一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法，所述耐火材料衬体包括工作衬和永久衬，工作衬位于永久衬内侧，所述工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温；所述永久衬采用中重质或轻质六铝酸钙材料，用于保温和隔热。所述工作衬和永久衬均可以采用现场浇注、预制件或耐火砖的方法制成。本发明专利技术提供的用于钢包的耐火材料衬体，能够解决钢包耐火材料对钢水的夹杂和影响问题，在使用过程中不会向钢水引入任何夹杂，同时能够捕捉钢中夹杂、净化钢水品质。

A refractory liner for ladle and its preparation method

The invention discloses a refractory material for ladle lining and preparation method for the refractory lining body comprises a lining and permanent lining, lining in the permanent lining of the inner lining with six heavy calcium aluminate material for high temperature; the permanent lining used in heavy or light six calcium aluminate material for heat preservation and heat insulation. The work lining and the permanent liner can be made by site pouring, preform or refractory brick. The refractory lining used for ladle can solve the problem of inclusion and influence of molten steel in ladle refractory materials, and will not introduce any inclusions into molten steel during the use, and can also catch inclusions in steel and purify the quality of molten steel.

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法
本专利技术属于耐火材料
，具体涉及一种用于钢包的耐火材料衬体及其制备方法。
技术介绍
钢包是钢铁冶金过程中非常重要的热工设备，主要起着盛接、运输、精炼和浇注钢水的作用。由于钢包特殊的工作环境，需要对钢包进行耐火材料衬体设计。钢包耐火材料衬体一般分为工作衬、安全衬和保温衬三个部分。工作衬一般为抵抗熔渣和钢水侵蚀性较好的铝镁碳砖、镁碳砖以及刚玉-尖晶石浇注料(预制件)、刚玉质铝镁浇注料(预制件)等。安全衬通常采用粘土砖、中重质的普通低水泥浇注料、中重质的铝镁重质浇注料以及莫来石砖和浇注料等，品种较多。保温衬，早期为轻质粘土砖、轻质高铝砖，目前主要是纤维板、纳米板等。当前钢包耐火材料衬体的三层结构设计，主要是出于两种目的：其一，降低钢水通过筒体耐火材料的散热损失，设置隔热保温层；其二，确保钢包的使用安全，设置了安全衬，也就是永久衬。尽管如此，但是，由于近些年钢包冶炼功能的提升和使用条件的苛刻，还是出现了一些漏钢事故，这对钢厂的影响是非常严重的。就目前而言，钢包结构和材料方面主要存在以下几个问题：一、对钢材品质影响而言，铝镁碳转、镁碳砖不但往钢水中增碳、形成夹杂等，同时也导致钢水热量散失等。而刚玉-尖晶石浇注料、刚玉系的铝镁浇注料等，虽然不会向钢水中增碳，但是却可以向钢中形成夹杂等。因此，就工作衬而言，降低钢水夹杂、同时起到净化钢水效果的功能性耐火材料将是非常重要的发展方向，也是解决目前钢包工作衬材料的最为有效的方式。二、轻质隔热材料中，尤其是纳米板和纤维板，尽管隔热性能较好，但是温度稍高些就会发生析晶、强度降低或粉化等，造成结构破坏，由此将使工作衬和安全衬的支撑力降低，导致红包或漏钢，这也是目前钢厂中出现事故最多的因素之一。三、重质永久衬(安全衬)材料的安全性相对较好，能够抵抗高温熔渣和钢水的侵蚀，确保钢包的安全，但是导热率相对较高，热散失较大；而中重质材料，尽管隔热保温性能较好，但是在工作衬损毁情况下，无法抵抗高温熔渣的侵蚀，很容易导致漏钢等事故。由此，兼具高安全性和隔热性能的永久衬就成为钢包耐火材料衬体的重要发展方向。六铝酸钙是CaO-Al2O3系中Al2O3含量最高的铝酸钙相，其理论密度为3.79g/cm3，熔点高于1875℃，热膨胀系数为8.0×10-6℃-1；在还原气氛(CO)中的稳定性高；在碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣(钢铁和有色金属)的润湿性低；它的热膨胀系数与Al2O3相近，可以和氧化铝以任何比例配合使用。六铝酸钙为具有磁铅石结构材料，具有片层结构；片层结构之间的导热率很低，这也是六铝酸钙材料最主要的特点和优势，尽管具有较高的致密度，但是热导率却很低；这种性能对于钢包的安全和隔热性能是非常重要的。片层结构赋予六铝酸钙材料非常好的保温隔热性能，但也导致六铝酸钙材料很难烧结，因此很难制备出体积密度高于2.8g/cm3以上的六铝酸钙材料。也正因此，目前关于六铝酸钙的专利大都是利用体积密度较轻的六铝酸钙，比如专利号为CN101928135、名称为“一种六铝酸钙轻质耐火砖及其制备方法”的专利技术专利，专利号为CN104086192、名称为“一种轻质保温六铝酸钙浇注料”的专利技术专利以及专利号为CN103496993、名称为“一种高强六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法”的专利技术专利等。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，实现钢包耐火材料衬体性能的综合提升，本专利技术提出了一种基于六铝酸钙材料的钢包耐火材料衬体及其制备方法，能够提升钢包工作衬和永久衬的性能，并设计成一种钢包衬体的两层结构，简化了施工方式，降低了工作量，同时也解决了目前钢包耐火材料衬体的关键技术制约。为此，本专利技术提供了以下技术方案：一种用于钢包的耐火材料衬体，包括工作衬和永久衬，工作衬位于永久衬内侧，所述工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温；所述永久衬采用中重质或轻质六铝酸钙材料，用于保温和隔热。进一步地，所述工作衬和永久衬的主晶相均为CaAl12O19，且CaAl12O19矿物相大于50％。进一步地，所述CaAl12O19的主要化学成分为Al2O391.0％～93.0％、CaO6.5％～8.5％、其余成分小于等于1.5％，上述百分比为质量百分比；CaAl12O19矿物相的含量大于等于80％。作为一种优选方式，所述工作衬和永久衬的原料除了六铝酸钙之外，还可以加入刚玉、尖晶石、纯铝酸盐水泥等中的一种或几种。进一步地，所述工作衬材料的化学成分为：Al2O385％～94.5％、MgO0％～6％、CaO5.0％～9.0％、其余成分小于等于2％，上述百分比为质量百分比；体积密度大于等于2.7g/cm3。进一步地，所述永久衬材料的化学成分为：Al2O385％～94.5％、MgO0％～6％、CaO5.0％～9.0％、其余成分小于等于2％，上述百分比为质量百分比；体积密度为1.5-3.0g/cm3。本专利技术还提供了一种用于钢包的耐火材料衬体的制备方法，所述工作衬和永久衬均可以采用现场浇注、预制件或耐火砖的方法制成。进一步地，进行现场浇注时，将所需的原材料按照设计好的比例进行混合，并配以一定比例的水和减水剂，搅拌均匀，振动成型，在设定的温度下保温12小时以上，即可制得所需的耐火材料衬体。进一步地，采用预制件的方法时，事先将所需的原材料按照设计好的比例进行混合，并添加适量的水和分散剂等，搅拌均匀，放入预制件模型中，干燥后即可制得所需的耐火材料衬体。进一步地，采用耐火砖的方法时，将不同颗粒配比的六铝酸钙原料100％，外加适量结合剂，压制成型，经1450-1650℃高温烧制而成。关于本专利技术提出的基于六铝酸钙材料的钢包耐火材料衬体的两层结构，其在工作衬方面，本专利技术提出基于六铝酸钙材料来解决钢包耐火材料对钢水的夹杂和影响问题，实现钢包材料对钢水净化的功能化。六铝酸钙材料尽管含有CaO组分，但是却很稳定，不水化。在使用中，借助六铝酸钙在与熔渣接触时的结构变化，形成致密性的CA2/CA结构层抑制熔渣的继续渗透和侵蚀，同时借助六铝酸钙与熔渣的反应形成C12A7等，捕捉钢中夹杂、净化钢水品质。同时，由于该材料中不含SiO2、Fe2O3等组分，不会发生SiO2+[Al]→[Si]+Al2O3和Fe2O3+[Al]→[Fe]+Al2O3等反应，因此，该材料不会在使用中向钢水中引入任何夹杂。关于安全衬和隔热衬，本专利技术提出基于六铝酸钙的高性能材料制作永久衬，替代传统的安全衬和隔热衬，同时发挥安全性能和隔热保温性能。即利用六铝酸钙的晶体结构特性，制备出中重质的六铝酸钙材料，用于制作钢包的永久衬，在实现保障钢包安全性的同时，实现隔热保温性能。由于六铝酸钙具有很好的抵抗高温熔渣和钢水的侵蚀性能，六铝酸钙材料能够承担安全性能；而六铝酸钙的高温稳定性又很好，不像纳米板或纤维板出现高温下的晶化和粉化等，不会导致钢包衬体结构的整体破坏，能够确保减少钢包的热散失。因此，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)简化了钢包耐火材料衬体的结构，将原来的三层衬体结构简化为两层，即由原来的工作衬、安全衬和保温衬简化为工作衬和永久衬。(2)工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温，并能够解决钢包耐火材料对钢水的夹杂和影响问题，实现钢包材料对钢水净化的功能化。(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢包的耐火材料衬体，包括工作衬和永久衬，工作衬位于永久衬内侧，其特征在于：所述工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温；所述永久衬采用中重质或轻质六铝酸钙材料，用于保温和隔热。

【技术特征摘要】
1.一种用于钢包的耐火材料衬体，包括工作衬和永久衬，工作衬位于永久衬内侧，其特征在于：所述工作衬采用重质六铝酸钙材料，用于耐高温；所述永久衬采用中重质或轻质六铝酸钙材料，用于保温和隔热。2.根据权利要求1所述的一种用于钢包的耐火材料衬体，其特征在于：所述工作衬和永久衬的主晶相均为CaAl12O19，且CaAl12O19矿物相大于50％。3.根据权利要求2所述的一种用于钢包的耐火材料衬体，其特征在于：所述CaAl12O19的主要化学成分为：Al2O391.0％～93.0％、CaO6.5％～8.5％、其余成分小于等于1.5％，上述百分比为质量百分比；CaAl12O19矿物相的含量大于等于80％。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于钢包的耐火材料衬体，其特征在于：所述工作衬和永久衬的原料除了六铝酸钙之外，还可以加入刚玉、尖晶石、纯铝酸盐水泥等中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种用于钢包的耐火材料衬体，其特征在于：所述工作衬材料的化学成分为：Al2O385％～94.5％、MgO0％～6％、CaO5.0％～9.0％、其余成分小于等于2％，上述百分比为质量百分比；体积密度大于等于2.7g/cm3。6.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊红，刘忠江，李斌，侯新梅，杜珏玉，冯广，
申请(专利权)人：北京科技大学，武汉威林科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11