一种熔炼合金钢用中性炉衬材料的制作方法

本发明属于熔炼合金钢用中性炉衬材料，特别涉及一种熔炼合金钢用中性炉衬材料。

背景技术：

1、中频感应炉因冶炼钢种多样、环保、高效等优点广泛用于精密铸造和熔炼合金钢、特种钢等高性能、高附加值钢种[1]。由于其冶炼温度高、工艺复杂，炉衬耐火材料受到特殊金属离子渗透、反复进出钢引起的热冲击和金属熔体的机械冲刷，严重影响炉衬的使用寿命。铝镁尖晶石质材料凭借其优良的抗热震性能、化学稳定性和机械性能被广泛应用于中频感应炉内衬。随着感应炉大型化和高功率化，炉衬材料在服役中后期更容易出现烧结收缩裂纹，加快材料的侵蚀和剥落，降低材料寿命。在设计铝镁质中性炉衬材料时，通常在刚玉质主体材料中使用5-20％镁砂，在服役过程中利用其原位尖晶石反应产生持续膨胀。但在原位尖晶石形成过程中，由于kirkendall效应在镁砂位置留下孔洞。合金钢因熔炼温度高、成分复杂，钢水渗透和侵蚀能能力强，容易沿着镁砂孔洞进行渗透侵蚀，导致炉衬寿命降低。

2、一种中频感应炉用刚玉质干式捣打料及其制备方法》(cn115215638 b)专利技术，该技术以刚玉为主材质并使用6-16％镁砂，利用y2o3、改性tio2、nio及合成添加剂等促进中性料烧结、降低气孔率，进而提高材料性能。但是其忽视膨胀在炉衬服役中的作用，并未从根本上消除因于kirkendall效应在镁砂位置留下孔洞。在1650-1700超高熔炼温度下，这些添加剂的引入势必会导致材料烧结收缩产生裂纹。此外，添加剂合成工艺复杂，成本高。《精密铸造用中频炉干式料及其制备方法》(cn110304909 a)专利技术，该技术引入8-12％1-0mm和5-8％<0.084mm尖晶石，降低原位尖晶石量进而减少kirkendall效应孔洞，提高材料热震稳定性及抗侵蚀性能。用于精密铸造感应炉容量较小，降低原位尖晶石膨胀对寿命影响不大，但对于大容量、高功率感应炉显然不合适。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，提供一种抗合金熔体渗透侵蚀性能优异、机械性能良好、寿命长的熔炼超高温合金钢用中性炉衬材料。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：包括以下骨料和细粉材料：所述骨料为刚玉颗粒，所述细粉包括刚玉粉，氧化铝粉、镁砂和氧化镁包裹氧化铝结构颗粒，所述骨料和所述分料分别预混后一起混合形成干粉料。

3、本发明的进一步设置为：包括以下百分含量的骨料和细粉材料：所述骨料为45-65％刚玉颗粒，所述粉料包括：0-25％刚玉粉，0-6％氧化铝粉、0-20％的1-0mm镁砂和10-30％氧化镁包裹氧化铝结构颗粒。

4、本发明的进一步设置为：所述刚玉粉粒度<0.074mm。

5、本发明的进一步设置为：所述刚玉为烧结刚玉、电熔白刚玉、棕刚玉中的一种或几种。

6、本发明的进一步设置为：所述氧化铝粉粒度为10μm。

7、本发明的进一步设置为：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒中铝原子和镁原子的质量分数比为2：1。

8、本发明的进一步设置为：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒的粒度包括颗粒粒度：1-0.100mm或细粉：小于0.100mm。

9、本发明的进一步设置为：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒通过以下步骤制备：

10、s1：取质量比为2：1的刚玉细粉和氧化镁细粉，以刚玉球为研磨介质、球料比1：1在聚氨酯罐内按60r/min混6h，所述刚玉细粉为烧结刚玉和电熔刚玉中一种，粒度<0.044mm，纯度>99.0％；所述氧化镁细粉为电熔镁砂或烧结镁砂或轻烧镁砂或氧化镁微粉中的一种，粒度<0.010mm，纯度>97.0％。

11、s2：取s1中预混细粉用1％酒精将混合粉润湿，然后用压力机以200mpa压强压制ф50mm×50mm圆柱试样。

12、s3：将s2中圆柱试样在110℃干燥12h，然后将干燥后试样在箱式电阻炉中升温至1100℃保温3h。

13、s4：将s3中热处理后圆柱试样破碎成所需1-0.100mm颗粒和<0.100mm细粉。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明旨在从镁砂kirkendall效应孔洞形成原理出发，结合中性干式料自身特点，在服役过程中保证适量原位尖晶石反应膨胀同时，改善衬体孔结构，降低高温合金对炉衬渗透和渗透。提供一种抗合金熔体渗透侵蚀性能优异、机械性能良好、寿命长的熔炼超高温合金钢用中性炉衬材料。

16、2、合金熔体对炉衬材料侵蚀渗透主要是由于细粉镁砂被更细刚玉粉包裹，高温反应因离子迁移速度不同在氧化镁颗粒处形成孔洞结构。为解决原位尖晶石反应因kirkendall效应镁砂位置留下孔洞导致高温熔体侵蚀渗透问题。需要在保证足够原位尖晶石反应膨胀同时，降低甚至消除这种孔洞存在。离子迁移速度无法改变，本发明首先大幅降低氧化镁粒度形成氧化镁包裹氧化铝结构避免镁砂孔洞产生。然后，利用初始反应温度1000-1100℃，1400℃剧烈反应特点，在1100℃将氧化镁细粉和刚玉粉颗粒初步反应形成氧化镁包裹氧化铝结构，避免破碎后1-0.100mm和<0.100mm包裹结构中氧化镁水化。高温条件下，1-0.100mm和0.100mm氧化镁包裹氧化铝结构颗粒反应使材料产生足够膨胀。实现材料在服役时能原位尖晶石膨胀同时避免kirkendall效应孔洞产生效果。进而降低合金熔体对炉衬渗透侵蚀。

17、3、本发明所制备的球化剂孕育剂用中性炉衬材料，按干式料捣打制样检测性能为：110℃*24h捣打密度2.90-3.00g·cm-3；1200℃线变化率0.5-2.0％，耐压强度5-10mpa；1650℃线变化率2-5％，耐压强度6-15mpa，提供了一种抗合金熔体渗透侵蚀性能优异、机械性能良好、寿命长的熔炼超高温合金钢用中性炉衬材料。

技术特征：

1.一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：包括以下骨料和细粉材料：所述骨料为刚玉颗粒，所述细粉包括刚玉粉，氧化铝粉、镁砂和氧化镁包裹氧化铝结构颗粒，所述骨料和所述分料分别预混后一起混合形成干粉料。

2.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：包括以下百分含量的骨料和细粉材料：所述骨料为45-65％刚玉颗粒，所述粉料包括：0-25％刚玉粉，0-6％氧化铝粉、0-20％的1-0mm镁砂和10-30％氧化镁包裹氧化铝结构颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述刚玉粉粒度<0.074mm。

4.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述刚玉为烧结刚玉、电熔白刚玉、棕刚玉中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述氧化铝粉粒度为10μm。

6.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒中铝原子和镁原子的质量分数比为2：1。

7.根据权利要求1所述的一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒的粒度包括颗粒粒度：1-0.100mm或细粉：小于0.100mm。

8.根据权利要求1-7任一所述一种熔炼合金钢用中性炉衬材料，其特征在于：所述氧化镁包裹氧化铝结构颗粒通过以下步骤制备：

技术总结
本发明属于熔炼合金钢用中性炉衬材料技术领域，包括以下骨料和细粉材料：所述骨料为刚玉颗粒，所述细粉包括刚玉粉，氧化铝粉、镁砂和氧化镁包裹氧化铝结构颗粒，所述骨料和所述分料分别预混后一起混合形成干粉料，提供了一种抗合金熔体渗透侵蚀性能优异、机械性能良好、寿命长的熔炼超高温合金钢用中性炉衬材料。

技术研发人员：饶康,付卫东,范兵,胡家林
受保护的技术使用者：襄阳聚力新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14