一种钢包用上水口砖及其制备方法与流程

本发明属于耐火材料领域，更具体地说，涉及一种钢包用上水口砖及其制备方法。

背景技术：

1、随着炼钢技术的不断发展，模铸或者连铸浇钢过程中的控流系统基本上都是采用滑动水口控流系统代替塞棒控流系统。钢包控流滑动水口系统由安装在钢包底部的专用滑动机构、配套液压驱动装置、压力传递连杆装置、液压油缸、耐火材料(上水口砖、上下滑板、下水口砖、接缝火泥)等组成，通过液压站提供压力输出，连杆传递压力驱动液压油缸带动机构内滑动框移动，安装在滑动框内的滑板跟随滑动框一起上下移动，实现浇钢过程控流。通过滑动水口控流系统，能够精确调节从钢包到连铸或模铸内的钢水流量，保护钢包下面设备和人员安全，起到控制钢水温度、钢水流速的作用，保证中间包钢液面在合理位置，对连铸及模铸安全有效运行起着重要的作用。

2、钢包用上水口砖作为钢包控流滑动水口系统内非常重要的组成部分，使用时固定安装在钢包水口座砖内(通过专用接缝火泥连接)，大头面与上滑板通过火泥粘结；上水口砖使用过程中主要受以下因素影响：(1)在浇钢过程中，高温及高速流淌的钢水及钢渣不断侵蚀冲刷钢包上水口砖；(2)由于热修操作过程中频繁更换滑板，使得上水口砖裸露在空气中，增加了碳的氧化，变质层增加，继续使用时易被侵蚀剥落；(3)每次热修更换滑板时，需要采用机械方法清理残留在上水口砖端面处残留的火泥、钢渣、冷钢等，不断损伤上水口砖。以上因素的影响，上水口砖存在材料消耗大、使用寿命短等问题，给钢铁企业带来了经济和环境压力。

3、为了解决上述的问题，经检索：

4、中国专利文献一：公开号为cn101747062a，公开日为2010-06-23，公开了一种炼钢用钢包上水口砖，以电熔白刚玉为主要原料，在原料中添加原料总重量8～14％的电熔锆莫来石；

5、中国专利文献二：公开号为cn209157112u，公开日为2019-07-26，公开了一种钢包用上水口砖，该钢包用上水口砖通过在砖体上端的流钢孔内镶嵌氧化锆环形砖，利用氧化锆环形砖优异的抗侵蚀能力、抗热震性能，有效提高了上水口砖的使用寿命；

6、中国专利文献三：公开号为cn112456986a，公开日为2021-03-09，公开了一种钙处理钢用高寿命钢包上水口砖及其制备方法，该上水口砖包括细粉料，所述细粉料中添加有以插层石墨、活性金属铝硅合金粉为原料的改性石墨细粉，其中插层石墨按重量百分比的含量为25～45％，余下为活性金属铝硅合金粉。

7、上述的专利中采用电熔锆莫来石或者氧化锆或者镁尖晶石颗粒等来提高使用寿命，然而，如何将镁铝尖晶石砖和镁铬砖的再生应用到上水口砖中，尚未见到报道。目前已经有了一些成功的实例和技术基础，例如，伊朗的一家炼铜厂利用回收后的镁铬砖制备了阳极炉、浇铸轮和出钢槽用的浇注料，表现出了良好的性能；国内也有一些耐火材料厂对废旧镁铝尖晶石砖进行了回收利用，将其精选、细碎、筛选后生产成再生镁铝尖晶石砂，用于制作钢包衬砖、钢包浇注料等耐火产品。

8、据不完全统计全国每年年消耗铬镁砖、镁铝尖晶石砖近几十万吨，很多冶金企业、玻璃窑炉企业、回转窑、泥厂旋转窑企业每年产生大量使用过的废弃下来的废镁铬砖、废镁铝尖晶石砖。可是使用过程中，只有约有1/3～1/2被侵蚀熔损进入，不少厂家将处理方法是随意倾倒、抛撒或者是将其填埋地下，如果随意倾倒或填埋，不仅会浪费宝贵的资源，还会对环境造成危害。例如，镁铬砖会释放出有毒的6价铬，对人体和生态系统有害。如果将废旧砖回收利用，可以减少原料的消耗，降低生产的成本，同时也可以减少6价铬的排放，保护环境和人体健康。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种钢包用上水口砖，旨在解决传统上水口砖存在的诸多问题；1)材料消耗大、使用寿命短导致在线更换频繁；2)纯刚玉材料原料成本高，给钢铁企业带来了经济和环境压力。

3、本发明的另一目的是提供一种钢包用上水口砖的制备方法。

4、2.技术方案

5、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案：

6、本发明第一方面提供一种钢包用上水口砖，它包含：

7、1)质量份数为25～60份的颗粒骨料，所述颗粒骨料由质量份数为15～35份的再生镁铬砂颗粒、质量份数为10～25份的再生镁铝尖晶石颗粒组成；

8、2)质量份数为19～35份的共磨粉，所述共磨粉由质量份数为8～15份的再生镁铬砂细粉、质量份数为5～10份的再生镁铝尖晶石细粉、质量份数为6～10份的α-al2o3微粉组成；

9、3)质量份数为0.6～1.2份的纤维，所述纤维由质量份数为0.5～1份的金属铝纤维、质量份数为0.1～0.2份聚丙烯防爆纤维组成；

10、4)以及占颗粒骨料、共磨粉和纤维总重量4wt％～6wt％的改性复合固化剂，所述改性复合固化剂由改性纳米二氧化硅粉硅和热固型酚醛树脂按照重量份数比例1：100比例混合后复合组成；所述改性纳米二氧化硅粉是将纳米二氧化硅、二氧化钛和氧化铝盐溶液按一定比例混合均匀。加热后使氧化铝盐溶液发生化学沉淀。经过过滤、洗涤、干燥，得到改性后的纳米二氧化硅。改性纳米二氧化硅可以提高纳米二氧化硅的分散稳定性，防止团聚，改善纳米二氧化硅溶液的相容性，提高结合剂与基材的粘接性，所述的纳米二氧化硅平均粒径为30nm，sio2的含量≥99.5wt％。所述复合固化剂其中改性的纳米二氧化硅一是可以填充酚醛树脂中的空隙，提高酚醛树脂的提高酚醛树脂的强度和密度，提高酚醛树脂的耐高温性能和热稳定性。

11、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述再生镁铬砂颗粒的粒径由5～3mm、3～1mm、1～0mm三种颗粒级配组成，其质量份数分别为：粒径为5～3mm的再生镁铬砂颗粒5～10份、粒径为3～1mm的再生镁铬砂颗粒5～15份、粒径为1～0mm的再生镁铬砂颗粒5～10份；所述再生镁铬砂细粉的粒径为325目。

12、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述再生镁铬砂颗粒以及再生镁铬砂细粉中：mgo+cr2o3的含量≥80.0wt％。

13、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述再生镁铝尖晶石颗粒的粒径由5～3mm、3～1mm、1～0mm三种颗粒级配组成，其质量份数分别为：粒径为5～3mm的再生镁铝尖晶石颗粒0～5份、粒径为3～1mm的再生镁铝尖晶石颗粒5～10份、粒径为1～0mm的再生镁铝尖晶石颗粒5～10份；所述再生镁铝尖晶石细粉的粒径为325目。

14、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述再生镁铝尖晶石颗粒以及再生镁铝尖晶石细粉中：mgo+al2o3的含量≥95.0wt％。

15、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述α-al2o3微粉的粒度为0～2μm；所述α-al2o3微粉中：al2o3的含量≥99.0wt％，sio2的含量≤0.1wt％，fe2o3的含量≤0.08wt％，na2o+k2o的含量≤0.3wt％。

16、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述金属铝纤维的直径度为0.2mm，长度为3～4mm；所述金属铝纤维中：al的含量≥99.8wt％。

17、根据本发明目的的第一方面的任一实施方案，所述含酚醛树脂是热固型酚醛树脂，粘度15-25(25℃ pas)固含量(％)≥70，残碳量含量(％)≥40，游离酚(％)：＜10。

18、本发明第二方面提供一种钢包用上水口砖的制备方法，该方法包括步骤：

19、1)再生原料颗粒料制备；

20、2)混合料配制：按质量份数将再生镁铬砂颗粒和再生镁铬砂细粉、再生镁铝尖晶石颗粒、和再生镁铝尖晶石细粉、α-al2o3微粉、金属铝纤维、聚丙烯防爆纤维，用高速混合机进行充分预混合，转速150～250r/min，预混合时间10～15min；

21、3)泥料制备：将步骤二的混合料加入高速轮碾机碾压搅拌，加入改性复合固化剂，改性复合固化剂的重量为预混合材料重量的4wt％～6wt％，搅拌时间为10～15min，搅拌均匀得到泥料；

22、4)机压成型：泥料加入成型模具中，在1000t压力机成型，高压成型为砖坯，自然晾放24h；

23、5)干燥固化：自然晾放24小时的砖坯进入电干燥器内干燥，干燥工艺为：从室温以20℃/h升温至110℃，保温24h；再以15℃/h的速率升温至220℃，保温10h；以12℃/h的速率升温至350℃，保温18h；最后以20℃/h的速率冷却至室温，得到成品。

24、根据本发明目的的第二方面的任一实施方案，所述再生原料颗粒料制备步骤包括：

25、11)将废弃镁铝尖晶石砖和镁铬砖进行精选，清除杂质和附着物，然后人工或机械地将黏渣层和过渡层铲除，减少低熔点相的含量；

26、12)将初步处理好的废弃镁铝尖晶石砖和镁铬砖经精选后送入破碎机，进行粗破碎和细破碎，将物料破碎至粒度至25mm以下；

27、13)将破碎后的物料送入磁选机，进行磁选除铁处理，去除铁质杂质，提高原料的纯度；将除杂质后的颗粒送入的行星式轮碾机，进行碾压处理进而去除假颗粒，提高再生原料整体的体积密度，碾压时间7～10min；

28、14)将碾压后的物料送入振动筛，进行筛分得到5～3mm、3～1mm、1～0mm粒径的再生镁铝尖晶石颗粒和5～3mm、3～1mm、1～0mm粒径的再生镁铬砂颗粒；

29、15)将筛分得到1～0mm以下粒度的用球磨机进行细磨，得到均匀325目的再生镁铝尖晶石细粉和325目的再生镁铬砂细粉。

30、3.有益效果

31、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

32、(1)本发明的钢包用上水口砖通过回收和再生利用废弃的镁铝尖晶石砖和镁铬砖，避免了将大量废旧砖随意倾倒或填埋，减少了对环境的污染。这对于防止有毒物质的释放，如6价铬，对人体和生态系统的危害，具有积极的环保意义；

33、(2)本发明的钢包用上水口砖降低生产对原材料的需求：通过再生利用，减少了对新材料的需求，降低了对自然资源的开采和消耗，有助于构建循环经济模式，减缓了资源枯竭的速度；

34、(3)本发明的钢包用上水口砖通过精选、清洁、破碎、筛分和细磨等再生工艺，成功地将废弃的镁铝尖晶石砖和镁铬砖转化为再生原料，降低了对高成本原料的需求，实现高效再生，对资源的进行了最大程度利用；

35、(4)本发明的钢包用上水口砖降低生产成本：利用再生原料制备钢包上水口砖，相比传统生产方式，可以显著降低生产成本；通过回收和再生，避免了新鲜原材料的高昂费用，提高了产品的竞争力；

36、(5)本发明的钢包用上水口砖引入了新型复合固化剂，通过添加改性复合固化剂，可以有效提高砖体的高温强度和耐蚀性。