阅读说明：本技术 铁水包工作衬用低导热耐火砖及其制备方法 (Low-heat-conduction refractory brick for ladle working lining and preparation method thereof ) 是由 甘菲芳 王涛 于 2019-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铁水包工作衬用低导热耐火砖及其制备方法,该耐火砖包括以下按质量百分比计的原料：60-70%的六铝酸钙颗粒、5-10%刚玉细粉、3-9%的氧化铝微粉、4-8%的碳化硅,5-9%的碳质原料、3-5%的膨胀剂、1-3%的抗氧化剂及3-4%的结合剂。所述的六铝酸钙颗粒的气孔率为10-26%,体积密度为2.5-2.8g/cm<Sup>3</Sup>,颗粒直径为0.088-5mm。所述的碳质原料为石墨、炭黑、沥青中的至少两种。所述的膨胀剂为蓝晶石、红柱石、硅线石中的任一种。所述的抗氧化剂为Al、Si、B<Sub>4</Sub>C中的一种或任意两种。所述的结合剂为酚醛树脂。采用本发明的耐火砖制成的铁水包工作衬的导热系数低,具有较好的抗侵蚀性、抗热震性和保温性。(The invention discloses a low-heat-conduction refractory brick for a ladle working lining and a preparation method thereof, wherein the refractory brick comprises the following raw materials in percentage by mass: 60-70% of calcium hexaluminate particles, 5-10% of corundum fine powder, 3-9% of alumina micro powder, 4-8% of silicon carbide, 5-9% of carbonaceous raw material, 3-5% of expanding agent, 1-3% of antioxidant and 3-4% of binding agent. The calcium hexaluminate particles have a porosity of 10-26% and a bulk density of 2.5-2.8g/cm 3 The diameter of the granules is 0.088-5 mm. The carbonaceous raw materials are at least two of graphite, carbon black and asphalt. The expanding agent is any one of kyanite, andalusite and sillimanite. The antioxidant is Al, Si, B 4 One or two of C. The binding agent is phenolic resin. The ladle working lining made of the refractory brick has low heat conductivity coefficient, and has better erosion resistance, thermal shock resistance and heat preservation.)

铁水包工作衬用低导热耐火砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁水包的耐火材料及其制备方法，尤其涉及一种铁水包工作衬用低导热Al₂O₃-CaO-SiC-C质耐火砖及其制备方法。

背景技术

钢铁冶炼中铁水包是目前钢铁企业广泛采用的铁水承接、输送和铁水预处理容器装置，也是炼铁-炼钢区段“界面技术”的重要载体，其温度状态直接影响铁水包内铁水的温度，进而影响铁水预处理和转炉炼钢工序的物料消耗、能源消耗、作业时间等技术经济指标。因此，铁水包保温及寿命对钢铁企业的降本增效和节能降耗具有重要意义。铁水脱硫通常在铁水包内进行，铁水被搅动加大了对工作衬耐火材料的冲刷。脱硫剂中部分CaO与CaF₂与耐火材料中的SiO₂、Al₂O₃反应生成低熔点物质导致包衬的蚀损。还有脱硫剂中的CaF₂是强助熔剂，降低炉渣的熔点、黏度，加速对工作衬耐火材料的侵蚀速度。铁水包在运转及深脱硫处理过程中，时间间隔长，温降太大，造成铁水和渣的稠度增大，还有脱硫后出铁不尽、粘渣、粘铁的现象，需要扒渣，而扒渣又导致铁水包上部耐火材料工作层松动、脱落，不得不增加了维修，铁水包综合寿命进一步降低。目前钢厂为了进一步节能降耗，都在推进铁水包加废钢或者尽量提高铁水入炉温度。所以铁水包的寿命和保温性越来越受到重视，不少新技术都在进行开发研究中以适应钢厂节能、环保、高效等新的需求。

公开号为CN 101219901A的中国发明专利公开了一种脱硫铁水罐用衬砖，采用矾土熟料、棕刚玉作为高铝质原料，加入碳化硅、石墨，并通过加入电熔镁砂粉来提高抗侵蚀及膨胀性要求，改善砖衬粘渣铁现象和提高寿命。

为了适应更苛刻的使用条件，公开号为CN 106882969 A的中国发明专利申请公开了一种铁水包用含锌铝尖晶石铝碳化硅碳砖，以板状刚玉为高铝质主原料，采用了锌铝尖晶石、稳定氧化锆、氧化镧等特殊原料加强ASC砖(铝碳化硅碳砖) 的抗热震稳定性、致密性和高温强度，提高铁水包使用寿命和降低铁水热损失。该砖导热率为8.0～10.0w/m.k，比原有技术的14.1w/m.k已经下降了很多，是铁水包新技术产品。

公开号为CN 106495718A的中国发明专利申请公开了一种罐制铁水包用 MgO-SiC-C工作衬砖及制备方法，采用镁砂为主要原料替代高铝质原料，主要是为了提高耐火砖的膨胀性，减少砖缝夹铁及侵蚀，同时认为镁砂对脱硫的碱性渣抗侵蚀性好。该产品使用寿命延长，降低了吨铁成本。

为了减少铁水过程温降，有利于铁水包内加废钢或提高铁水入炉温度，许多钢厂都配备了保温型铁水包。即在铁水包钢壳及永久层耐材之间添加一层绝热材料，这层绝热材料保温性能非常好，但是它不能超过1000℃的使用温度，否则绝热材料迅速失效并损坏，容易导致铁水包漏钢等恶性事故。上述的专利或专利申请虽然使铁水包工作衬的寿命延长，且保温性能良好，但其导热性能不利于阻隔热量传递到绝热材料中，且抗侵蚀性、抗热震性等性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁水包工作衬用低导热耐火砖及其制备方法，该耐火砖制成的铁水包工作衬的导热系数低，且具有较好的抗侵蚀性、抗热震性和保温性。

本发明是这样实现的：

一种铁水包工作衬用低导热耐火砖，包括以下按质量百分比计的原料：60-70％的六铝酸钙颗粒、5-10％刚玉细粉、3-9％的氧化铝微粉、4-8％的碳化硅、5-9％的碳质原料、3-5％的膨胀剂、1-3％的抗氧化剂及3-4％的结合剂。

所述的六铝酸钙颗粒的气孔率为10-26％，体积密度为2.5-2.8g/cm³，颗粒直径为0.088-5mm。

所述的碳质原料为石墨、炭黑、沥青中的至少两种。

所述的膨胀剂为蓝晶石、红柱石、硅线石中的任一种。

所述的抗氧化剂为Al、Si、B₄C中的一种或任意两种。

所述的结合剂为酚醛树脂。

所述的刚玉细粉的颗粒直径不超过0.088mm，氧化铝微粉的颗粒直径不超过 8um。

所述的碳化硅的颗粒直径不超过0.074mm，碳质原料的颗粒直径不超过0.154mm，膨胀剂的颗粒直径不超过0.074mm。

所述的耐火砖的导热系数为4.1-4.9w/m.k，抗热震性为20-25次，抗脱硫剂侵蚀性指数为165-190％。

一种铁水包工作衬用低导热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量百分比称重以下原料：60-70％的六铝酸钙颗粒、5-10％刚玉细粉、3-9％的氧化铝微粉、4-8％的碳化硅，5-9％的碳质原料、3-5％的膨胀剂、1-3％的抗氧化剂及3-4％的结合剂；

步骤2：将六铝酸钙颗粒、碳质原料、碳化硅、膨胀剂混合；

步骤3：在步骤2的混合物中加入结合剂，继续混合；

步骤4：在步骤3的混合物中加入刚玉细粉、氧化铝微粉、抗氧化剂并混炼；

步骤5：将步骤4中的混合物经压砖机压制成砖坯，并装车推入干燥窑中干燥；

步骤6：检验外形尺寸合格后即得耐火砖成品。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明的耐火砖导热系数比现有技术的ASC砖降低35％以上，铁水包的保温性更好，同时使铁水包钢壳及绝热材料的使用温度变低，大大提高了铁水包的使用安全性。

2、本发明的耐火砖抗热震性和抗侵蚀性非常优异，尤其在铁水包脱硫工艺处理及要求保温的条件下，本发明的耐火砖具有更好的使用效果。

本发明的耐火砖的原料选用对脱硫铁水包渣系的适应性及对性能要求的匹配性都比较好，使制成的铁水包工作衬导热系数低，且抗侵蚀性、抗热震性和保温性都优于现有技术材料，能符合铁水包的功能性要求，尤其适用于铁水脱硫预处理工艺及有保温需求的铁水包。

附图说明

图1是CaO-Al₂O₃的系统相图；

图2是Al₂O₃-SiO₂的系统相图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种铁水包工作衬用低导热耐火砖，包括以下按质量百分比计的原料：60-70％的六铝酸钙颗粒、5-10％刚玉细粉、3-9％的氧化铝微粉、4-8％的碳化硅、 5-9％的碳质原料、3-5％的膨胀剂、1-3％的抗氧化剂及3-4％的结合剂。六铝酸钙颗粒作为耐火砖的骨料，5-10％刚玉细粉和3-9％的氧化铝微粉构成的氧化铝质原料作为耐火砖的基质用料。

所述的六铝酸钙(CA₆)颗粒的气孔率为10-26％，体积密度为2.5-2.8g/cm³，颗粒直径为0.088-5mm。六铝酸钙具有CaO-Al₂O₃系中耐高温性能最好的物相，请参见附图1，其理论密度为3.79g/cm³，熔点1830℃，较低的热膨胀系数8.0× 10^-6/℃。且在含铁熔渣中的溶解度低，在碱性环境中的化学稳定性好，所以抗CaO 系脱硫剂侵蚀性能好；对熔融金属和熔渣的润湿性低，所以抗侵蚀渗透性好。人工合成CA₆原料的微观组织主要是由板片状CA₆晶体和气孔组成，因此该材料热导率低，其保温性及热震性优于其它高铝质原料。

优选的，氧化铝质原料采用刚玉细粉(可选用颗粒直径不超过0.088mm的刚玉细粉)和α-氧化铝微粉(可选用颗粒直径不超过8um的α-氧化铝微粉)作为耐火砖的基质用料，是非常优异的高温耐火原料，抗侵蚀性能和耐磨性特别好，因此在基质化学成分中保持较高的Al₂O₃含量，用于保持耐火砖中高温含钙物相的稳定存在，可保护CA₆骨料。同时也保证耐火砖在使用过程中也不被脱硫剂或富 CaO渣所反应生成较低熔点的低新物相。

请参见附图1，基质中Al₂O₃含量高，与渣中的CaO反应生成CA熔点1602℃，或生成CA₂熔点1762℃，都是较高熔点物相。而此时铁水温度不超过1500℃，因此本发明的耐火砖不容易侵蚀熔融而损坏。同时富余的Al₂O₃还可以接触到渣中的 SiO₂生成Al₂O₃-SiO₂莫来石相(A₃S₂)，熔点1700℃以上，请参见附图2，使耐火砖的抗热震性和抗侵蚀性进一步提高。

所述的碳化硅SiC(可选用颗粒直径不超过0.074mm的碳化硅)为高温耐火原料，对铁水的抗侵蚀性能好，热震性能好，控制合适的加入量即可降低其对耐火砖导热率和抗氧化性的影响。

所述的碳质原料(可选用颗粒直径不超过0.154mm的碳质原料)为石墨、炭黑、沥青中的至少两种，不同料性的碳质原料组合具有最佳的应用效果，使其抗熔融铁水和渣的浸润性好，膨胀小，可以提高耐火砖的抗侵蚀性，同时还可以大大提高耐材的抗热震性，减少对耐火砖的导热率的影响。

为了避免上述原料膨胀性不大导致的砖缝加大的问题，可加入膨胀剂，避免工作衬渗铁等安全事故的发生，优选的，所述的膨胀剂(可选用颗粒直径不超过 0.074mm的膨胀剂)为蓝晶石、红柱石、硅线石中的任一种，主要成分为Al₂O₃和SiO₂。膨胀剂受热后转化为莫来石和石英而产生膨胀，分解出的石英SiO₂又可以进一步与基质中Al₂O₃反应再生成莫来石，这样持续膨胀周期较长，同时耐火砖热震性也由于莫来石量增加而得到提高，相对于现有技术中采用镁砂或其他硅酸盐矿物来增加耐火砖膨胀的方法，本发明充分考虑了膨胀剂在应用过程中的反应温度、反应时间、反应后产生的物相及原料来源的广泛性与便利性。

由于本发明的耐火砖含有碳质原料，因此必须加入适量的抗氧化剂，优选的，所述的抗氧化剂为Al、Si、B₄C中的一种或任意两种。

优选的，所述的结合剂为酚醛树脂，通过树脂结合的成型、干燥后耐火砖已经具有很高的强度，可以充分满足运输、施工、应用要求。

一种铁水包工作衬用低导热耐火砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量百分比称重以下原料：60-70％的六铝酸钙颗粒、5-10％刚玉细粉、3-9％的氧化铝微粉、4-8％的碳化硅，5-9％的碳质原料、3-5％的膨胀剂、 1-3％的抗氧化剂及3-4％的结合剂。

步骤2：将六铝酸钙颗粒、碳质原料、碳化硅、膨胀剂在混碾机内混合，优选的，混合时间为3-8min。

步骤3：在步骤2的混合物中加入结合剂，继续混合，优选的，混合时间为 3-5min。

步骤4：在步骤3的混合物中加入刚玉细粉、氧化铝微粉、抗氧化剂并混炼，优选的，混炼时间为10-20min。

步骤5：将步骤4中的混合物经压砖机压制成砖坯，并装车推入干燥窑中干燥，优选的，干燥温度为160-250℃，干燥时间为12-24小时。

步骤6：检验外形尺寸合格后即得耐火砖成品。本发明制得的耐火砖的耐压强度能达到54-67MPa，导热系数能降至4.1-4.9w/m.k，抗热震性能达到20-25次，抗脱硫剂侵蚀性指数能达到165-190％(抗脱硫剂侵蚀性指数越高越好)，如表2 所示，各项指标明显优于现有技术的ASC砖。

根据上述原料质量百分比和制备方法制备以下7组耐火砖，其成分、比例如表1所示。

表1铁水包耐火砖的实施例组成(以质量百分比计％)

对上述实施例制备的耐火砖进行物理性能测试分析，物理性能包括耐压强度(MPa)、导热系数、抗热震性、抗脱硫剂侵蚀性指数；在抗脱硫剂侵蚀性指数的测试中，脱硫剂中CaO的含量大于70％。测试分析结果及其与铝碳化硅碳砖的物理性能的对比情况如表2所示。

表2实施例制备铁水包耐火砖的性能分析与对比

从表2可知，本发明的铁水包工作衬耐火砖在保温性、抗热震性、抗脱硫剂侵蚀性方面明显提高，尤其是导热系数比现有的ASC砖降低了35％以上，对铁水包保温、减少铁水温降非常有利。因此，采用本发明耐火砖制备铁水包确保了铁水包的寿命与保温效果，对于钢铁企业实现节能降耗、高效生产有很大的促进作用。