一种复合座砖及其制备工艺的制作方法

[0001]
本发明涉及一种复合座砖及其制备工艺，属于无机非金属材料学科耐火材料领域。


背景技术：

[0002]
炉外精炼时最高温度达到1750℃、吹氩时间长，熔渣碱度变化等恶劣工况，对钢包耐火材料的损害很大，尤其对钢包用透气砖、座砖等功能性元件。高温下酸性渣渗透性很强，而碱性渣的侵蚀性很强；精炼时常采用强制搅拌，湍流的钢水对座砖的磨损也非常严重；间歇性的操作，温度波动大，极易产生热剥落和结构剥落。苛刻的服役工况对透气砖座砖的抗侵蚀性、耐磨性、抗热震性要求非常高，目前使用的刚玉质、铬刚玉质的透气砖座砖由于氧化铝的两性氧化物特性，刚玉在高温下易和碱反应，导致刚玉质透气砖座砖抗碱侵蚀能力很差，难以适应钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼的要求，透气砖座砖的使用寿命短，成为制约钢包长寿的薄弱环节。另外，由于透气砖座砖的保温性能差，使得透气砖夹钢容易凝固，需要通过吹氧轻烧，加速了透气砖的损毁。本发明通过对透气砖座砖的成分和结构设计解决以上所说的磨损、烧损、侵蚀等问题，提高座砖的使用寿命。同时，提高座砖的保温效果，减少座砖内透气砖夹钢冷凝，减少吹氧，提高内芯透气砖的寿命。


技术实现要素：

[0003]
本发明采用双层复合砖结构设计，在工作层（记为a）采用优异抗侵蚀、耐磨性和抗热震性的重质浇注料，非工作层（记为b）采用具有保温功能的轻质浇注料，非工作层占总高度的1/3~1/2，如图1。工作层和非工作层采用相似的材质，高温处理时体积变化近似同步。工作层和非工作层一次浇注整体成形，结合强度好。浇注时把座砖翻过来浇注，使重质层在下，轻质层在上，如图2。
[0004]
本发明的复合座砖的工作层a，按照质量百分比计，各原料组成如下：（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，21~38%；（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，13~26%；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，8~15%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，12~22%；（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，17~25%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1~2%；（7）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5~3%。
[0005]
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%；本发明的复合座砖非工作层b，按照质量百分比计，各原料组成如下：（1）粒度3~2
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，12~25 %；（2）粒度2~1
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，15~28 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，6~20%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17~26%；（5）粒度≤0.045mm的红柱石，3~12%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，5~10%；（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，6~15%；（8）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5~3%；（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2~0.3%。
[0006]
本发明的复合座砖采用了多种原料复配而成，其中，电熔镁砂、介孔氧化铝、镁铝尖晶石、m60 矾土基烧结莫来石、红柱石、苏州白泥、碳酸镁粉，以ρ-al2o3为结合剂。电熔镁砂的结晶相为方镁石，晶体结构稳定，熔点2800℃。方镁石化学性能稳定，在高温时(1540℃)氧化镁和各种耐火材料之间不起反应或弱反应（硅质除外），对含cao和feo的碱性渣有极好的抵抗能力，因此，其特别适用于钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼用耐火材料原材料。介孔氧化铝抗侵蚀性好、使用温度高、导热系数小，具有阻止热传导的热障功能，并且因为微小的气孔有利于提高材料的抗热震性。镁铝尖晶石构造中，al-o、mg-o之间都是较强的离子键，且静电键强度相等，结构牢固。镁铝尖晶石晶体的饱和结构具有良好的抗热震性、对酸性渣和碱性渣均具有良好的抗侵蚀性能，且耐磨性能优异，能适应精炼的恶劣工况条件。m60 矾土基烧结莫来石性能稳定，杂质含量低，耐火度高；低热熔、低导热率，具有很好的隔热保温效果。红柱石高温莫来石化过程有利于烧结，提高荷重软化温度，且有一定的体积膨胀，补偿烧结的收缩，保持体积稳定。苏州白泥杂质很少，耐火度高，用以提高烧结性能，降低烧结温度。碳酸镁分解造孔，中间产物氧化镁原位和氧化铝反应生成镁铝尖晶石，提高强度和荷软温度。结合剂ρ-al2o3在常温下能发生水化形成凝胶，形成低温施工强度，在高温下转化成刚玉。
[0007]
本发明的复合座砖制备工艺如下：（1）混碾搅拌：分别将a和b的以上原料经强力混碾10~15分钟，另外加水量均为+3~3.5%。
[0008]
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料a注入模具，震动5~8分钟，然后将轻质浇注料b注入模具，震动2~3分钟。a占总高度的2/3~1/2，b占总高度的1/3~1/2。
[0009]
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护48~72小时后拆模，自然干燥72小时，在120~150℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1200~1300℃，保温8~12小时。
[0010]
本发明的复合座砖优点有：（1）复合座砖的工作层力学强度高、耐磨性好、荷重软化温度高、抗侵蚀性能好、抗热震性好，能抵抗炉外精炼的高温、侵蚀、磨损等恶劣工况环境，而其非工作层荷重软化温度高、导热系数低，达到既有保温功能，又有足够的支撑强度而不变形；（2）由于工作层和非工作层的原料相似，且一次性浇注，界面结合强度好，砖的整体性好，层间不会存在界面脱落问题；（3）本发明的工作层以碱性原料镁砂为颗粒，尖晶石细粉为基质，相比常用的铬刚玉莫来石座砖，对抗碱性渣的侵蚀性更好，更适应钙处理钢、高氧钢、优质钢、沸腾钢、镇静钢、半镇静钢等特种钢炉外精炼的要求，具有更长的使用寿命。且因配料中不含铬成分，更环保，用后废砖更易回收处理再利用。
[0011]
附图说明
[0012]
图1为双层设计的复合座砖剖面示意图。其中1为工作层，具有优异抗侵蚀、耐磨性和抗热震性的重质浇注料；2为非工作层，具有保温功能的轻质浇注料。
[0013]
图2为复合座砖浇注时翻转浇注示意图。其中1为工作层；2为非工作层；箭头指向浇注口。
[0014]
具体实施方式
实施例一工作层a1的各原料质量百分比配方如下：（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，38%；（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，13%；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，8%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，22%；（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，17%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，2%；（7）外加结合剂ρ-al2o3，+3%；（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
[0015]
非工作层b1的各原料质量百分比配方如下：（1）粒度3~2
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，12 %；（2）粒度2~1
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，28 %；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，6%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17%；（5）粒度≤0.045mm的红柱石，12%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，10%；（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，15%；（8）外加结合剂ρ-al2o3，+3%；（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
[0016]
座砖制备工艺如下：（1）混碾搅拌：分别将a1和b1的以上原料经强力混碾15分钟，另外加水量均为+3.5%。
[0017]
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料a1注入模具，震动8分钟，然后将轻质浇注料b1注入模具，震动2分钟。重质浇注料a1的高度占座砖总高度2/3，轻质浇注料b1的高度占座砖总高度1/3。
[0018]
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护48小时后拆模，自然干燥72小时，在150℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1200℃，保温12小时。
[0019]
表1列出了实施例一的配方和性能。
[0020]
表1复合座砖的实例配方和性能列表
实施例二工作层a2的各原料质量百分比配方如下：
（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，30%；（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂，20%；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，11%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，17%；（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，21%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1%；（7）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5%。
[0021]
（8）外加减水剂聚羧酸，+0.2%；非工作层b2的各原料质量百分比配方如下：（1）粒度3~2
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，18 %；（2）粒度2~1
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，22 %；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，13%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，20%；（5）粒度≤0.045mm的红柱石，8%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，8%；（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，11%；（8）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5%；（9）外加减水剂聚羧酸，+0.2%。
[0022]
座砖的制备工艺为：（1）混碾搅拌：分别将a2和b2的以上原料经强力混碾10分钟，另外加水量均为+3%。
[0023]
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料a2注入模具，震动5分钟，然后将轻质浇注料b2注入模具，震动3分钟。重质浇注料a2的高度占座砖总高度2/3，轻质浇注料b2的高度占座砖总高度1/3。
[0024]
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护72小时后拆模，自然干燥72小时，在120℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1300℃，保温8小时。
[0025]
表1列出了实施例二的配方和性能。
[0026]
实施例三工作层a3的各原料质量百分比配方如下：（1）粒度5~3mm的电熔镁砂，21%；（2）粒度3~1 mm 的电熔镁砂， 26%；（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，15%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，12%；（5）粒度≤0.020mm的镁铝尖晶石粉，25%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，1%；（7）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5%；（8）外加减水剂聚羧酸，+0.3%。
[0027]
非工作层b3的各原料质量百分比配方如下：（1）粒度3~2
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，25 %；（2）粒度2~1
㎜
的m60 矾土基烧结莫来石，15 %；
（3）粒度1~0.5 mm 的介孔氧化铝，20%；（4）粒度0.5~0.088 mm 的介孔氧化铝，26%；（5）粒度≤0.045mm的红柱石，3%；（6）粒度≤0.010mm的苏州白泥，5%；（7）粒度≤0.010mm的碳酸镁，6%；（8）外加结合剂ρ-al2o3，+2.5%；（9）外加减水剂聚羧酸，+0.3%。
[0028]
座砖的制备工艺为：（1）混碾搅拌：分别将a3和b3的以上原料经强力混碾10分钟，另外加水量均为+3%。
[0029]
（2）浇注：浇注时先将重质浇注料a3注入模具，震动5分钟，然后将轻质浇注料b3注入模具，震动3分钟。重质浇注料a3的高度占座砖总高度1/2，轻质浇注料b3的高度占座砖总高度1/2。
[0030]
（3）养护与烘烤：浇注施工完毕养护72小时后拆模，自然干燥72小时，在120℃烘烤48小时，然后以不超过20℃/小时缓慢升温至1250℃，保温8小时。
[0031]
表1列出了实施例三的配方和性能。