免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料及其制备rh插入管预制件内芯的方法[0002]随着冶炼新技术(如洁净钢生产、钢包精炼工艺以及连续浇铸技术)的发展，对耐火材料的使用寿命提出了更为苛刻的要求。[0003]RH真空循环脱气炉是介于炼钢与连铸之间的一个钢水精炼设备，其作用是提高钢水质量，满足大批量生产IF钢等高难度、高附加值产品的需要，主要功能有脱碳、脱氧、脱气、脱硫、合金化和成分调整、温度调整等。RH处理工艺具有精炼效率高、适应批量处理、装备投资少、易操作等一系列优点，在炼钢生产中获得了广泛应用和显著进展。它不仅能提高钢产量，改善钢材质量，增加品种、降低成本，提高经济效益，而且极大地优化了现代炼钢工艺。20世纪80年代，随着汽车工业对钢水质量的要求日益严格，RH技术得到迅速的发展。[0004]精炼过程RH插入管的内壁衬砖受高速气流和钢水的湍流冲刷，外壁的浇注料则受熔渣侵蚀、合金成分的强烈化学作用，以及清渣时的机械力作用；同时浸溃管的衬砖和浇注料又要承受急冷急热的应力冲击，使其成为精炼炉的薄弱环节。[0005]而目前RH浸溃管的内管一般采用尺寸精确的镁铬砖砌筑，镁铬砖和钢结构间用自流料填充，钢结构外焊有锚固件并浇注刚玉质耐火材料加以保护。浸溃管的浸溃管内衬用镁铬砖中的三氧化二铬不仅价格昂贵且有剧毒，对环境和人体都会造成严重的危害，且其在使用过程中砖缝成为薄弱环节，容易侵蚀和脱落；砌筑施工耗时长。因此，镁铬砖的应用并不符合耐火材料可持续的发展方向，不断寻找可替代的耐火材料一直是行业研究和关注的焦点。[0006]其中尖晶石由于其优异的高温性能和抗热震性能成为插入管内芯材料的首选，且国内已经有尝试采用刚玉尖晶石质无铬浇注料及预制件代替镁铬砖的研究。现有研究工艺中的尖晶石有原位生成的，有直接添加电熔尖晶石细粉的。但是，目前普遍面临的问题是不含铬的浇注料其抗渣侵蚀性、抗热震性能差，寿命短，更换频繁，从而使得成本增加。[0007]同时,几十年来,氮化娃结合碳化娃、塞隆结合碳化娃和刚玉砖等耐火材料在钢铁工业中大显身手，预示着氮化物陶瓷在耐火材料领域有广阔的应用前景。但是非氧化物生成条件苛刻，所导致的高成本、高能耗却影响着其在耐火材料行业的使用。[0008]目前，也有关于RH真空炉插入管所用浇注料方面的文献报道。例如:1、申请号为201110441219.1、发明名称为“RH真空炉用插入管刚玉质浇注料及其制备方法”。该发明专利公开的刚玉质浇注料是由下述重量比的组分组成:致密刚玉10~20份、白刚玉45~60份、白刚玉微粉10~25份、电熔镁粉4~6份、a-氧化铝粉I~4份、硅微粉1~2份、减水剂0.2份、添加剂1~2份，所述添加剂为不锈钢钢纤维。

[0009]本发明要解决的技术问题是:提供一种免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料及其制备RH插入管预制件内芯的方法。本发明免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料采用塞隆结合，克服了现有传统浇注料水泥中CaO的存在对预制件高温性能及抗侵蚀性能的影响，从而极大地提高了本发明材料的高温强度和热震稳定性。并且结合该产品的1700°C使用条件，实现塞隆在使用过程中的生成，有效降低了生产成本，使得产品的使用寿命提高了30 ~50%ο
[0010]为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是:
本发明提供一种免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，所述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料的原料组成为:电熔白刚玉50~72%，尖晶石8~21%,金属硅粉2~9%，200目电熔白刚玉3~11%，α -氧化铝2~6%和P -氧化铝3~7% ；另外加入添加剂FS60，所述添加剂FS60的加入量占上述各种原料总重量0.04~0.13%。
[0011]根据上述的免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，所述电熔白刚玉50~72%由10~6_电熔白刚玉18~22%，6~3_电熔白刚玉16~22%，3~1_电熔白刚玉12~19%和I~0_电熔白刚玉4~9%组成。
[0012]根据上述的免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，所述尖晶石8~21%由I~0謹尖晶石3~8%，320目尖晶石3~7%和5 μ m尖晶石2~6%组成。
[0013]根据上述的免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，所述金属硅粉的粒度为
0.074mm,所述α -氧化铝的粒度为5 μ m。
[0014]根据上述的免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，所述添加剂FS60是由德国巴斯夫股份公司所生产的高分子高效添加剂，其牌号为FS60。
[0015]一种利用上述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，所述制备方法为:
按照上述浇注料的配比比例称取各种原料，将各种原料置于搅拌机中混合均匀，搅拌过程中加入水，水的加入量占各原料总重量的3.5~4.0%，混合均匀后将所得浇注料置于磨具中进行振动浇注成型；浇注成型后于25°C条件下自然养护48h，脱模，脱模后在25°C条件下放置48h ;然后于250~280°C条件下烘干24h，将烘干后得到的产品在氮化炉中进行烧成，烧成温度为1420°C，烧成时间为35h ;烧成结束后冷却至室温出炉，得到RH插入管预制件内心。
[0016]根据上述的利用免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，所述振动时间为25~35min。
[0017]本发明的积极有益效果:
1、本发明根据目前RH插入管镁铬砖砌筑内芯应用条件及损毁原因的基础上，综合氮化物的优异性能，采用砌筑施工更简便，抗侵蚀、抗剥落性能更加优异的预制件作为内芯。因而，本发明通过在浇注料中引入氮化物进一步改善制作预制件所用刚玉尖晶石浇注料的工艺配方，从而借助于氮化物的高热导率、低膨胀系数、较高的韧性以及对氧化物渣的润湿性差来提高本发明浇注料的热震稳定性、高温机械性能和抗渣侵蚀与渗透性能，从而提高产品的使用寿命。[0018]2、本发明刚玉-尖晶石质浇注料采用赛龙结合，克服了现有传统浇注料水泥中CaO的存在对预制件高温性能及抗侵蚀性能的影响，从而极大地提高了本发明浇注料的高温强度和热震稳定性。并且结合该产品的1700°C使用条件，实现塞隆在使用过程中的生成，有效降低了生产成本，使得产品的使用寿命提高了 30~50%。
[0019]3、本发明刚玉-尖晶石质浇注料配方中添加不同粒度(l_0mm，320目，5μπι)的电熔尖晶石，从而加强了氧化铝和尖晶石的固熔、氧化铝和塞隆的固熔以及尖晶石和塞隆的固熔作用，以进一步提高刚玉-尖晶石质浇注料的中、高温强度。
[0020]4、本发明在刚玉-尖晶石质浇注料的配方中，完全去除了水泥、硅微粉，在保证其中、低温度的基础上，实现了该体系的高纯化，克服了 Ca0、Si02等易生成低熔物的成分对其使用性能的影响，有效地改善了制品的抗渣侵蚀性、渗透性及热震性能。
[0021]5、本发明技术方案在常温、中温、高温分别采用P -Al2O3、氧化铝微粉与尖晶石微粉的固熔和塞隆的结合作用，从而有效地实现了刚玉-尖晶石浇注料的无水泥和无硅微粉化。更重要的是通过RH浸溃管独特的使用环境条件，将制品在1420°C预氮化处理的条件下，于使用条件下实现了塞隆结合相的生成，在使用的过程中，制品性能不降反而增加。并且减少了二次烧成的能耗，有效地降低了塞隆结合耐火材料产品能耗、成本的影响。
[0022]6、本发明刚玉-尖晶石质浇注料的配方中添加一种德国巴斯夫股份公司所生产的高分子分散剂FS60，有效地改善了浇注料的流动性和加水量，从而消除了 P -Al2O3作为结合剂常见加水量增多、制品气孔率高和强度降低的影响。
[0023]
实施例1:
本发明免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，原料组成为:电熔白刚玉62%，尖晶石14%，金属硅粉3%，200目电熔白刚玉11%，α -氧化铝3%和P -氧化铝7%，另外加入添加剂FS60，添加剂FS60的加入量占上述各种原料总重量的0.1%。
[0024]所述电熔白刚玉62%由10~6mm电熔白刚玉18%，6~3mm电熔白刚玉22%，3~Imm电熔白刚玉16%和I~Omm电熔白刚玉6%组成；
所述尖晶石14%由I~Omm尖晶石5%，320目尖晶石7%和5 μ m尖晶石2%组成；所述金属硅粉的粒度为0.074mm,所述α -氧化铝的粒度为5 μ m。
[0025]实施例2:
本发明利用实施例1所述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，所述制备方法为:
按照实施例1所述浇注料的配比比例称取各种原料，将各种原料置于搅拌机中混合均匀，搅拌过程中加入水，水的加入量占各原料总重量的3.5~4.0%，混合均匀后将所得浇注料置于磨具中进行振动浇注成型，振动时间为30min ;浇注成型后于25°C条件下自然养护48h，脱模，脱模后在25°C条件下放置48h ;然后于260°C条件下烘干24h，将烘干后得到的产品在氮化炉中进行烧成，烧成温度为1420°C，烧成时间为35h ;烧成结束后冷却至室温出炉，得到RH插入管预制件内芯。
[0026]本实施例所得产品的相关性能指标:显气孔率为14.3% ;体积密度为3.19g.cm_3 ；线变化率(1420°C氮化Ih)为-0.25% ;常温抗折(Il(TC)为7.5MPa ;常温耐压(110°C )为50.3MPa ;常温抗折(1200 0C )为 7.8MPa ;常温耐压(1200 °C )为 52.4MPa ;热态抗折(1420 °C，氮化Ih)为22.0MPa ;热态耐压(1420°C，氮化Ih)为306MPa ;产品使用寿命:75次。
[0027]本发明产品的使用条件:
温度:1680-1720°C，寿命要求:> 60次，精炼时间:60_80min，生产钢种:管线钢、锰钢、车轴钢。
[0028]实施例3:与实施例1基本相同，不同之处在于:
本发明免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，原料组成为:电熔白刚玉66%，尖晶石12%，金属硅粉5%，200目电熔白刚玉9%，α -氧化铝3%和P -氧化铝5%，另外加入添加剂FS60，添加剂FS60的加入量占上述各种原料总重量的0.08%。
[0029]所述电熔白刚玉66%由10~6mm电熔白刚玉22%，6~3mm电熔白刚玉20%，3~Imm电熔白刚玉19%和I~Omm电熔白刚玉5%组成；
所述尖晶石12%由I~Omm尖晶石4%, 320目尖晶石4%和5 μ m尖晶石4%组成。
[0030]实施例4:与实施例2基本相同，不同之处在于:
本发明利用实施例3所述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，与实施例2相同。
[0031]本实施例所得产品的相关性能指标:显气孔率为14.0% ;体积密度为3.22 g.cm_3 ；线变化率(1420°C氮化lh):-0.12%，常温抗折(110°C):5.6MPa ;常温耐压(110°C ):42.5MPa ;常温抗折(1200°C ):8.6MPa ;常温耐压(1200°C ):65.2MPa ;热态抗折(1420°C，氮化lh):26.5MPa ;热态耐压(1420°C，氮化lh):324MPa ;产品使用寿命:82次。
[0032]本实施例产品的使用条件:
温度:1680-1720°C，寿命要求:> 60次，精炼时间:60_80min，生产钢种:管线钢、锰钢、车轴钢。
[0033]实施例5:与实施例1基本相同，不同之处在于:
本发明免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，原料组成为:电熔白刚玉61%，尖晶石17%，金属硅粉7%，200目电熔白刚玉7%，α -氧化铝4%和P -氧化铝4%，另外加入添加剂FS60，添加剂FS60的加入量占上述各种原料总重量的0.06%。
[0034]所述电熔白刚玉61%由10~6mm电熔白刚玉20%，6~3mm电熔白刚玉17%，3~Imm电熔白刚玉15%和I~Omm电熔白刚玉9%组成；
所述尖晶石17%由I~Omm尖晶石7%, 320目尖晶石4%和5 μ m尖晶石6%组成。
[0035]实施例6:与实施例2基本相同，不同之处在于:
本发明利用实施例5所述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，与实施例2相同。
[0036]本实施例所得广品的相关性能指标:
显气孔率:13.4%，体积密度:3.28g.cm_3，线变化率(1420°C氮化lh):0.15%，常温抗折(110。。):5.2MPa，常温耐压(110 °C ):38.9MPa，常温抗折(1200 °C):8.9MPa，常温耐压(1200°C):68.8MPa，热态抗折(1420°C，氮化 lh):29.3MPa，热态耐压(1420°C，氮化 Ih):352MPa，产品使用寿命:88次。
本发明产品的使用条件:
温度:1680-1720°C，寿命要求:> 60次，精炼时间:60_80min，生产钢种:管线钢、锰钢、车轴钢。[0037]实施例7:与实施例1基本相同，不同之处在于:
本发明免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料，以重量百分含量表示，原料组成为:电熔白刚玉64%，尖晶石14%，金属硅粉9%，200目电熔白刚玉3%，α -氧化铝5%和P -氧化铝5%，另外加入添加剂FS60，添加剂FS60的加入量占上述各种原料总重量的0.04%。
[0038]所述电熔白刚玉64%由10~6mm电熔白刚玉20%，6~3mm电熔白刚玉20%，3~Imm电熔白刚玉18%和I~Omm电熔白刚玉6%组成；
所述尖晶石14%由I~Omm尖晶石3%，320目尖晶石6%和5 μ m尖晶石5%组成。[0039]实施例8:与实施例2基本相同，不同之处在于:
本发明利用实施例7所述免烧成塞隆结合刚玉-尖晶石质浇注料制备RH插入管预制件内芯的方法，与实施例2相同。
[0040]本实施例所得广品的相关性能指标:
显气孔率:14.2%，体积密度:3.18g.cm_3，线变化率(1420°C氮化lh):0.20% ;常温抗折(110。。):5.7MPa，常温耐压(Il(TC):42.8MPa，常温抗折(1200°C ):9.1MPa，常温耐压(1200°C):71.3MPa，热态抗折(1420°C，氮化 lh):33.5MPa，热态耐压(1420°C，氮化 Ih):371MPa，产品使用寿命:95次。
[0041 ] 本发明产品的使用条件:
温度:1680-1720°C，寿命要求:> 60次，精炼时间:60_80min，生产钢种:管线钢、锰钢、车轴钢。