一种能降低钢水温降的钢包及制备方法与流程

本发明涉及炼钢装置中的钢包结构中的耐火材料及制备方法，主要涉及一种能降低钢水温降的钢包及制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着智能化技术的发展，钢铁行业纷纷采用无人或少人化的操作模式，尽量降低劳动力成本，降低现场工人的劳动强度。炼钢的钢包从材料的内外层分布看，靠钢壳层为永久层，一般使用高铝浇注料；工作层分为渣线和非渣线包壁砖，一般渣线为镁碳砖，而非渣线包壁为刚玉预制砖，或铝镁炭砖。这样的材料和结构，使用机器人来操作很困难，一方面程序复杂，另外砌筑要求及精度难以保证。在当前钢铁行业大类使用废钢的情况下，钢包扩容以减薄工作层或永久层的厚度为主要措施，永久层普遍采用的是以矾土基浇注料可以用机械浇注，工作层渣线为镁碳砖、包壁刚玉预制砖需要一块砖一块砖的砌筑，还有泥浆填缝，钢壳内贴保温板或贴一薄层轻质砖，如此复杂的钢包结构与炉衬施工工艺，采用智能化自动化施工非常困难，钢包的砌筑材质与结构也难以从根本上解决钢包的高传热问题。小钢厂有全部使用钢包浇注料的生产实例，国内大钢包也有工作衬套浇的实例，浇注料自动化施工技术相对容易且成熟，因此如何设计可智能化自动化施工，且能降低钢水温降的钢包材质与结构，降低炉衬的导热系数，保持安全性和抗侵蚀性能的前提条件，是值得探索的工作。

2、经检索：

3、中国专利公开号为cn201920635371.5的文献，所述的整体浇注钢包，包括包壁、包壁的外侧设置有加固装置、加固装置固定安装在包壁，包壁的内侧设置有永久层，永久层与包壁固定连接；永久层的内侧浇注有包壁浇注料层，永久层内侧的底部设置有包底钢模，包底钢模固定安装在永久层内侧的底部，包底钢模的外侧设置固定安装若干楔子，包底钢模内浇注有包底浇注料层，包壁浇注料层的顶端设置有渣线砖层，渣线砖层包括下部渣线砖层、中部渣线砖层和顶部渣线砖层，下部渣线砖层、中部渣线砖层和顶部渣线砖层均砌筑在包壁的内侧，渣线砖层的顶端设置有罐沿浇注料层，罐沿浇注料层灌注在包壁的内侧。该专利表明永久层、钢包底、包沿可以用浇注料，但又设置渣线砖，整体浇注施工很困难，如果一体化施工浇注料，仅用永久层、工作衬有安全风险，因此不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn105645936a的文献，其所述的高铝空心球轻质浇注料以28-48wt％的高铝空心球、14-30wt％的焦宝石、6-30wt％的矾土细粉、6-10wt％的氧化铝微粉、1-5wt％的二氧化硅微粉、2-10wt％的铝酸钙水泥和1-5wt％的广西黏土为原料，外加所述原料0.04-0.2wt％的三聚磷酸钠和0.1-0.5wt％的六偏磷酸钠，干混1-3min，再外加所述原料的7-15wt％的水，混合2-5min，即得高铝空心球轻质浇注料。本发明虽具有工艺简单、生产成本低和对设备无特殊要求的特点，且所制备的高铝空心球轻质浇注料虽体积密度低、热导率低、耐压强度高、重烧线变化率低、体积稳定性好和隔热保温效果好。该专利所述的表明含高铝空心球量大，浇注料如作为永久层，保温效果好，但空隙多，密度小、不安全；空心球不宜做直接接触钢水的工作层材料应用，存在巨大安全隐患，不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn108395262a的文献，所述的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料以40-50vol％体积含量的镁铝尖晶石空心球骨料和50-60vol％体积含量的粉料为原料，其中所用粉料的种类及含量为：天然橄榄石细粉10-40wt％，氧化镁细粉50-70wt％、氧化硅细粉10-35wt％，氧化硅微粉5-15wt％，外加0.15-0.35wt％的六偏磷酸钠。将上述原料干混1-2分钟，再加入占原料总量8～15wt％的水，湿混2-4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。该文献虽具有制备工艺简单、生产成本低、生产效率高、对设备无特殊要求等特点。但所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料，耐高温性好，能抗碱性气氛侵蚀，而且隔热保温性能优异，适用于钢包永久层。该专利所述的表明含镁铝尖晶石空心球量大，浇注料如作为永久层，有一定的保温效果，但同样空隙多，密度小、不安全；镁铝尖晶石空心球也不宜做直接接触钢水的工作层材料应用，不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn1485297的文献，其所述的低密度低导热钢包浇注料使用的颗粒原料以低密度富铝尖晶石为主材料,其体积密度为3.40-2.50g/cm3,浇注料还含有粒度小于0.154mm的氧化铝、铝镁尖晶石、氧化镁细粉、铝酸盐水泥、添加剂。其由于采用低密度富铝尖晶石颗粒作为钢包浇注料的颗粒原料,使浇注料体积密度降低但抗渣蚀能力不降低,从而保持浇注料使用寿命不降低。该专利所述的表明其使用低密度富铝尖晶石，浇注料可作为永久层，有一定的保温效果，但抗侵蚀性能差；不宜做直接接触钢水的工作层材料应用，不适宜本发明的环境应用。中国专利申请号为cn202210656938.3的文献，所述的含六铝酸钙的低导热钢包永久层浇注料,其原料组成及wt％为:粒度≥5mm至＜20mm微孔莫来石骨料:25-30％、粒度≥1mm至＜5mm六铝酸钙骨料:15-35％、粒度＜1mm的六铝酸钙细骨料:5-15％、粒度≤0.074mm的莫来石细粉:20-35％、粒度≤20μm的α-al2o3微粉:3-7％、粒度≤50μm的sio2微粉:1-4％、粒度≤0.074mm的铝酸钙水泥:2-5％、有机纤维:0.1-0.5％、聚合羧酸盐减水剂:0.05-0.3％。该文献虽使钢包永久层浇注料的导热系数从0.9-1.2w/(m·k)降低到0.75w/(m·k)以下,且1500℃×3h高温烧后耐压强度不低于60mpa,开口气孔及闭气孔较少,保温性能大幅度提高,可降低钢包外表面温度不低于50℃。该专利所述的表明其使用大量微孔莫来石骨料，其浇注料可作为永久层，有一定的保温效果，但抗侵蚀性能差；不宜做工作层材料，单一永久层材料使用自动化智能化施工，安全性保障不够；不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn1686948a所述的所述的改良型矾土基中小型钢包浇注料，其由电熔镁砂、烧结镁砂连续颗粒级配配制；在基质中加入棕刚玉微粉，使之高温下生成铝镁尖晶石相，并合理控制二氧化硅微粉和镁砂细粉比例，使矾土基具有良好的低温、中温和高温强度，且在使用过程使铝镁膨胀反应在≥1000℃温度范围内具有长效性，减少后期钢包衬出现的收缩裂纹和剥落。该发明提供的浇注料在40吨转炉钢包上的包龄，可从平均60炉提高到80－120炉。该专利所述的矾土基钢包浇注料，其可作小钢包永久层或工作衬，但隔热保温效果差，单一材料使用自动化智能化施工，安全性保障不够；不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn1796331a的文献，所述的钢水处理炉内衬采用高纯度刚玉－氧化镁－尖晶石等体系耐火材料浇注料浇铸而成。包括电熔尖晶石、电熔镁砂、电熔白刚玉、电熔棕刚玉、板刚玉、特级矾土、矾土尖晶石之一或任意组合做为主要原料的原料体系。修补方法，包括以下步骤：a.清理内衬，将残损内衬上的熔渣层清理掉；b.成型修补，将与原质层相同纯度材料的浇注料配制完成后施加到残损内衬需修补的部位，来恢复内衬的原设计形状；c.内衬的养护，自然干燥24小时至72小时；d.烘烤。通过这些微米级或比微米更细级别添加剂的表面活性，来进一步提高浇注料的烧结作用，使烧结后的衬体更加致密，进而使所述变质层更薄。该专利所述的刚玉－氧化镁－尖晶石系钢包浇注料，其可作大钢包工作衬材质，但隔热保温效果差，单一材料使用自动化智能化施工，安全性保障不够；不适宜本发明的环境应用。中国专利公开号为cn107814582a的文献，所述的钢包浇注料组成为：按重量百分数计，80均化料49-83.5％，白刚玉粉10-30％，95烧结镁砂5-15％，95硅微粉1-4％，复合高效减水剂0.5-2％；复合高效减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠按重量比为1:0.5-2的混合物。该钢包浇注料以80均化料作为主要原料，配合白刚玉粉、95烧结镁砂和95硅微粉，主晶相是刚玉-莫来石相，质量稳定性好，在120吨钢包稳定使用160-180次，相对于85煅烧矾土熟料，使用寿命明显提高，安全性提升，并且价格低廉。该专利所述的矾土均化料－氧化镁－刚玉系钢包浇注料，其可作钢包永久层或小钢包工作衬使用，但隔热保温效果差，使用自动化智能化施工，安全性保障不够；不适宜本发明的环境应用。

4、从文献检索看：涉及低导热钢包炉衬及其制备方法的专利有不同的空心球浇注料的报道。钢包浇注料有矾土浇注料、刚玉浇注料，刚玉-尖晶石质浇注料，但渣线往往使用镁碳砖，使用现有的钢包炉衬材料设计，采用重质工作衬和永久衬，很难解决钢包的钢水温降大、自动化智能化程度低的问题。

技术实现思路

1、本发明在于针对目前的钢包包衬用材料导热快、钢水温降大、使用的永久衬及工作衬材料导热系数大、成本增加且不利于自动化作业等不足，提供一种通过优化钢包材质与结构，在构成钢包的各层中加入不同外径的复合空心球，以及采用浇注料施工，使得钢包包衬具有低导热、抗侵蚀的特点，以在保证钢包使用寿命的前提下，减少生产过程中钢水的温降15-35％的能降低钢水温降的钢包及制备方法。

2、实现上述目的的措施：要实现低导热钢包的自动化智能化作业，必须确定其材质及结构合理、安全、有效，浇注料的配料、加水、混合、浇注及养护，都利于机械化自动化作业，利用机械手可以完成模具的支护，而设置工作层、安全层、保温层三层结构，利于钢包的安全使用和监控。通过先保温层浇注、后安全层浇注、最后工作层浇注，将钢包的炉衬砌筑完全交由机器人和机械手作业，由于拆包也可以由机械手自动化智能化作业，因此本发明可以从钢包的材质与结构设计入手，确保低碳冶炼条件下耐火材料技术的进步。

3、一种能使降低钢水温降的钢包，由钢包金属壳、工作层、安全层、保温层组成，其特征在于：

4、工作层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在0.05-0.5mm的复合空心球0.2～2wt％；

5、安全层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在0.5-1mm的复合空心球1～4wt％；

6、保温层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在1-3mm的复合空心球3～8％。

7、优选地：所述工作层的现用浇注料为刚玉-尖晶石质的，并要求al2o3≧90wt％，mgo≦7wt％，其余为杂质。

8、优选地：所述安全层的现用浇注料为高铝质的，并要求al2o3≧90wt％。

9、优选地：所述保温层的现用浇注料为高铝质的，并要求al2o3≧75％。

10、其在于：所述复合空心球的内层材质为使用温度不低于120℃的塑料，并在此球的球表面涂覆有氧化镁或六铝酸钙涂层；控制复合空心球的壁厚不小于0.01mm；复合空心球的炭化温度不低于300℃。

11、一种能使降低钢水温降的钢包的制备方法，其步骤：

12、1)先将不同外径的空心球分别通过气雾干燥法涂覆含氧化镁层或六铝酸钙层；

13、2)在砌筑保温层前，将外径在1-3mm的复合空心球3～8％与该层的高铝质浇注料混合均匀；再外加水搅拌至施工的浆体状态，接着浇筑保温层；

14、3)待保温层硬化干燥后，将外径在0.5-1mm的复合空心球1～4wt％与安全层的高铝质浇注料混合均匀；再外加水搅拌至施工的浆体状态，接着浇筑安全层；

15、4)待安全层硬化干燥后，将外径在0.05-0.5mm的复合空心球0.2～2wt％

16、与工作层的刚玉-尖晶石浇注料混合均匀；再外加水搅拌至施工的浆体状态，接着浇筑工作层；

17、5)整体浇注结束后，将钢包养护2～3天，再按照烘烤曲线进行烘烤；备用。

18、本发明中主要工艺的作用及机理：

19、工作层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在0.05-0.5mm的复合空心球0.2～2wt％；

20、安全层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在0.5-1mm的复合空心球1～4wt％；

21、保温层在现用浇注料中外加其浇注料总量的外径在1-3mm的复合空心球3～8％。

22、本发明之所以在工作层用浇注料中，外加其浇注料总量的复合空心球0.2～2wt％，复合空心球外径在0.05-0.5mm的其目的，是在对浇注料的抗侵蚀性能影响较小的前提下降低工作衬材料的导热系数，而微小的孤立气孔也利于抵抗钢水及渣的渗透；外径在0.05-0.5mm的复合空心球量少于0.2％，影响很小；大于2％，不利于浇注料的抗侵蚀，对使用寿命有影响。

23、本发明之所以在安全层用浇注料中，外加其浇注料总量的复合空心球1～4wt％，复合空心球外径在0.5-1mm的目的，是在对安全层用浇注料的抗侵蚀性能影响较小，适当提高降低安全层材料的导热系数的幅度，而小的孤立气孔也利于抵抗钢水及渣的渗透；外径在0.5-1mm的复合空心球量少于1％，影响小；大于4％，不利于浇注料的安全性与耐用性，对使用寿命有影响。

24、本发明之所以在保温层用浇注料中，外加其浇注料总量的复合空心球3～8wt％，复合空心球外径在1-3mm，其目的是提高降低保温衬材料导热系数的幅度，而适度大的孤立气孔保温效果好，也有一定的安全保证；外径在1-3mm的复合空心球量少于3％，影响小；大于8％，不利于浇注料的安全性，对现场生产不利。

25、本发明之所以要求复合空心球的内层材质为使用温度不低于120℃的塑料或有机物，并在此球的球表面涂覆有氧化镁或六铝酸钙涂层；控制复合空心球的壁厚不小于0.01mm；复合空心球的炭化温度不低于300℃，是由于加入空心球的目的是增加浇注料的隔热效果，而表面涂覆有氧化镁或六铝酸钙涂层是为了增加对渗透钢水或渣的抵抗能力，复合空心球的内层材质为使用温度不低于120℃的塑料，控制复合空心球的壁厚不小于0.05mm，目的是利于在浇注料施工过程中保持其外形和强度，不破碎；而复合空心球的炭化温度不低于300℃，是确保在钢包烘烤或使用过程中塑料或有机物可以炭化，不影响浇注料的高温使用性能。

26、本发明之所以在不同外径的复合空心球分别通过气雾干燥法涂覆含氧化镁层或六铝酸钙层，是由于气雾干燥法条件下，可以保证塑料空心球与氧化镁或六铝酸钙粉末均匀涂覆且不容易粘连。

27、本发明与现有技术相比，本发明通过在各层中加入不同外径的复合空心球，使钢包包衬具有良好的隔热性能，其导热系数将降低15-35％，在安全有效且保证钢包使用寿命的前提下，减少生产过程中钢水温降3-15℃。