專利名稱：一種rh真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，特別涉及一種RH真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚及其加 工方法。
背景技術(shù)：
RH真空冶煉槽是精品鋼材生產(chǎn)的主要爐外精煉設(shè)備，隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展和下游工 業(yè)需求的擴(kuò)大，高附加值鋼種產(chǎn)量的不斷上升，RH真空精煉設(shè)備的生產(chǎn)負(fù)荷持續(xù)增加，設(shè)備 功能不斷提升，對耐材的性能提出了更高的要求。RH真空冶煉槽襯耐材的重要性和使用量 迅速擴(kuò)大。RH真空冶煉槽襯耐火材料，使用中需經(jīng)受高溫鋼水的劇烈沖刷、爐渣和鋼水的熔 損侵蝕和間隙性處理鋼水所經(jīng)受的強(qiáng)烈的熱震損毀過程，要求材料具有優(yōu)良的抗鋼水和渣 侵蝕性能、良好的高溫強(qiáng)度，同時(shí)，還要求材料具有足夠的熱震穩(wěn)定性。超高溫?zé)涉V鉻制 品，因較好地同時(shí)兼有上述諸方面的優(yōu)良性能，過去幾十年中在世界各地均被選為RH真空 冶煉設(shè)備的最合適的爐襯耐火材料，目前仍是RH真空冶煉設(shè)備應(yīng)用最普遍的爐襯耐火材 料。然而，因全球范圍內(nèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略受到越來越多的重視，各國對鎂鉻磚生產(chǎn)使 用過程和廢棄殘襯造成的環(huán)境污染引起了普遍的關(guān)注。鎂鉻磚在堿性條件下高溫使用過程中產(chǎn)生高價(jià)鉻，隨溫度的升高而加劇。六價(jià)鉻 為對人體致癌物質(zhì)，在耐材超高溫?zé)珊蛪A性條件下高溫使用中揮發(fā)，廢耐材堆放填埋過 程中溶入地下水源，廢耐材利用過程中變質(zhì)層分離后廢棄、破粉碎揚(yáng)塵均可能造成這種有 害物質(zhì)擴(kuò)散并損害環(huán)境。近年來無鉻耐材開發(fā)工作受到普遍的重視。特別是水泥回轉(zhuǎn)窯襯耐材中鎂尖晶石 磚替代鎂鉻磚得到了較廣泛推廣和采用。RH真空冶煉槽襯用無鉻耐材的試驗(yàn)開發(fā)，但因冶 煉條件苛刻、耐材開發(fā)難度高，目前主要還處于試驗(yàn)室材料開發(fā)和工業(yè)性試驗(yàn)探索階段，需 要在開發(fā)性能優(yōu)越的無鉻耐材的材料技術(shù)領(lǐng)域積極探索。作為替代鎂鉻耐材的無鉻耐材，研發(fā)中涉及的有鎂鋁尖晶石、鎂尖晶石鈦、鎂尖晶 石鋯、氧化鎂_氧化釔、氧化鎂_氧化鋯、氧化鎂_鋯英石和鎂碳質(zhì)。超高溫?zé)傻逆V鋁尖 晶石磚有接近鎂鉻尖晶石磚的耐火性能，但是，以高純合成尖晶石為原料的鎂尖晶石質(zhì)磚， 由于結(jié)合組織難于發(fā)達(dá)，鎂鋁尖晶石磚中Al2O3較鎂鉻磚中Cr2O3向爐渣中溶出的速度快，因 此，在RH真空冶煉槽襯上用鎂鋁尖晶石磚替代鎂鉻磚，易造成爐襯壽命下降。必需對該體 系材料結(jié)合相組織經(jīng)超高溫?zé)珊蟮慕Y(jié)晶發(fā)育長大和的抗渣性能進(jìn)行改善提高。日本專利特開2001-302363發(fā)明了一種加入含氧化鐵10 20%鎂鋁尖晶石原料 的水泥窯鎂尖晶石磚，改善了鎂尖晶石磚的耐侵蝕性、耐剝落性和窯皮附著性能。日本專利 特開2003-226570發(fā)明了一種加入稀土氧化物0. 1 10%的鋼水二次精煉用鎂尖晶石無鉻 耐火材料，耐侵蝕性能優(yōu)良，較原鎂尖晶石磚耐剝落性能改善，壽命提高、消耗降低。專利特 開2000-72528發(fā)明了一種加入CaO穩(wěn)定的半穩(wěn)定氧化鋯0. 5 10%的鎂尖晶石磚，用水泥窯燒成帶爐襯，耐侵蝕性、耐剝落性和抗熱沖擊性優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)了爐襯耐材無鉻化。藤谷信吾等發(fā)表的“二次精煉用m η if才、義質(zhì)Λ九力、‘Θ開發(fā)，，，《耐火物》，1998，Ns 1. 17 20、伊東克則發(fā)表的 “Shinagana TechnicalR印ort”，Vol. 41，1998， 1 6，文中藤谷信吾、伊東克則等借鑒了水泥窯襯無鉻化鎂尖晶石磚制作技術(shù)，使材料結(jié) 構(gòu)中晶界含少量Fe2O3和TiO2,促進(jìn)材料組織結(jié)構(gòu)中結(jié)合相的發(fā)達(dá)，達(dá)到提高耐侵蝕性能的 目的，通過促進(jìn)結(jié)合相生長和改用電熔鎂砂的技術(shù)途徑，改善了鎂鋁尖晶石的抗侵蝕性能， 得到了抗低堿度渣侵蝕性能不如鎂鉻磚、其他各項(xiàng)性能均較優(yōu)異的鎂鋁尖晶石磚，該開發(fā) 產(chǎn)品在RH浸漬管上進(jìn)行替代鎂鉻磚的實(shí)爐試驗(yàn)取得與鎂鉻磚同等的試驗(yàn)效果。黑崎播磨株式會社技術(shù)研究所的大崎博右等人對鎂鋁鈦材料開發(fā)進(jìn)行了較系統(tǒng) 的研究，(大崎博右等，"MgO-TiO2-Al2O3Chrome-Free Bricks forVacuum Degassor”，黑崎 播磨(株)耐火材料志M 148(2000))發(fā)現(xiàn)該體系材料在合理的TiO2Al2O3比和一定的 Ti02、Al203合量下，可以獲得相當(dāng)于或優(yōu)于鎂鉻材料的性能和使用效果。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的 MgO-TiO2-Al2O3系無鉻磚進(jìn)行RH真空槽(Installation of Top-Burner)實(shí)爐試驗(yàn)，取得與 Cr2O3含量12. 2%牌號的鎂鉻磚相當(dāng)?shù)氖褂脡勖Ｓ捎谝酝逆V尖晶石磚耐材均是1700°C左右高溫?zé)傻臒赡突鹬破?，能耗高?不易使磚體組織充分燒結(jié)。以上所述的各發(fā)明的無鉻鎂尖晶石磚耐材，制造技術(shù)上均是在 鎂尖晶石磚中加入氧化鐵、氧化鈦、氧化鋯和稀土氧化物等配料組分，促進(jìn)高溫、超高溫?zé)?成制作工藝中材料結(jié)合相組織的結(jié)晶發(fā)育長大和抗渣性能提高，使無鉻耐材的使用壽命提 高。但促進(jìn)無鉻耐材燒結(jié)的各種配料組分，實(shí)際上均是在材料結(jié)構(gòu)中引進(jìn)異相物質(zhì)，最終不 可避免地造成體系的高溫性能下降、成本提高和材料綜合性價(jià)比的下降，因此，實(shí)踐中難以 得到廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種RH真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚及其加工方法，開發(fā)一 種在RH真空設(shè)備槽襯使用效果與鎂鉻磚相當(dāng)?shù)逆V尖晶石質(zhì)無鉻耐材，實(shí)現(xiàn)RH真空冶煉設(shè) 備內(nèi)襯無鉻化，消除含鉻耐材爐襯造成的環(huán)保隱患，并使高性能耐材的制造技術(shù)得到發(fā)展。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種RH真空爐襯用耐火材料的原料，其化學(xué)成 分按重量百分配比計(jì)為鎂砂81 88%;富鋁尖晶石超微粉8 15%;紙漿廢液結(jié)合劑3 5 %。優(yōu)選地，所述鎂砂中MgO的重量百分比彡97%。優(yōu)選地，所述富鋁尖晶石超微粉的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為MgO8 12%;Al2O387 91%;其中，MgO和Al2O3合量大于或等于98%。優(yōu)選地，所述富鋁尖晶石超微粉的中粒徑小于等于2 μ m。優(yōu)選地，所述紙漿廢液結(jié)合劑為耐火材料行業(yè)制造耐火磚坯體常用的市售結(jié)合 劑。
優(yōu)選地，所述市售結(jié)合劑的主要成份為木質(zhì)素磺酸鈣。一種RH真空爐襯用耐火材料的原料所制得的RH真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚，其 化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為MgO 82 90%，A1203 7 15%，其余為雜質(zhì)。 一種RH真空爐襯用耐火材料的加工方法，將不同粒級的鎂砂顆粒和細(xì)粉、富鋁尖 晶石超微粉以及紙漿廢液結(jié)合劑經(jīng)混練、壓制成型和烘干制作得到RH真空爐襯用鎂尖晶 石無鉻磚。上述提到的本發(fā)明中的各層材料性能如下鎂砂是以氧化鎂為主成分的基本耐火原料，氧化鎂熔點(diǎn)高達(dá)2800°C，是高溫性能 優(yōu)異的耐火氧化物，對堿性熔渣有很好的抗侵蝕性能，但是它有相當(dāng)高的熱膨脹系數(shù)和彈 性模量，使這類材料的抗熱震性較差，另外，鎂質(zhì)材料在高溫下易受熔渣滲透而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝 落，需要采取技術(shù)措施改善。鎂鋁尖晶石同時(shí)具有耐火性能，熱震穩(wěn)定性和抗渣滲透性能優(yōu) 良等特點(diǎn)，對堿性渣具有良好的高溫抗侵蝕性。以鎂砂為主骨料、鎂鋁尖晶石為結(jié)合相的耐 火材料，將同時(shí)具有優(yōu)良的耐高溫、抗熱震穩(wěn)定性和抗渣熔損滲透性能。富鋁尖晶石超微粉的形式加入，既利用了超細(xì)粉表面活性高具有結(jié)合作用、又利 用超微粉的活性燒結(jié)和富余氧化鋁的反應(yīng)燒結(jié)特性，使在高溫使用環(huán)境下形成充分燒結(jié)致 密的耐火組織結(jié)構(gòu)和良好的使用特性，同時(shí)又不會因過度的鋁鎂尖晶石反應(yīng)的膨脹效應(yīng)使 坯體組織疏松。富鋁尖晶石超微粉的加入量以重量計(jì)為8 15%，低于8%時(shí)鎂尖晶石無 鉻不燒磚不能具有搬運(yùn)和砌筑需要的足夠的強(qiáng)度，磚體結(jié)構(gòu)中鎂鋁尖晶石量低，對無鉻磚 熱震穩(wěn)定性和抗渣滲透性改進(jìn)也不利；高于15%時(shí)，超微粉量過高、超出耐火磚組織中顆 粒堆積的合理比例范圍，磚體的密度下降、氣孔率上升，最終將影響無鉻磚的使用效果。由于RH真空槽爐襯的作業(yè)工礦條件十分苛刻，要求爐襯耐火材料具有高耐火性 能，因此，采用的耐火原材料雜質(zhì)含量必須低，否則將降低材料的耐火性能。 本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明的鎂尖晶石無鉻耐材，利用富鋁尖晶石超微粉在坯體中的結(jié)合作用和高溫 使用過程中的燒結(jié)活性，制作不需超高溫?zé)杉淳哂辛己脧?qiáng)度的鎂尖晶石不燒磚，并通過 真空槽襯高溫使用過程中不燒磚坯體內(nèi)的燒結(jié)，使鎂尖晶石無鉻耐材組織發(fā)生良好燒結(jié)和 發(fā)育，成為使用性能優(yōu)良的高純高性能耐火材料工作襯。采用高性能的富鋁尖晶石超微粉 作結(jié)合劑，避免了以降低耐火性能的無機(jī)化工結(jié)合劑作結(jié)合劑，提高了無鉻磚的高溫性能， 使能夠達(dá)到鎂鉻磚的使用效果。該鎂尖晶石無鉻耐材的制造工藝省去了常規(guī)鎂尖晶石耐材 的超高溫?zé)晒に?，同時(shí)具有顯著的節(jié)能意義。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為實(shí)施例1中的鎂尖晶石無鉻磚抗渣性能與氧化鋁含量關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖1來具體介紹幾種本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
按照本發(fā)明的成分配比，以鎂砂和中位徑為1.9μπι的市售富鋁尖晶石超微粉 CTC55(安邁鋁業(yè)(青島)有限公司)為原料，紙漿廢液為結(jié)合劑，經(jīng)混練、壓制成型和烘干 制作了不同氧化鋁含量的鎂鋁尖晶石質(zhì)無鉻耐材試樣。鎂尖晶石質(zhì)磚試樣的性能示于表 1?？?jié)O試驗(yàn)所用的漁樣為Ca048. 23%,Mg05. 89%,Si0212. l%,Fe013. 02%,Mn05. 07%。 抗渣試驗(yàn)采用靜態(tài)坩堝法，在Φ25Χ25的各無鉻耐材坩堝孔中放置20克渣，電爐內(nèi) 1600°c X 3h抗渣試驗(yàn)。試驗(yàn)后將坩堝孔中殘?jiān)〕?，重新置?0克渣再次進(jìn)行抗渣試驗(yàn)。 如此循環(huán)5次后，沿坩堝孔中心面剖開坩堝，測量渣侵蝕參數(shù)。表1鎂鋁尖晶石無鉻不燒磚不同成分比例的性能對比 ※試樣經(jīng)1650°C X 3h煅燒◎ RH真空槽中上部槽襯用鎂鉻磚。如圖1所示，鎂尖晶石無鉻磚抗渣侵蝕性能隨富鋁尖晶石微粉加入量變化而改 變，其中X軸為鎂尖晶石無鉻磚的氧化鋁含量(單位Wt%)，Y軸為渣熔損面積(單位平 方毫米)，Z軸為渣滲透面積(單位平方毫米)。富鋁尖晶石微粉增加、組成的氧化鋁含量 增加，無鉻磚的抗渣熔損性能下降而熔損量增加，鎂尖晶石磚的氧化鋁含量高于13. 5%后 進(jìn)一步增加，無鉻磚的熔損有加速增加的趨勢。但抗渣滲透性強(qiáng)的尖晶石含量增加使無鉻 磚的渣侵蝕滲透量下降。圖1直觀的表達(dá)了無鉻磚的富鋁尖晶石微粉加入量改變(對應(yīng)組 成的氧化鋁含量變化)，磚的抗渣性能相應(yīng)改變。表2鎂鋁尖晶石無鉻不燒磚不同微粒直徑的性能對比 ※試樣經(jīng)1650°C X 3h煅燒后測定。表2中實(shí)施例的性能表明，本發(fā)明鎂尖晶石無鉻不燒磚的抗渣熔損和抗渣滲透性 能明顯優(yōu)于比較例鎂尖晶石燒成磚，其抗渣滲透性也優(yōu)于表1的RH真空槽中上部襯用鎂鉻 磚。表明其使用效果將優(yōu)于用氧化鈦或氧化鐵促進(jìn)燒結(jié)的燒成鎂尖晶石磚。而無鉻不燒磚的體密、熱態(tài)強(qiáng)度和顯氣孔率等性能也均良好，可滿足RH真空設(shè)備對上中槽襯耐材的要 求。總之，本發(fā)明以加入富鋁尖晶石超微粉為特征的RH真空設(shè)備上中部爐襯鎂尖晶石無鉻不燒磚，抗渣滲透和熔損性能優(yōu)良，其他物理性能良好。不但實(shí)現(xiàn)了無鉻化，而且免 除了高耗能的高溫?zé)晒に?，其制作成本較燒成磚明顯降低，使材料的性價(jià)比明顯提高。將 其與鎂鉻磚相鄰砌筑對比使用，經(jīng)1650爐次的使用，侵蝕熔損程度與相鄰的鎂鉻磚襯相 當(dāng)，試驗(yàn)磚砌筑體，殘襯厚度略有凸出，變質(zhì)層< 5mm，較鎂鉻磚的侵蝕變質(zhì)層明顯薄，這與 試驗(yàn)室抗渣侵蝕試驗(yàn)結(jié)果一致。無鉻磚使用過程中未觀察到明顯的剝落損壞發(fā)生。表明該 無鉻耐材可在RH真空設(shè)備爐襯中上部位替代鎂鉻磚。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡 管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然 可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā) 明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于化學(xué)成分按重量百分配比計(jì)為鎂砂 81～88％；富鋁尖晶石超微粉8～15％；紙漿廢液結(jié)合劑 3～5％。
2.如權(quán)利要求1所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于所述鎂砂中MgO 的重量百分比彡97%。
3.如權(quán)利要求2所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于所述富鋁尖晶石 超微粉的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為MgO8 12% ；Al2O387 91%;其中，MgO和Al2O3合量大于或等于98%。
4.如權(quán)利要求3所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于所述富鋁尖晶石 超微粉的中粒徑小于等于2 μ m。
5.如權(quán)利要求3或4所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于所述紙漿廢液結(jié)合劑為耐火材料行業(yè)制造耐火磚坯體常用的市售結(jié)合劑。
6.如權(quán)利要求3或4所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料，其特征在于所述市售結(jié) 合劑的主要成份為木質(zhì)素磺酸鈣。
7.—種如權(quán)利要求1所述的RH真空爐襯用耐火材料的原料所制得的RH真空爐襯用鎂 尖晶石無鉻磚，其特征在于化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為=MgO 82 90%，A12037 15%，其 余為雜質(zhì)。
8.—種如權(quán)利要求1所述的RH真空爐襯用耐火材料的加工方法，其特征在于將不同 粒級的鎂砂顆粒和細(xì)粉、富鋁尖晶石超微粉以及紙漿廢液結(jié)合劑經(jīng)混練、壓制成型和烘干 制作得到RH真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種RH真空爐襯用鎂尖晶石無鉻磚及其加工方法，其化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為MgO 82～90％，A12O3 7～15％，其余為雜質(zhì)。本發(fā)明的制作不需超高溫?zé)杉淳哂辛己脧?qiáng)度的鎂尖晶石不燒磚，并通過真空槽襯高溫使用過程中不燒磚坯體內(nèi)的燒結(jié)，使鎂尖晶石無鉻耐材組織發(fā)生良好燒結(jié)和發(fā)育，成為使用性能優(yōu)良的高純高性能耐火材料工作襯；而且還采用高性能的富鋁尖晶石超微粉作結(jié)合劑，避免了以降低耐火性能的無機(jī)化工結(jié)合劑作結(jié)合劑，提高了無鉻磚的高溫性能，使能夠達(dá)到鎂鉻磚的使用效果。
文檔編號B28B11/24GK101844928SQ20091004838
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者何平顯, 牟濟(jì)寧, 陳榮榮 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司