本发明属于电炉炉盖浇注料技术领域。具体涉及一种以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料及其制备方法。
背景技术：
电炉是钢铁冶炼的重要设备，电炉炉盖位于电炉顶部，设有电极孔和加料孔，加之电炉炉盖为空间曲面的异形结构，使得电炉炉盖在服役过程中易遭受强热辐射、熔渣飞溅侵蚀等作用而损毁，尤其随着电炉炼钢工艺的发展，大功率/超大功率的电炉炼钢比例逐渐增大，高熔炼温度、短熔炼周期及频繁急冷急热等冶炼条件对电炉炉盖用耐火材料提出了严格的要求。
目前，电炉炉盖用耐火材料主要为“镁质/镁铬质耐火材料”、“高铝质耐火材料”和“镁铝尖晶石浇注料”。
采用“镁质/镁铬质耐火材料”作为电炉炉盖用耐火材料，其耐火度高，抗熔渣冲刷性好，尤其抗碱性熔渣侵蚀能力强，但镁质/镁铬质耐火材料热膨胀系数大，且缓和热应力能力较差，在强烈、频繁的热震作用下易剥落损毁（薄永明.“VHD精炼炉炉盖整体预制块的研制与应用”，《耐火材料》，2005，39(6)：pp471~472；祝洪喜，等.“高铝质电炉盖预制块的研制与应用”，《炼钢》，2008，24(2)：pp50~53+58）；
采用“高铝质耐火材料”作为电炉炉盖用耐火材料，其冷态和高温强度均较高，且高铝质耐火材料在服役过程中易与炉渣等飞溅物中的CaO、Fe2O3等发生反应形成“壳皮”，对电炉炉盖耐火材料形成保护（杨丁熬，等.“电炉顶用高荷软不烧含石墨高铝砖”，《耐火材料》，2002，36(3)：pp185；“一种氧化铝质电炉盖浇注料及其制备方法”，200710052640.7），提高其服役寿命，但高铝质耐火材料比重大，增大了炉盖的自重，进而也加大了机械负荷，对高铝砖的应用造成了一定阻碍；
采用“镁铝尖晶石浇注料”作为电炉炉盖用耐火材料（陈杨，等.“高铁水兑入比电炉炉盖用镁铝尖晶石浇注料的研制”，《耐火材料》，2012，46(5)：pp358~360），其热膨胀系数较小（尖晶石热膨胀系数约7.6×10-6/℃，Al2O3热膨胀系数约8.8×10-6/℃，MgO热膨胀系数约13.5×10-6/℃），因而使用过程中热膨胀率较小，热膨胀性能好，且镁铝尖晶石耐火材料抵抗化学侵蚀能力较强。但镁铝尖晶石在高温条件下的二次尖晶石化易引发体积膨胀，造成材料开裂甚至损毁；此外，镁铝尖晶石等耐火原料成本较高，增大了电炉炉盖用耐火材料的开发成本。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉、工艺简单的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料的制备方法，用该方法制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料的比重小、强度大、热震稳定性优异和体积稳定性好。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以10~15wt%的锆刚玉颗粒和50~55wt%的铝铬渣颗粒为骨料，以13~18wt%的铝铬渣细粉、5~8wt%的Cr7C3细粉、10~15wt%的ρ-Al2O3微粉和1~4wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和15~20wt%的铝溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料。
所述锆刚玉颗粒的粒度为1~6mm；锆刚玉颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥95wt%，ZrO2含量≥4wt%。
所述铝铬渣为冶炼铬铁合金所产生的炉渣，铝铬渣的主要化学成分是：Al2O3为80~85wt%，Cr2O3为10~15wt%，Fe2O3≤1wt%。
所述铝铬渣颗粒的粒度为0.1~6mm。
所述铝铬渣细粉的粒度为0.064~0.088mm。
所述Cr7C3细粉的粒径为10~20μm；Cr7C3细粉中的Cr7C3含量≥99wt%。
所述ρ-Al2O3微粉的粒度为10~20μm；ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥99wt%。
所述氧化钇微粉的粒度为10~20μm；氧化钇微粉的Y2O3含量≥99wt%。
所述铝溶胶的Al2O3含量为25~30wt%。
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明采用冶炼铬铁合金所产生的炉渣为原料，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料（以下简称电炉炉盖浇注料），显著降低了电炉炉盖浇注料的开发成本；
2、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单；
3、本发明利用电炉炉盖浇注料组分间的氧化-固溶反应形成闭气孔，降低了电炉炉盖浇注料的比重，并提高了电炉炉盖浇注料的热震稳定性；
4、本发明采用溶胶结合，不与电炉炉盖浇注料组分形成低熔相，进而增大了电炉炉盖浇注料的强度。
本发明制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.11~3.16g/cm3；耐压强度为55~60MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为88~93%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.46~0.61%。
因此，本发明具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料的比重小、强度大、热震稳定性优异和体积稳定性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所述涉及的骨料和基质料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述锆刚玉颗粒的粒度为1~6mm；锆刚玉颗粒的主要化学成分是：Al2O3含量≥95wt%，ZrO2含量≥4wt%。
所述铝铬渣为冶炼铬铁合金所产生的炉渣，铝铬渣的主要化学成分是：Al2O3为80~85wt%，Cr2O3为10~15wt%，Fe2O3≤1wt%；所述铝铬渣颗粒的粒度为0.1~6mm；所述铝铬渣细粉的粒度为0.064~0.088mm。
所述Cr7C3细粉的粒径为10~20μm；Cr7C3细粉中的Cr7C3含量≥99wt%。
所述ρ-Al2O3微粉的粒度为10~20μm；ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥99wt%。
所述氧化钇微粉的粒度为10~20μm；氧化钇微粉的Y2O3含量≥99wt%。
所述铝溶胶的Al2O3含量为25~30wt%。
实施例1
一种以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以10~12wt%的锆刚玉颗粒和50~52wt%的铝铬渣颗粒为骨料，以16~18wt%的铝铬渣细粉、6~8wt%的Cr7C3细粉、13~15wt%的ρ-Al2O3微粉和2~4wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和15~18wt%的铝溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.11~3.13g/cm3；耐压强度为55~57MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为88~90%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.46~0.52%。
实施例2
一种以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以11~13wt%的锆刚玉颗粒和51~53wt%的铝铬渣颗粒为骨料，以15~17wt%的铝铬渣细粉、6~8wt%的Cr7C3细粉、12~14wt%的ρ-Al2O3微粉和2~4wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和15~18wt%的铝溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.12~3.14g/cm3；耐压强度为56~58MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为89~91%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.49~0.55%。
实施例3
一种以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以12~14wt%的锆刚玉颗粒和52~54wt%的铝铬渣颗粒为骨料，以14~16wt%的铝铬渣细粉、5~7wt%的Cr7C3细粉、11~13wt%的ρ-Al2O3微粉和1~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和17~20wt%的铝溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.13~3.15g/cm3；耐压强度为57~59MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为90~92%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.52~0.58%。
实施例4
一种以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以13~15wt%的锆刚玉颗粒和53~55wt%的铝铬渣颗粒为骨料，以13~15wt%的铝铬渣细粉、5~7wt%的Cr7C3细粉、10~12wt%的ρ-Al2O3微粉和1~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和17~20wt%的铝溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.14~3.16g/cm3；耐压强度为58~60MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为91~93%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.55~0.61%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式采用冶炼铬铁合金所产生的炉渣为原料，制得以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料（以下简称电炉炉盖浇注料），显著降低了电炉炉盖浇注料的开发成本；
2、本具体实施方式无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单；
3、本具体实施方式利用电炉炉盖浇注料组分间的氧化-固溶反应形成闭气孔，降低了电炉炉盖浇注料的比重，并提高了电炉炉盖浇注料的热震稳定性；
4、本具体实施方式采用溶胶结合，不与电炉炉盖浇注料组分形成低熔相，进而增大了电炉炉盖浇注料的强度。
本具体实施方式制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料经测定：体积密度为3.11~3.16g/cm3；耐压强度为55~60MPa；1300℃水冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为88~93%；1500℃×3h烧后热膨胀率为0.46~0.61%。
因此，本具体实施方式具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的以铝铬渣为主料的电炉炉盖浇注料的比重小、强度大、热震稳定性优异和体积稳定性好。