申请/专利权人：鞍山市和丰耐火材料有限公司

申请日：2017-07-05

公开（公告）日：2020-12-01

公开（公告）号：CN107365160B

主分类号：C04B35/66(20060101)

分类号：C04B35/66(20060101);C04B35/043(20060101);C04B35/622(20060101);C21C5/44(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.12.01#授权;2017.12.15#实质审查的生效;2017.11.21#公开

摘要：一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖及其生产方法，通过优化整体出钢口套管砖的工艺配比方案，在保持其优异的耐热震稳定性的同时，提高耐蚀性、抗氧化性和耐磨损性，同时降低长度与内径的比例LD。本发明的整体出钢口套管砖由于优化外形尺寸设计，出钢时钢水集中不分散，对整体出钢口套管砖耐材侵蚀降低；在工艺配比上由于减少石墨加入量，增大极限颗粒尺寸，有效提高了套管砖的体积密度，同时引入络合镁铝胶结剂及纳米陶瓷材料，显著改善了套管砖的烧结层耐材的高温强度，最终保证套管砖的耐侵蚀性能和抗冲刷性能得以增强，在恶劣的快速出钢冶炼条件下，使用寿命不但没有降低，反而略有提高，给钢厂和耐材供应商均带来效益。

主权项：1.一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，其特征在于，所述整体出钢口套管砖是由下列重量百分比的原料制备而成：颗粒粒径8-5mm的大结晶镁砂颗粒0-12份、颗粒粒径5-3mm的大结晶镁砂颗粒5-20份、颗粒粒径3-1mm的大结晶镁砂颗粒20-35份、颗粒粒径1-0mm的大结晶镁砂颗粒20-35份、粒径200目的大结晶镁砂粉13-20份、粒径895目的鳞片石墨正6-10份、粒径200目的99金属铝粉0-3份、金属硅微粉0-3份、325目的碳化硼0-2份、325目的硼化钙0-1份、高温树脂粉0-2份、固体树脂粉0-2份、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂0.2-2份、纳米陶瓷材料0-0.2份、液体树脂2-5份；采用上述原料对整体出钢口套管砖进行成型生产，保证原整体出钢口套管砖长度L不变，外径D3不变的前提下，通过流量计算，将LD的比值优化到6-10，其中D为内外口直径平均值；同时，D1-D2＝10-25mm，D1为内口直径，D2为外口直径；最终，既保证转炉钢水在3-4分钟内快速出钢，又保证出钢钢水集中，不发散，且对套管砖耐材侵蚀减少；所述整体出钢口套管砖由于减少石墨加入量，增大极限颗粒尺寸，提高了套管砖的体积密度，同时引入络合镁铝胶结剂及纳米陶瓷材料，改善了套管砖的烧结层耐材的高温强度，保证套管砖的耐侵蚀性能和抗冲刷性能得以增强。

全文数据：一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖及其生产方法技术领域[0001]本发明涉及炼钢厂转炉炼钢用功能性耐火材料，尤其涉及一种满足快速出钢冶炼工艺的整体出钢口套管砖及其制备、生产方法。背景技术[0002]在转炉炉衬中，整体出钢口套管砖具有特殊意义，它是钢水由转炉进入钢包的唯一通道。由于整体出钢口套管砖通钢量大，受到高温钢液冲刷、氧化浸蚀，工作条件相当恶劣。转炉整体出钢口套管砖的材质以1980年为界限，由烧成MgO砖等改为使用不烧成MgO-C砖，提高了耐用性，现在几乎全部使用MgO-C砖。MgO-C砖由于具有优异的耐热震稳定性，所以说该材质适合于在热冲击大的条件下使用的出钢口套管砖。[0003]如果整体出钢口套管砖的寿命短，则会由于频繁地更换出钢口套管砖而降低转炉的利用率，而且还会使套管以及套管喷补材料的费用有所增高。[0004]增加套管的壁厚可延长出钢口的寿命。增加壁厚的常用方法是缩小套管的内孔尺寸。然而使用这一办法而增加的壁厚却是有限的，因为套管内径太小会使出钢时间变得过长。[0005]首先，过长的出钢时间会延长流出出钢口的钢流与大气接触的时间。此外，流出的钢流的直径越小，它与大气的接触表面越大，这种钢流一空气接触会导致钢中增氮。对于许多含钛的钢种而言，这可能会严重影响下游钢材的质量，因为在下步的加工过程中，无法有效地去除钢中所含的氮。[0006]其次，过长的出钢时间会导致钢的温度损失较大，因而需要较高的出钢温度。其次，这会延长转炉冶炼周期时间，导致生产率下降。[0007]最后，出钢时间过长还会延长钢水和熔渣与转炉出钢侧炉衬的接触时间，因而对炉衬有不利影响。[0008]近年来，国内一些大型钢厂，如鞍钢，在试验并实施快速出钢冶炼工艺。以前鞍钢大多数转炉的出钢时间一般平均为6-8分钟，如果优化整体出钢口套管砖的结构和材质，在保证原有使用寿命不变的前提下，将出钢时间缩短至平均为3-4分钟，将产生极大的效益：[0009]1、快速出钢，每炉缩短炼钢时间2-3分钟，每座转炉每天将多冶炼2-3炉钢水，将大大提高转炉产量，创造可观的效益；[0010]2、提高快速出钢率，能够缩短炼钢时间，能够减少将钢水加热到浇注温度所要的给电加热时间，最终减少钢水热损失，这在钢厂一年都有千万元以上的效益；[0011]3、快速出钢，送至钢包的钢水化学成份变动减少，改善了钢质；[0012]4、快速出钢，使得钢包精炼时间、钢包辐射热损失及电弧电力消耗都可减少，同时，钢包精炼时间缩短，能显著减少钢包耐火材料的消耗由于转炉热损失减少；[0013]当然，实现快速出钢，其关键在于优化整体出钢口套管砖的结构设计，也就是增大出钢口套管砖的内径尺寸，增大出钢通道的截面积，才能实现快速出钢。而增大出钢口套管砖的内径尺寸，是以损失出钢口套管砖的壁厚而获得的，因此在工作层厚度，也就是壁厚减少的前提下，如何实现不降低出钢口套管砖的使用寿命?优化原有整体出钢口套管砖的材质是关键。发明内容[0014]本发明的目的在于提供一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖及其生产方法，通过优化整体出钢口套管砖的工艺配比方案，在保持其优异的耐热震稳定性的同时，提高耐蚀性、抗氧化性和耐磨损性，并且突破原有整体出钢口套管砖的设计理念，优化设计，降低长度与内径的比例LD，为钢厂提供一种能够满足快速出钢冶炼工艺的新型整体出钢口套管砖及其制备、生产方法。[0015]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：[0016]—种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，所述整体出钢口套管砖是由下列重量百分比的原料制备而成:颗粒粒径8-5mm的大结晶镁砂颗粒0-12份、颗粒粒径5-3mm的大结晶镁砂颗粒5-20份、颗粒粒径3-lmm的大结晶镁砂颗粒20-35份、颗粒粒径I-Omm的大结晶镁砂颗粒20-35份、粒径200目的大结晶镁砂粉13-20份、粒径895目的鳞片石墨正6-10份、粒径200目的99金属铝粉0-3份、金属硅微粉0-3份、325目的碳化硼0-2份、325目的硼化钙0-1份、高温树脂粉0-2份、固体树脂粉0-2份、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂0.2-2份、纳米陶瓷材料0-0.2份、液体树脂2-5份。[0017]所述的大结晶镁砂为985大结晶镁砂。[0018]所述固体磷酸二氢铝与络合镁铝胶结剂的重量配比为:1:0.2-0.5。[0019]所述纳米陶瓷材料中含纳米氧化错+纳米氮化娃合量大于75%，纳米氧化错:纳米氮化娃=1:0.5-1.5。[0020]—种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖的制备方法，包括如下步骤：[0021]1按上述原料成分、粒度、重量比例进行称量配料，公差小于0.02公斤，封闭备用；[0022]2将称量好的200目985大结晶镁砂粉、200目99金属铝粉、金属硅微粉，325目碳化硼、325目硼化钙、高温树脂粉、固体树脂粉、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂、纳米陶瓷材料，预先用锥形双螺旋预混器混合25-30分钟，作为预混粉待用；[0023]3将称量好的粒径8-5mm的985大结晶镁砂、粒径5-3mm的985大结晶镁砂、粒径3-Imm的985大结晶镁砂、粒径I-Omm的985大结晶镁砂，投入到有碾砣的、电加热的行星式混炼机中，一次混合6-12分钟，再次加入液体树脂，二次混合5-15分钟，然后加入895目鳞片石墨正，三次高速混合5-15分钟，最后加入预混粉，四次高速混合5-15分钟，出料温度控制在40-55°C，最后出料，混好的泥料在室温下放置2-4小时内，即可成型生产。[0024]—种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖的生产方法，采用上述混好的泥料对整体出钢口套管砖进行成型生产，保证原整体出钢口套管砖长度L不变，外径D3不变的前提下，通过流量计算，将LD的比值优化到6-10，其中D为内外口直径平均值；同时，D1-D2=10-25mm，D1为内口直径，D2为外口直径;最终，既保证转炉钢水在3-4分钟内快速出钢，又保证出钢钢水集中，不发散，且对套管砖耐材侵蚀减少。[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0026]1本发明的整体出钢口套管砖由于优化外形尺寸设计，能够满足钢厂转炉在3-4分钟内快速出钢的冶炼要求，平均减少出钢时间1-3分钟，不仅大大降低热量的损失，而且调高了钢厂转炉炼钢的生产效率，效益巨大；[0027]2本发明的整体出钢口套管砖由于优化外形尺寸设计，出钢时钢水集中不分散，对整体出钢口套管砖耐材侵蚀降低；[0028]3本发明的整体出钢口套管砖由于减少石墨加入量，增大极限颗粒尺寸，有效提高了套管砖的体积密度，同时引入络合镁铝胶结剂及纳米陶瓷材料，显著改善了套管砖的烧结层耐材的高温强度，最终保证套管砖的耐侵蚀性能和抗冲刷性能得以增强，在恶劣的快速出钢冶炼条件下，使用寿命不但没有降低，反而略有提高，给钢厂和耐材供应商均带来效益。[0029]4本发明满足快速出钢冶炼工艺的新型整体出钢口套管砖，经过以上措施，不仅能够满足3-4分钟内快速出钢的冶炼要求，给钢厂带来巨大经济效益，而且出钢口套管砖的使用寿命也略有提高。以某钢厂炼钢总厂五工区210吨转炉为例，采用以上措施之后，出钢时间由原来的6-7分钟，降到平均4分钟，出钢口套管砖使用寿命由原来的平均172次，提高至IJ181罐次。部分理化指标检测见表1:[0030]表1:附图说明[0032]图1是整体出钢口套管砖砌筑结构示意图。[0033]图2是原整体出钢口套管砖结构示意图。[0034]图3是本发明整体出钢口套管砖结构示意图。[0035]图中：1-转炉炉衬砖、2-出钢口内座砖、3-出钢口修补料、4-出钢口整体套管砖、5-出钢口外座砖、6-转炉钢结构。具体实施方式[0036]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：[0037]见图1-图3,本发明一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，所述整体出钢口套管砖是由下列重量百分比的原料制备而成:颗粒粒径8-5mm的大结晶镁砂颗粒0-12份、颗粒粒径5-3mm的大结晶镁砂颗粒5-20份、颗粒粒径3-lmm的大结晶镁砂颗粒20-35份、颗粒粒径1-Omm的大结晶镁砂颗粒20-35份、粒径200目的大结晶镁砂粉13-20份、粒径895目的鳞片石墨正6-10份、粒径200目的99金属铝粉0-3份、金属硅微粉0-3份、325目的碳化硼0-2份、325目的硼化钙0-1份、德国进口高温树脂粉CARB0RES®P0-2份、固体树脂粉0-2份、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂0.2-2份、纳米陶瓷材料0-0.2份、液体树脂2-5份。[0038]所述的大结晶镁砂为985大结晶镁砂。[0039]所述固体磷酸二氢铝与络合镁铝胶结剂的重量配比为:1:0.2-0.5。[0040]所述纳米陶瓷材料中含纳米氧化错+纳米氮化娃合量大于75%，纳米氧化错:纳米氮化娃=1:0.5-1.5。[0041]—种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖的制备方法，包括如下步骤：[0042]1按上述原料成分、粒度、重量比例进行称量配料，公差小于0.02公斤，封闭备用；[0043]2将称量好的200目985大结晶镁砂粉、200目99金属铝粉、金属硅微粉，325目碳化硼、325目硼化钙、高温树脂粉、固体树脂粉、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂、纳米陶瓷材料，预先用锥形双螺旋预混器混合25-30分钟，作为预混粉待用；[0044]3将称量好的粒径8-5mm的985大结晶镁砂、粒径5-3mm的985大结晶镁砂、粒径3-Imm的985大结晶镁砂、粒径I-Omm的985大结晶镁砂，投入到有碾砣的、电加热的行星式混炼机中，一次混合6-12分钟，再次加入液体树脂，二次混合5-15分钟，然后加入895目鳞片石墨正，三次高速混合5-15分钟，最后加入预混粉，四次高速混合5-15分钟，出料温度控制在40-55°C，最后出料，混好的泥料在室温下放置2-4小时内，即可成型生产。[0045]—种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖的生产方法，采用上述混好的泥料对整体出钢口套管砖进行成型生产，保证原整体出钢口套管砖长度L不变，外径D3不变的前提下，通过流量计算，将LD的比值优化到6-10，其中D为内外口直径平均值；同时，D1-D2=10-25mm，D1为内口直径，D2为外口直径;最终，既保证转炉钢水在3-4分钟内快速出钢，又保证出钢钢水集中，不发散，且对套管砖耐材侵蚀减少。[0046]下面以某钢厂炼钢总厂五工区210吨转炉用整体出钢口套管砖为例，具体说明本发明：[0047]某钢厂炼钢总厂五工区210吨转炉，自2014年正式投入生产使用以来，已有3年，钢种由最初的普通钢种，扩展到现在的以低碳钢、超低碳钢、船板、娃钢为主的精品钢种，广能400万吨。目前每炉冶炼时间28-35分钟，出钢时间平均6.5分钟，每天冶炼28-32炉。[0048]为进一步减少出钢时间，减少热量损失，改善钢水质量，同时提高转炉冶炼效率，钢厂于2017年初，提出快速出钢的课题，先在四工区试点，之后向其他工区推广。要求我公司对现有供货的整体出钢口套管砖进行优化设计，并要求进一步改进耐材质量，在套管砖工作层减薄，冲刷加剧的条件下，力争使用寿命不降低。[0049]在长期观察和大量试验的基础上，我公司引结合自身核心技术，将炼钢总厂五工区210吨转炉整体出钢口套管砖做了以下改进：[0050]1、针对快速出钢用整体出钢口套管砖，钢水流速快、冲刷大，与钢水接触时间短的使用特点，提高套管砖的体积密度，提高烧结强度是非常关键的。[0051]本发明从有效改善整体出钢口套管砖的体积密度和耐冲刷性考虑，降低石墨的加入量，加大镁砂的极限颗粒尺寸，同时为进一步增强整体出钢口套管砖的烧结强度，引入络合镁铝胶结剂，从而达到有效降低套管砖的侵蚀速率，满足快速出钢的冶炼要求。[0052]具体方案的实施例配方见表2。[0053]表2:[0056]2、见图2，原有整体出钢口套管砖，其长度L=1900mm，外径D3=300mm，出钢口内口直径Di=160mm，出钢口外口直径D2=155mm，内外口直径平均值D=157.5mm，Di-D2=5mm，LD=13.33。为达到钢厂转炉快速出钢的目的，必须对传统设计原则进行优化。[0057]见图1，本发明是在保证原整体出钢口套管砖长度L=1900mm不变，外径D3=300mm不变的前提下，通过流量计算，将出钢口内口直径Dl改为200mm，出钢口外口直径02改为190mm，内外口平均值D=195mm，LD的比值优化到9·7，同时，D1-D2=10mm。最终，既保证转炉钢水在3-4分钟内快速出钢，又保证出钢钢水集中，不发散，且对套管砖耐材侵蚀减少。

权利要求：1.一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，其特征在于，所述整体出钢口套管砖是由下列重量百分比的原料制备而成:颗粒粒径8-5mm的大结晶镁砂颗粒0-12份、颗粒粒径5-3mm的大结晶镁砂颗粒5-20份、颗粒粒径3-lmm的大结晶镁砂颗粒20-35份、颗粒粒径I-Omm的大结晶镁砂颗粒20-35份、粒径200目的大结晶镁砂粉13-20份、粒径895目的鳞片石墨正6-10份、粒径200目的99金属铝粉0-3份、金属硅微粉0-3份、325目的碳化硼0-2份、325目的硼化钙0-1份、高温树脂粉0-2份、固体树脂粉0-2份、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂0.2-2份、纳米陶瓷材料O-0.2份、液体树脂2-5份。2.根据权利要求1所述的一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，其特征在于，所述的大结晶镁砂为985大结晶镁砂。3.根据权利要求1所述的一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，其特征在于，所述固体磷酸二氢铝与络合镁铝胶结剂的重量配比为:1:〇.2-0.5。4.根据权利要求1所述的一种快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖，其特征在于，所述纳米陶瓷材料中含纳米氧化错+纳米氮化娃合量大于75%，纳米氧化错:纳米氮化娃=1:0.5-1.5〇5.—种如权利要求1-4其中任意一项所述的整体出钢口套管砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1按上述原料成分、粒度、重量比例进行称量配料，公差小于0.02公斤，封闭备用；2将称量好的200目985大结晶镁砂粉、200目99金属铝粉、金属硅微粉、325目碳化硼、325目硼化钙、高温树脂粉、固体树脂粉、固体磷酸二氢铝+络合镁铝胶结剂、纳米陶瓷材料，预先用锥形双螺旋预混器混合25-30分钟，作为预混粉待用；3将称量好的粒径8-5mm的985大结晶镁砂、粒径5-3mm的985大结晶镁砂、粒径3-lmm的985大结晶镁砂、粒径I-Omm的985大结晶镁砂，投入到有碾砣的、电加热的行星式混炼机中，一次混合6-12分钟，再次加入液体树脂，二次混合5-15分钟，然后加入895目鳞片石墨正，三次高速混合5-15分钟，最后加入预混粉，四次高速混合5-15分钟，出料温度控制在40-55°C，最后出料，混好的泥料在室温下放置2-4小时内，即可成型生产。6.—种如权利要求1所述的快速出钢冶炼用整体出钢口套管砖的生产方法，其特征在于，采用上述混好的泥料对整体出钢口套管砖进行成型生产，保证原整体出钢口套管砖长度L不变，外径D3不变的前提下，通过流量计算，将LD的比值优化到6-10，其中D为内外口直径平均值；同时，D1-D2=10-25mm，D1为内口直径，D2为外口直径;最终，既保证转炉钢水在3-4分钟内快速出钢，又保证出钢钢水集中，不发散，且对套管砖耐材侵蚀减少。

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