一种粘土‑刚玉莫来石质复合流钢砖及其生产方法与流程

本发明涉及特种钢冶炼用耐火材料，尤其是涉及一种粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖，本发明还涉及该流钢砖的生产方法。

背景技术：

流钢砖是砌在浇注铸锭用底板的沟槽内连通分钢砖和钢锭模的中空耐火砖，一般为长方体中空结构。为减小钢液流动过程中的阻力并防止漏钢，要求流钢砖内流道光滑，外形规整，接缝严密。

随着合金钢技术的不断发展，尤其是特种合金钢技术的发展，钢的品质在不断提高，促使其所用的流钢砖品质也需要不断提高。传统的粘土质、普通高铝质流钢砖已不再能满足特种合金钢生产的需要。一些新型的莫来石质、刚玉质流钢砖随之被研制并进行生产。然而考虑到流钢砖一次性使用的特点，这类流钢砖的造价无疑过于昂贵，且性能并不能完全满足使用需要。如莫来石质流钢砖具有良好的抗热震性能，但抗侵蚀、冲刷能力较差；刚玉质流钢砖抗冲刷、侵蚀能力较强，但抗热震性能较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种价格低廉、能满足不同特种钢冶炼需求的一种粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖，本发明还提供该流钢砖的生产方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖，包括带有钢液流道的砖基体，为提高其耐冲刷和抗侵蚀性能，在所述钢液流道的表面复合有工作层，所述砖基体与工作层的结合面为相互交错的卡槽结构。为满足冶炼不同特种合金钢的要求，所述砖基体与工作层的厚度之比可在60~80%: 40~20%之间进行调整。

所述工作层由原料板状刚玉颗粒、电熔白刚玉颗粒、电熔白刚玉细粉、电熔莫来石细粉、硅微粉、CA70铝酸钙水泥、结合粘土、煅烧α-Al₂O₃微粉和外加结合剂、分散剂按下述重量份配比制备而成：板状刚玉35~55份，电熔白刚玉0~15份，电熔白刚玉细粉5~10份，电熔莫来石细粉15~20份，硅微粉5~10份，CA70铝酸钙水泥0~4份，结合粘土0~8份，煅烧α-Al₂O₃微粉11份~20份，结合剂8份~15份，分散剂0.25 份~0.4 份。

其中板状刚玉颗粒由粒径2~1mm和粒径1~0.1mm两种颗粒料组成，其重量份分别为35~40份和0~15份；电熔白刚玉颗粒的粒径为1~0.1mm；电熔白刚玉细粉和电熔莫来#石细粉的粒径≤180目；硅微粉为粒度≤1μm占90%以上的92#硅微粉或/和95硅微粉或/和97#硅微粉；煅烧α-Al₂O₃微粉原料要求：Al₂O₃≥99%，粒度≤2μm占90%以上；所述结合粘土为广西粘土或焦作粘土。

所用的结合剂为水或磷酸二氢铝溶液；分散剂为多聚磷酸钠、超聚磷酸钠、六偏磷酸钠、FS10、FS20、F10中的一种或两种以上。

本发明的砖基体是由原料焦宝石颗粒、焦宝石细粉、叶蜡石生料细粉、粘土生料、软质粘土细粉、硅线石细粉、红柱石细粉和外加结合剂按下述重量份配比制备而成：焦宝石颗粒45~55份，焦宝石细粉0~20份，叶蜡石生料细粉0~20份，粘土生料细粉10~20份，软质粘土细粉5~8份，硅线石细粉10~20份，红柱石细粉0~10份，结合剂3~4份。

所用的焦宝石颗粒由粒径3~1mm和粒径1~0.1mm两种颗粒料组成，其重量份分别为35~40份和10~15份；所述焦宝石细粉、叶蜡石生料细粉、粘土生料细粉、软质粘土细粉的粒度≤200目；所述硅线石细粉、红柱石细粉的粒度≤180目。

其中焦宝石原料要求：Al₂O₃≤42%，K₂O+Na₂O≤0.6%，Fe₂O₃≤1.5%；叶蜡石原料要求：SiO₂≥65%，K₂O+Na₂O≤0.5%，Fe₂O₃≤1.0%；粘土生料要求：Al₂O₃≤45%，K₂O+Na₂O≤0.8%，Fe₂O₃≤1.5%；软质粘土原料要求：Al₂O₃≤35%，Fe₂O₃≤1.5%，可塑性≥25。

外加结合剂为亚硫酸纸浆废液或水。

本发明所述的粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖的生产方法包括下述步骤：

第一步，砖基体的制备

依据用户图纸制作砖基体模具；按比例准确称量焦宝石颗粒、焦宝石细粉、叶蜡石生料细粉、粘土生料、软质粘土细粉、硅线石细粉、红柱石细粉和外加结合剂，混碾均匀后用压力机将其压入模具内制成砖坯，然后入干燥窑内在40℃~120℃温度下干燥24小时；

第二步，复合砖坯的制备

首先按比例准确称量板状刚玉颗粒、电熔白刚玉颗粒、电熔白刚玉细粉、电熔莫来石细粉、硅微粉、CA70铝酸钙水泥、结合粘土、煅烧α-Al₂O₃微粉和外加结合剂、分散剂，倒入搅拌锅内搅拌8~10min形成自流状浇注浆料；

将内径与钢液流道内径相同的圆筒模具放入第一步制备的砖基体内腔中部，将自流状浇注浆料倒入圆筒模具与砖基体之间的环形空腔内，并于40±5℃温度下养护24小时，然后取出圆筒模具，得到复合砖坯；

第三步，干燥、烧成

将复合砖坯推入干燥窑中在40℃~120℃温度下干燥36~48小时；然后进入隧道窑在氧化气氛下烧成，烧成温度控制在1350℃~1400℃之间，保温时间8~12小时，得到成品复合流钢砖。

成品复合流钢砖需要按砖型图纸尺寸及外观要求逐块进行检验，并按批次对成品砖的理化指标进行抽检。

本发明的优点在于：通过将粘土质材料与刚玉莫来石质材料复合，使砖体的生产成本大幅降低，但仍具备良好的抗侵蚀和冲刷能力，且抗热震性能也得以较大提高，满足了冶炼特种合金钢的生产需要。

具体来说，本发明的优点主要体现在如下几个方面：

1、砖基体材料选用粘土质，原料易得且价格低，由于仅占砖体总用量的60%~20%，使得流钢砖成品的成本相对较低。

2、在钢液流道表面复合的工作层材料采用刚玉-莫来石质材料，一方面选择板状刚玉和电熔白刚玉作颗粒，其硬度大、高温强度高，能够很好的抵抗钢水的侵蚀和冲刷；另一方面选择莫来石细粉作基质，有效提高了流钢砖的热震稳定性能，满足了浇钢过程中温度急剧变化的需要。并且通过设计基质中Al₂O₃和SiO₂的含量，使基质中部分莫来石在烧成过程中通过化学反应制得，这种莫来石的生成能够形成致密的网络骨架，提高材料的高温强度，有效抵抗钢液的冲刷和侵蚀。

3、采用本发明方法生产的复合流钢砖与现有的莫来石质、刚玉质流钢砖相比，价格可降低50%~70%，但仍具有良好的耐冲刷和抗侵蚀性能，以及具有良好的急冷急热性能。同时，还可以通过设计调整工作层和砖基体的厚度，满足冶炼不同特种合金钢的需要。

附图说明

图1、图2是本发明的结构示意图。

图3、图4分别是生产过程中使用的砖基体模具和圆筒模具。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖，包括带有钢液流道1的砖基体2，为提高其耐冲刷和抗侵蚀性能，在钢液流道1的表面复合有工作层3，为保证钢水浇注时工作层3不会与砖基体2分离，砖基体2与工作层3的结合面为相互交错的卡槽结构。如果砖体的长度较短，在长度方向可以仅设计一个卡槽，如图1所示；如果砖体的长度较长，在长度方向可以设计多个卡槽，如图2所示。为满足冶炼不同特种合金钢的要求，砖基体2与工作层3的厚度比可在60~80%: 40~20%之间进行调整。

下面通过实施例1~6对本发明做更加详细的说明。

表1、表2分别是实施例1~6中砖基体原料配比和工作层原料配比的图表。

表1 实施例1~6的砖基体原料配比（按重量百分比计）

表2 实施例1~6的工作层原料配比（按重量百分数计）

。

本发明的粘土-刚玉莫来石质复合流钢砖的生产方法包括下述具体步骤（实施例1~6的制备方法相同）：

第一步，砖基体的制备

依据用户图纸制作砖基体模具4备用，如图3所示，其内表面沿长度和周向均布卡槽5；按表1的比例准确称量焦宝石颗粒、焦宝石细粉、叶蜡石生料细粉、粘土生料、软质粘土细粉、硅线石细粉、红柱石细粉和外加结合剂，首先将除结合剂外的各原料在混碾机中先干混3~5分钟，使之均匀后，再加入结合剂混碾5~8分钟形成均匀的泥料；将泥料用压力机压入砖基体模具内制成砖坯，压力机成型压力为80~120MPa，然后入干燥窑内在40℃~120℃温度下干燥24小时备用；

第二步，复合砖坯的制备

首先按表2的比例准确称量板状刚玉颗粒、电熔白刚玉颗粒、电熔白刚玉细粉、电熔莫来石细粉、硅微粉、CA70铝酸钙水泥、结合粘土、煅烧α-Al₂O₃微粉和外加结合剂、分散剂，先将除结合剂和分散剂外的所有原料倒入搅拌机内搅拌5分钟，然后加入结合剂和分散剂继续搅拌8~10min形成自流状浇注浆料；

将内径与成品钢液流道内径相同的圆筒模具6（如图4所示）放入第一步制备的砖基体内腔中部，将上述自流状浇注浆料倒入圆筒模具6与砖基体之间的环形空腔内，并于40±5℃温度下养护24小时，至浇注料具备一定的强度后，取出圆筒模具6，得到复合砖坯；

第三步，干燥、烧成

将复合砖坯缓慢推入干燥窑中在40℃~120℃温度下干燥36~48小时；然后将其推入隧道窑在氧化气氛下烧成，烧成温度控制在1350℃~1400℃之间，保温时间8~12小时，得到成品复合流钢砖。

按用户砖型图纸尺寸及外观要求进行逐块检验，并按批次对成品砖的理化指标进行抽检；检验合格的产品进行打箍并按要求包装出厂，发往用户。

经测试，本发明生产的复合流钢砖的砖基体和工作层的理化指标见下表3和表4。

表3 成品砖体外层砖基体的理化指标

表4 成品砖体内层工作层的理化指标

从表3、表4可以看出，本发明成品砖体的工作层由于采用了刚玉莫来石质材料，具有较高的耐火度和荷重软化温度，能够满足高温钢水的使用要求；且1550°C×2h烧后强度较高，能够有效地抵抗钢水的侵蚀和冲刷；热震稳定性次数较高，说明材料具有良好的抗热震稳定性能，能够有效地抵抗钢水浇注过程中由于急冷急热产生的热应力。外层的砖基体选用粘土质材料，其理化指标也较好，热震次数较多，耐压强度也较高，说明材料的抗热震性能较好，作为外层材料，完全满足流钢砖的使用要求。

本发明复合流钢砖的材料及生产成本较低，性能优良，市场竞争优势明显，为公司拓展国内外潜在销售市场提供了有利的技术支持。