的殘留有大幅的減少，不會污染鋼水；
2、高純富鋁尖晶石顆粒和微粉的引入，在制品使用中能夠很好的吸收和耗散彈性應變能，緩解熱應力對材料的破壞作用，改善無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚的熱震穩定性，提高其抗剝落性能；
3、添加矽微粉和多峰α-Al2O3微粉，利用其在高溫下與基質鎂成分形成橄欖石、尖晶石等結構，緩解組織熱膨脹產生的應力，提高材料的抗熱震性和抗剝落性；
4、採用機壓方式生產無碳鋼包磚，生產效率大幅提高，8小時可生產400-500塊，也不用脫模，減輕了人工的勞動強度。
附圖說明
圖1是《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》的流程圖。
圖1
權利要求
1.機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚，其特徵是：其組分按重量百分比配比如下：板狀剛玉顆粒30～50％，高純富鋁尖晶石顆粒10～20％，板狀剛玉細粉10～20％，大結晶鎂砂細粉1～9％，高純富鋁尖晶石細粉5～15％，高純矽微粉1～10％，進口多峰α-Al2O3微粉2～10％，金屬矽1～4％，結合劑：聚磷酸鹽1～5％、聚糖1～3％。
2.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：板狀剛玉顆粒的粒級有三種：5～3毫米、3～1毫米、1～0毫米；板狀剛玉細粉的粒級為320目、200目，其化學組分的質量百分比均為：Al2O3≥99.0％，SiO2≤0.15％，Fe2O3≤0.05％，Na2O+K2O≤0.5％。
3.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：高純富鋁尖晶石顆粒的粒級為1～0.5毫米、0.5～0毫米，高純富鋁尖晶石細粉的粒級為小於5微米，其化學組分的質量百分比均為：Al2O3≥78.0％，MgO≥21.0％，CaO≤0.3％，SiO2≤0.2％，Fe2O3≤0.2％。
4.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：大結晶鎂砂細粉的粒級為200目，其化學組分的質量百分比為：MgO≥98.5％，CaO≤0.8％，SiO2≤0.4％。
5.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：矽微粉粒級為≤3微米，包含的組分及重量百分比為：SiO2≥95％，Na2O+K2O≤0.2％，Fe2O3≤1.2％，Al2O3≥1.2％。
6.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：進口多峰α-Al2O3微粉粒級為≤1微米，包含的組分及重量百分比為：Al2O3≥99.0％，SiO2≤0.12％，Na2O+K2O≤0.2％。
7.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：金屬矽粒級為≤500目，包含的組分及重量百分比為：Si≥99.2％，Ca≤0.3％，Fe≤0.6％。
8.根據權利要求1所述的鋼包襯磚，其特徵是：結合劑中聚磷酸鹽的總磷酸鹽（P2O5計）含量為68.0～65.0％，非活性磷酸鹽含量≤10.0％，水不溶物含量≤0.15％，鐵（Fe）含量≤0.20％，pH5.8～7.0溶解性合格，外觀白色粉狀或粒狀；結合劑中聚糖是外觀白色或淡黃色塊狀固體、味甜，DE值≥90，pH值：4.0-6.0，固形物：≥80％。
9.權利要求1-8任一權利要求所述的機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚的製備方法，其特徵是：按權利要求1所述的機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚組分的重量百分比進行配比，先將板狀剛玉細粉、大結晶鎂砂細粉、高純富鋁尖晶石細粉、α-Al2O3微粉、矽微粉、金屬矽粉混合均勻，製成共磨粉；在生產時，先將板狀剛玉顆粒和高純富鋁尖晶石顆粒按上述組分比例用大型濕碾機乾混2～3分鐘，分別加入結合劑聚磷酸鹽液體和聚糖濕混5-8分鐘，最後加入所有共磨粉混合20～30分鐘後出料，然後用摩擦壓磚機壓製成型，熱處理，出窯揀選，得到所述的機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚。
10.根據權利要求9所述的製備方法，其特徵是：混煉是用1500型濕碾機混煉，成型是在630噸或1000噸摩擦壓磚機上進行；乾燥需熱處理48小時以上：其中進窯口溫度不得高於50℃，烘烤時間8小時以上，110℃烘烤時間12小時以上，200～250℃烘烤時間12小時以上，250～350℃烘烤時間16小時以上。
實施方式
《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》其組分按重量百分比配比如下：板狀剛玉顆粒30～50%，高純富鋁尖晶石顆粒10～20%，板狀剛玉細粉10～20%，大結晶鎂砂細粉1～9%，高純富鋁尖晶石細粉5～15%，高純矽微粉1～10%，進口多峰α-Al2O3微粉2～10%，金屬矽1～4%，結合劑：聚磷酸鹽1～5%、聚糖1～3%。其中，板狀剛玉顆粒的粒級有三種：5～3毫米、3～1毫米、1～0毫米；板狀剛玉細粉的粒級為320目、200目，其化學組分的質量百分比均為：Al2O3≥99.0%，SiO2≤0.15%，Fe2O3≤0.05%，Na2O+K2O≤0.5%。高純富鋁尖晶石顆粒的粒級為1～0.5毫米、0.5～0毫米，高純富鋁尖晶石細粉的粒級為小於5μ，其化學組分的質量百分比均為：Al2O3≥78.0%，MgO≥21.0%，CaO≤0.3%，SiO2≤0.2%，Fe2O3≤0.2%。
大結晶鎂砂細粉的粒級為200目，其化學組分的質量百分比為：MgO≥98.5%，CaO≤0.8%，SiO2≤0.4%。矽微粉粒級為≤3微米，包含的組分及重量百分比為：SiO2≥95%，Na2O+K2O≤0.2%，Fe2O3≤1.2%，Al2O3≥1.2%。進口多峰α-Al2O3微粉粒級為≤1微米，包含的組分及重量百分比為：Al2O3≥99.0%，SiO2≤0.12%，Na2O+K2O≤0.2%。金屬矽粒級為≤500目，包含的組分及重量百分比為：SiO2≥99.2%，Ca≤0.3%，Fe≤0.6%。
結合劑中聚磷酸鹽：總磷酸鹽（P2O5計）含量≥68.0～65.0%，非活性磷酸鹽（以P2O5計）含量≤10.0%，水不溶物含量≤0.15%，鐵（Fe）含量≤0.20%，pH（10克/升）5.8～7.0溶解性合格，外觀白色粉狀或粒狀；結合劑中聚糖的外觀白色或淡黃色塊狀固體、味甜，DE值≥90，PH值：4.0-6.0，固形物：≥80%。
配料類型 | 實施例1 | 實施例2 | |||
|---|---|---|---|---|---|
粒型 | 百分比 | 粒型 | 百分比 | ||
骨料組成 | 板狀剛玉顆粒 | 5-3毫米 | 25 | 5-3毫米 | 25 |
3-1毫米 | 15 | 3-1毫米 | 15 | ||
1-0毫米 | 10 | 1-0毫米 | 10 | ||
高純富鋁尖晶石顆粒 | 3-1毫米 | 10 | 3-1毫米 | 10 | |
1-0毫米 | 5 | 1-0毫米 | 5 | ||
共磨粉 | 板狀剛玉粉 | 320目 | 14 | 320目 | 14 |
大結晶鎂砂粉 | 200目 | 3 | 200目 | 3 | |
高純富鋁尖晶石粉 | 200目 | 9.5 | 200目 | 9.5 | |
矽微粉 | ≤1微米 | 5 | 微粉 | 5 | |
α-Al2O3微粉 | ≤3微米 | 3.5 | 320目 | 3.5 | |
聚磷鹽液體 | - | - | 3.3 | - | 3.8 |
聚糖 | - | - | 2.2 | - | 1.7 |
該發明機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚的製備方法如附圖1所示，混合設備為高壓濕碾機。開機後先加入顆粒骨料乾混2-3分鐘，再加入結合劑聚磷酸鹽液體和聚糖濕混5-8分鐘，最後加入所有共磨粉混合30分鐘後出料。半成品在1000噸壓磚機上成型。成型操作要遵守四角扒料，先輕後重的原則進行操作。然後乾燥熱處理48小時以上，其中進窯口溫度不得高於50℃，烘烤時間8小時以上，110℃烘烤時間16小時以上，200~350℃烘烤時間24小時以上。
用該發明所述方法得到的襯磚的主要理化指標如下：Al2O3≥85%，MgO≥4.5%，350℃烘後體積密度≥3.18克/立方厘米，顯氣孔率（350℃×24小時）≤15%，耐壓強度（350℃×24小時）≥60兆帕，線變化率（1600℃×3小時）0～1.3%。
榮譽表彰
2017年6月22日，《一種機壓無碳剛玉尖晶石鋼包襯磚及其製備方法》獲得安徽省第五屆專利獎優秀獎。
