本发明属于镁质透气材料技术领域。具体涉及一种中间包用镁质透气材料及其制备方法。
背景技术：
高纯净钢生产技术的研究、开发及应用过程中，钢水在中间包中的净化工艺是提高钢水洁净度的关键环节。在中间包设置气幕挡墙，除了可有效去除钢水中的夹杂物，达到净化钢水的目的，还可以促进钢水温度和成份的均匀化。
现有技术中，通常以浇注方式成型，在产品制备过程中置入固定在模具上的塑料带或金属管，工艺较复杂，且形成的气幕中的气泡较大；通过调节原料颗粒堆积来控制孔隙结构，同样存在气泡直径较大的问题，且产品强度较低、透气性不稳定。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的是提供一种生产成本低的中间包用镁质透气材料的制备方法，用该方法制备的中间包用镁质透气材料的高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、将40～60wt％的镁砂细粉、1～10wt％的镁铝尖晶石细粉、1～10wt％的α-al2o3微粉、1～10wt％的氢氧化铝、1～10wt％的氟化铝、1～10wt％的无水硫酸镁、1～5wt％的添加剂、1～5wt％的发泡剂、1～5wt％的稳泡剂、0.1～1wt％的减水剂和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～20小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～120℃条件下干燥12～24小时，再于1400～1600℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将30～50wt％的所述镁砂细粉、1～10wt％的所述α-al2o3微粉、1～10wt％的所述氟化铝、1～10wt％的所述无水硫酸镁、1～10wt％的增稠剂、0.5～2wt％的减水剂和30～50wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将50～70wt％的镁砂颗粒、1～10wt％的所述颗粒料a、10～30wt％的所述颗粒料b和1～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，在80～120mpa条件下压制成型，再于90～120℃条件下干燥12～24小时，然后于1500～1700℃条件下热处理5～7小时，得到中间包用镁质透气材料。
所述镁砂细粉的mgo含量大于97wt％；所述镁砂细粉的粒度小于0.088mm。
所述镁砂颗粒的mgo含量大于97wt％；所述镁砂颗粒的粒度为1～3mm。
所述镁铝尖晶石：al2o3含量为60～80wt％；sio2含量小于0.4wt％；镁铝尖晶石细粉的粒度小于0.088mm。
所述α-al2o3微粉的al2o3含量大于99wt％，所述α-al2o3微粉的粒度小于0.01mm。
所述氢氧化铝的al(oh)3含量大于99wt％，所述氢氧化铝的粒度小于0.045mm。
所述氟化铝的alf3含量大于99wt％。
所述无水硫酸镁的纯度大于99wt％。
所述添加剂为氧化锌或为二氧化钛，所述添加剂的纯度大于99wt％，所述添加剂的粒度小于0.088mm。
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠或为十二烷基硫酸钠，所述发泡剂的纯度大于98wt％。
所述稳泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或为羧甲基纤维素钠。
所述减水剂为六偏磷酸钠或为三聚磷酸钠，所述减水剂的纯度大于98wt％。
所述铝酸钙水泥：al2o3的含量大于65wt％，sio2的含量小于0.5wt％，fe2o3的含量小于0.3wt％。
所述增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮或为海藻酸钠。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明利用添加剂、镁铝尖晶石细粉、镁砂、氢氧化铝、α-al2o3微粉和发泡剂等不同原料在不同温度条件下的反应性，预制的以方镁石和镁铝尖晶石为主的细晶结构颗粒料，具有多级通孔结构和高强度的特点。本发明混以预制的料浆，能确保镁砂细粉、α-al2o3微粉、氟化铝、无水硫酸镁等均匀地分布于镁砂颗粒、预制的颗粒料a和预制的颗粒料b之间，结合热处理，既形成了细晶结合，也调节了组织结构。因此，制得的中间包用镁质透气材料具有较高的常温抗折强度。
(2)本发明由于控制了不同特性原料间的高温反应过程，避免了杂质相的引入，且在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和镁砂颗粒之间形成了稳定的细晶粒镶嵌结构，因此，制得的中间包用镁质透气材料具有较高的高温抗折强度。
(3)本发明利用不同种类原料的复合作用，以及不同原料间的颗粒粒度差异，制得的预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和镁砂颗粒之间形成了不同尺度的通孔结构，在确保不同温度条件下机械强度较高的同时，赋予了中间包用镁质透气材料稳定的透气性。
(4)本发明根据中间包用镁质透气材料的结构与性能特点，将制备过程分步控制，既调节了晶粒的生长与赋存状态，又控制了孔隙的形成与连通状态，实现了对材料结构和性能的巧妙控制。此外，本发明所采用的原料来源广泛，而且生产工艺简单、生产成本低。
本发明制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3，显气孔率为21～31％，常温抗折强度大于7mpa，高温(1400℃)抗折强度大于5mpa。
本发明生产成本低，所制备的中间包用镁质透气材料具有高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长的特点。
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，先将本具体实施方式所涉及的原料粒径统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述镁砂细粉的mgo含量大于97wt％；所述镁砂细粉的粒度小于0.088mm。
所述镁砂颗粒的mgo含量大于97wt％；所述镁砂颗粒的粒度为1～3mm。
所述镁铝尖晶石：al2o3含量为60～80wt％；sio2含量小于0.4wt％；镁铝尖晶石细粉的粒度小于0.088mm。
所述α-al2o3微粉的al2o3含量大于99wt％，所述α-al2o3微粉的粒度小于0.01mm。
所述氢氧化铝的al(oh)3含量大于99wt％，所述氢氧化铝的粒度小于0.045mm。
所述氟化铝的alf3含量大于99wt％。
所述无水硫酸镁的纯度大于99wt％。
所述添加剂为氧化锌或为二氧化钛，所述氧化锌和二氧化钛的纯度大于99wt％，所述添加剂的粒度小于0.088mm。
所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠或为十二烷基硫酸钠，所述发泡剂的纯度大于98wt％。
所述稳泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠或为羧甲基纤维素钠。
所述减水剂为六偏磷酸钠或为三聚磷酸钠，所述减水剂的纯度大于98wt％。
所述铝酸钙水泥：al2o3的含量大于65wt％，sio2的含量小于0.5wt％，fe2o3的含量小于0.3wt％。
实施例1
一种中间包用镁质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将45～55wt％的镁砂细粉、5～10wt％的镁铝尖晶石细粉、1～5wt％的α～al2o3微粉、5～10wt％的氢氧化铝、1～5wt％的氟化铝、1～10wt％的无水硫酸镁、1～5wt％的氧化锌、1～5wt％的十二烷基苯磺酸钠、1～5wt％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.1～1wt％的六偏磷酸钠和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料15～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～120℃条件下干燥18～24小时，再于1450～1550℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将30～40wt％的所述镁砂细粉、5～10wt％的所述α-al2o3微粉、1～5wt％的所述氟化铝、5～10wt％的所述无水硫酸镁、5～10wt％的海藻酸钠、0.5～1wt％的三聚磷酸钠和40～50wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将50～60wt％的镁砂颗粒、5～10wt％的所述颗粒料a、20～30wt％的所述颗粒料b和5～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，在80～100mpa条件下压制成型，再于90～120℃条件下干燥19～24小时，然后于1550～1650℃条件下热处理5～7小时，得到中间包用镁质透气材料。
本实施例制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3；显气孔率为23～31％；常温抗折强度大于8mpa；高温(1400℃)抗折强度大于7mpa。
实施例2
一种中间包用镁质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将50～60wt％的镁砂细粉、1～5wt％的镁铝尖晶石细粉、5～10wt％的α-al2o3微粉、1～5wt％的氢氧化铝、5～10wt％的氟化铝、1～10wt％的无水硫酸镁、1～5wt％的氧化锌、1～5wt％的十二烷基苯磺酸钠、1～5wt％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.1～1wt％的六偏磷酸钠和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～15wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化15～20小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体经90～120℃条件下干燥12～16小时，再于1400～1500℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将40～50wt％的所述镁砂细粉、1～5wt％的所述α-al2o3微粉、5～10wt％的所述氟化铝、1～5wt％的所述无水硫酸镁、1～5wt％的聚乙烯吡咯烷酮、1～2wt％的六偏磷酸钠和30～40wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将60～70wt％的镁砂颗粒、1～5wt％的所述颗粒料a、15～25wt％的所述颗粒料b和5～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，在90～110mpa条件下压制成型，再于90～120℃条件下干燥12～16小时，然后于1500～1600℃条件下热处理5～7小时，得到中间包用镁质透气材料。
本实施例制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3；显气孔率为21～27％；常温抗折强度大于7mpa；高温(1400℃)抗折强度大于8mpa。
实施例3
一种中间包用镁质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将40～50wt％的镁砂细粉、1～5wt％的镁铝尖晶石细粉、1～5wt％的α-al2o3微粉、5～10wt％的氢氧化铝、5～10wt％的氟化铝、1～10wt％的无水硫酸镁、1～5wt％的二氧化钛、1～5wt％的十二烷基硫酸钠、1～5wt％的羧甲基纤维素钠、0.1～1wt％的三聚磷酸钠和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料10～15wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化15～20小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～120℃条件下干燥15～20小时，再于1500～1600℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将40～50wt％的所述镁砂细粉、1～5wt％的所述α～al2o3微粉、1～5wt％的所述氟化铝、5～10wt％的所述无水硫酸镁、5～10wt％的海藻酸钠、0.5～1wt％的三聚磷酸钠和30～40wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将50～60wt％的镁砂颗粒、5～10wt％的所述颗粒料a、25～30wt％的所述颗粒料b和5～10wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，在90～110mpa条件下压制成型，再于90～120℃条件下干燥15～19小时，然后于1600～1700℃条件下热处理5～7小时，得到中间包用镁质透气材料。
本实施例制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.6～2.9g/cm3；显气孔率为25～31％；常温抗折强度大于8mpa；高温(1400℃)抗折强度大于9mpa。
实施例4
一种中间包用镁质透气材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、将50～60wt％的镁砂细粉、5～10wt％的镁铝尖晶石细粉、5～10wt％的α-al2o3微粉、1～5wt％的氢氧化铝、1～5wt％的氟化铝、1～10wt％的无水硫酸镁、1～5wt％的二氧化钛、1～5wt％的十二烷基硫酸钠、1～5wt％的羧甲基纤维素钠、0.1～1wt％的三聚磷酸钠和1～5wt％的铝酸钙水泥混合，得到混合料；再外加所述混合料15～20wt％的水，搅拌均匀，浇注成型，固化10～15小时，得到固化后的坯体。
第二步、将所述固化后的坯体于90～120℃条件下干燥15～20小时，再于1500～1600℃条件下热处理5～7小时，得到预烧料；然后将所述预烧料破碎，筛分，得到粒度小于0.25mm的颗粒料a和粒度为0.25～1mm的颗粒料b。
第三步、将30～40wt％的所述镁砂细粉、5～10wt％的所述α-al2o3微粉、5～10wt％的所述氟化铝、1～5wt％的所述无水硫酸镁、1～5wt％的聚乙烯吡咯烷酮、1～2wt％的六偏磷酸钠和40～50wt％的水混合，搅拌均匀，得到料浆。
第四步、将55～65wt％的镁砂颗粒、5～10wt％的所述颗粒料a、20～30wt％的所述颗粒料b和1～5wt％的所述料浆混合，搅拌均匀，在100～120mpa条件下压制成型，再于90～120℃条件下干燥16～20小时，然后于1600～1700℃条件下热处理5～7小时，得到中间包用镁质透气材料。
本实施例制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.7g/cm3；显气孔率为24～31％；常温抗折强度大于9mpa；高温(1400℃)抗折强度大于8mpa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式利用添加剂、镁铝尖晶石细粉、镁砂、氢氧化铝、α-al2o3微粉和发泡剂等不同原料在不同温度条件下的反应性，预制的以方镁石和镁铝尖晶石为主的细晶结构颗粒料，具有多级通孔结构和高强度的特点。本具体实施方式混以预制的料浆，能确保镁砂细粉、α-al2o3微粉、氟化铝、无水硫酸镁等均匀地分布于镁砂颗粒、预制的颗粒料a和预制的颗粒料b之间，结合热处理，既形成了细晶结合，也调节了组织结构。因此，制得的中间包用镁质透气材料具有较高的常温抗折强度。
(2)本具体实施方式由于控制了不同特性原料间的高温反应过程，避免了杂质相的引入，且在预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和镁砂颗粒之间形成了稳定的细晶粒镶嵌结构，因此，制得的中间包用镁质透气材料具有较高的高温抗折强度。
(3)本具体实施方式利用不同种类原料的复合作用，以及不同原料间的颗粒粒度差异，制得的预制的颗粒料a、预制的颗粒料b和镁砂颗粒之间形成了不同尺度的通孔结构，在确保不同温度条件下机械强度较高的同时，赋予了中间包用镁质透气材料稳定的透气性。
(4)本具体实施方式根据中间包用镁质透气材料的结构与性能特点，将制备过程分步控制，既调节了晶粒的生长与赋存状态，又控制了孔隙的形成与连通状态，实现了对材料结构和性能的巧妙控制。此外，本具体实施方式所采用的原料来源广泛，而且生产工艺简单、生产成本低。
本具体实施方式制备的中间包用镁质透气材料的性能经检测：体积密度为2.5～2.9g/cm3，显气孔率为21～31％，常温抗折强度大于7mpa，高温(1400℃)抗折强度大于5mpa。
本具体实施方式生产成本低，所制备的中间包用镁质透气材料具有高温抗折强度大、透气性稳定、抗冲刷性能优异和使用寿命长的特点。