耐火组合物以及原位抗氧化阻隔层制造技术

一种用于冶金容器中工作内衬的耐火组合物(耐火复合物)，包含粗粒耐火颗粒(即，骨料)部分和细粒耐火颗粒(即，细粉)部分，或者至少0.25％的添加剂氧化钙，或者至少0.25％的二氧化钛。粗粒耐火颗粒可以包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、镁铝尖晶石颗粒、氧化锆颗粒或白云石颗粒，或这些颗粒中的任意组合。细粒耐火颗粒可以由任何低氧化镁耐火氧化物组成。耐火组合物可以通过喷涂、喷补、喷射、振动、浇注、抹涂、或定位不同形状的预制件，或这些技术中的任意的组合应用到冶金容器。当熔融金属接触时，熔融金属渗透到耐火材料中、润湿粗粒耐火颗粒、并形成耐火物质‑金属组合阻隔层，该阻隔层用于减少或阻挡氧气通过耐火内衬的传输。

Refractory compositions and in-situ antioxidant barriers

【技术实现步骤摘要】
耐火组合物以及原位抗氧化阻隔层
本申请涉及耐火组合物以及原位抗氧化阻隔层。
技术介绍

技术介绍
部分中描述的信息不一定被承认为现有技术。在冶金工艺(诸如铸造)中，在冶金容器中的单元操作之间传输熔融金属。例如，在连铸工艺中，钢水从炼钢炉中被排放到钢包中。钢包用作传输容器，钢水在其中从炼钢炉移动到浇铸平台。在浇铸平台处，钢水从钢包转移到中间包。中间包用作计量装置，该计量装置通过一个或多个喷嘴将钢水以连续的流分配到模具中。冶金容器(例如钢包和中间包)必须在相对较高的温度下物理地容纳熔融金属，例如在炼钢过程中，在高于1400℃(2552℉)的温度下，在某些情况下高于1500℃或甚至高于1600℃。因此，冶金容器衬有耐火材料，以提供物理稳定和化学稳定的熔融金属接触表面以及熔融金属和容器壳体之间的隔热，容器壳体通常由脱氧钢制成并且因此如果与熔融金属接触，则容易过热并且丧失机械完整性。传统上，冶金容器中熔体接触耐火内衬的组成成分被配制成相对于容器中容纳的熔融金属尽可能是化学惰性的且物理稳定的。许多熔融金属和合金，特别是熔融铁水，与诸如大气氧(O2)的氧物质(oxygenspecies)发生氧化反应。钢水(铁水)中的铁会与氧物质发生反应，并生成铁的氧化物(例如，氧化铁或氧化亚铁)。这在精炼后的传输和浇铸操作中尤其成问题，在这些传输和操作中，在铁水和钢水中形成的铁的氧化物变成了铸铁和钢产品中的凝固的氧化物夹杂物，从而降低了铸铁和钢产品的洁净度。由于熔体接触耐火内衬对大气氧(O2)的孔隙和渗透性，可能使这个问题进一步复杂化。例如，已经观察到，大气氧(O2)易于通过冶金容器中的熔体接触耐火内衬向耐火物质-熔体界面传输，在该界面处铁水和其它钢成分(例如碳、硅、铬、锰等)被氧化。针对冶金容器内衬已经开发了各种耐火产品。然而，在使用期间提供改进的抗氧化阻隔性能的、用于冶金容器内衬的增强的耐火组合物(本领域中常称为耐火复合物)和产品将是有利的。
技术实现思路
本说明书中描述的专利技术涉及耐火组合物(耐火复合物)，其在冶金容器中用作熔体接触内衬(即工作内衬)期间提供抗氧化阻隔性能。本说明书中描述的本专利技术还涉及由该耐火组合物形成的耐火工作内衬、包括耐火内衬的冶金容器、用于制造耐火内衬和用于制造包括耐火内衬的冶金容器的方法，以及在冶金工艺中使用包括耐火内衬的冶金容器的方法。耐火内衬提供增加的抗氧化阻隔性能，其特征在于，例如耐火内衬中的原位类化学蚀刻效应和/或孔隙渗透效应，熔融金属渗入到蚀刻的和/或多孔的耐火内衬中，以及渗入的熔融金属截留在耐火内衬中，从而形成耐火物质-金属组合阻隔层，其减少或阻挡氧气传输通过耐火内衬。例如，用于冶金容器中工作内衬的耐火组合物(耐火复合物)以耐火组合物(耐火复合物)总质量的百分比计包括至少20.0％的粗粒耐火颗粒(即，骨料)。该粗粒耐火颗粒具有至少为150微米(+100目)的粒度。该粗粒耐火颗粒包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、镁铝尖晶石颗粒、氧化锆颗粒或白云石颗粒，或其任意组合。该耐火组合物还包括至少0.25％的添加剂氧化钙，在一些情况下，至少1.5％。可替换地或此外，该耐火组合物还包括至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，其粒度小于150微米(-100目)。在一些情况下，该耐火组合物还包括至少0.25％的添加剂氧化钙和至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，其粒度为小于150微米(-100目)。在一些情况下，该耐火组合物还包括至少0.25％的二氧化钛。附图说明通过参考附图，可以更全面地理解本说明书中描述的本专利技术的各种特征和特性，其中：图1是钢熔体测试样品的示出了附着的工作内衬铸余的四个独立区域的横截面照片；图2A和2B是图1所示的钢熔体测试样品的第一区域(0％的TiO2)的钢-铸余界面的扫描电子显微镜图像；图3A和3B是图1所示的钢熔体测试样品的第二区域(3％的TiO2)的钢-铸余界面的扫描电子显微镜图像；图4A和4B是图1所示的钢熔体测试样品的第三区域(6％的TiO2)的钢-铸余界面的扫描电子显微镜图像；图5A和5B是图1所示的钢熔体测试样品的第四区域(9％的TiO2)的钢-铸余界面的扫描电子显微镜图像；图6A是来自图1所示的钢熔体测试样品的工作内衬铸余的第四区域(9％的TiO2)的扫描电子显微镜图像；以及图6B是示出了图6A所示的图像的一部分的放大的扫描电子显微镜图像，并示出了对工作内衬铸余的放大部分进行能量色散光谱分析的结果。在考虑本专利技术的以下详细描述时，读者将会理解前述特征和特性以及其他特征和特性。具体实施方式本说明书中描述的耐火组合物(耐火复合物)生成在冶金容器中使用期间提供抗氧化阻隔性能的工作内衬或其它耐火结构。如在本说明书中、包括在权利要求书中所使用的，术语“工作内衬”是指接触冶金容器中容纳的熔融金属的最里面的耐火层。如在本说明书中、包括权利要求书中所使用的，术语“金属”是指金属和金属合金两者。在钢连铸工艺中使用的中间包例如可以包括耐火内衬结构，该耐火内衬结构包括至少两层：(1)永久或半永久的耐火“安全内衬”，其接触中间包的外部金属壳体，或者在某些情况下，接触位于外部金属壳体和安全内衬之间的隔热纤维板；和(2)应用在安全内衬上的、最里面的、熔体接触的耐火“工作内衬”。安全内衬通常由可浇注的耐火组合物或耐火砖构成，这些耐火组合物或耐火砖被组装并可选地砌合成紧邻中间包的外部金属壳体(或插入的纤维板隔热层)并与之接触的内衬结构。工作内衬通常由使用应用技术应用在安全内衬上的整体的耐火层构成，应用技术包括，但不必限于，喷涂(spraying)、喷补(gunning)、喷射(shotcreting)、振动(vibrating)(例如干振(dry-vibrating))、浇注(casting)(例如预浇注(pre-casting))、涂抹(troweling)或其他手动应用、或定位由耐火组合物形成的不同形状的预制件(例如耐火板或墙板)。在一些实施方式中，中间包可以包括耐火结构，该耐火结构包括三层或四层：(1)安全内衬(可选地具有放在其下面的纤维板隔热层)；(2)在安全内衬上应用的中间耐火“支撑内衬”，该支撑内衬用作分离层，以在连铸作业完成后便于移除金属铸余；以及(3)应用在支撑内衬上的工作内衬。在连铸作业完成后，未从中间包排出的残余钢可以被冷却和凝固以形成铸余(skull)，其粘附在工作内衬上。铸余可以在被称为“翻包(deskulling)”(即，去除用后的工作内衬)的操作中通过倒置中间包来移除，铸余的质量在重力下导致工作内衬与在其之下的安全内衬分离，安全内衬保持固定在倒置的中间包内，并且不会与铸余一起脱落。然后，可以通过在安全内衬上应用新的工作内衬，或者应用新的支撑内衬和新的工作内衬两者来重新加工中间包，以用于另一次连铸作业。本说明书中描述的耐火组合物(耐火复合物)是根据化学组分和粒度来配制的，以在冶金容器中生成工作内衬，该工作内衬被容纳在冶金容器中的熔融金属渗入。渗入的熔融金属渗透到耐火组合物中的孔隙中，润湿耐火组合物中的粗粒耐火颗粒(即，骨料)，并被截留在应用的内衬的表面下方的工作内衬中。到孔隙中的渗透、粗粒耐火颗粒的润湿以及渗入的熔融金属的截留原位生成耐火物质-金属组合抗氧化阻隔，该阻隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冶金容器中工作内衬的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括：至少20.0％的具有至少为150微米(+100目)的粒度的粗粒耐火颗粒，其中所述粗粒耐火颗粒包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、镁铝尖晶石颗粒、氧化锆颗粒或白云石颗粒，或其任意组合；以及以下中的一个或多个：(i)至少0.5％的添加剂氧化钙的细粒耐火颗粒，其粒度为小于150微米(‑100目)；或者(ii)至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，其粒度为小于150微米(‑100目)；或者(iii)至少0.25％的添加剂氧化钙和至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，所述细粒耐火颗粒的粒度为小于150微米(‑100目)；或者(iv)至少0.25％的二氧化钛。

【技术特征摘要】
2018.02.09 US 62/628,4871.一种用于冶金容器中工作内衬的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括：至少20.0％的具有至少为150微米(+100目)的粒度的粗粒耐火颗粒，其中所述粗粒耐火颗粒包括氧化铝颗粒、氧化镁颗粒、镁铝尖晶石颗粒、氧化锆颗粒或白云石颗粒，或其任意组合；以及以下中的一个或多个：(i)至少0.5％的添加剂氧化钙的细粒耐火颗粒，其粒度为小于150微米(-100目)；或者(ii)至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，其粒度为小于150微米(-100目)；或者(iii)至少0.25％的添加剂氧化钙和至少5.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒，所述细粒耐火颗粒的粒度为小于150微米(-100目)；或者(iv)至少0.25％的二氧化钛。2.如权利要求1所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括：至少50.0％的粗粒耐火颗粒；以及至少25.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒。3.如权利要求1或权利要求2所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括：至少80.0％的氧化铝；最高可达3.0％的二氧化硅；最高可达0.5％的铁(III)氧化物；0.5％-5.0％的氧化钙；至少0.1％的氧化镁；最高可达1.0％的碱金属氧化物；以及最高可达15.0％的二氧化钛。4.如权利要求1-3中的任一项所述的耐火组合物，其中所述粗粒耐火颗粒基本上不含二氧化硅。5.如权利要求1-4中的任一项所述的耐火组合物，其中所述组合物基本上不含铁的氧化物。6.如权利要求1-5中的任一项所述的耐火组合物，其中所述粗粒耐火颗粒基本上不含氧化钙、橄榄石和二氧化硅。7.如权利要求1-6中的任一项所述的耐火组合物，其中所述粗粒耐火颗粒包括具有至少为300微米(+48目)的粒度的氧化铝颗粒。8.如权利要求1-7中的任一项所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括0.25％至15.0％的二氧化钛。9.如权利要求1-8中的任一项所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括总共90.0％至99.0％的氧化铝和二氧化钛。10.如权利要求1-9中的任一项所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括25.0％至55.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒。11.如权利要求10所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括30.0％至40.0％的低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒。12.如权利要求1-11中的任一项所述的耐火组合物，其中所述低氧化镁氧化物的细粒耐火颗粒包括具有平均粒度小于150微米(-100目)的氧化铝颗粒。13.如权利要求1-12中的任一项所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐火组合物的总质量的百分比计包括至少80.0％的氧化铝颗粒。14.如权利要求13所述的耐火组合物，所述耐火组合物以所述耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝达·莫汉蒂，丹尼尔·T·沙纳，罗杰·L·马达莱纳，
申请(专利权)人：维苏威美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US