一种高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及中间包包盖浇注料，尤其涉及一种高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、中间包是炼钢连铸生产中的关键设备之一，其主要功能在于进一步实现净化、调节温度稳定、合金成分微调、冶金渣进一步精炼以及实现连铸工艺的稳定顺行。近年来，随着中间包的冶金功能增强以及节能降耗的需求，中间包包盖的作用越来越突出，其服役效果直接影响到连铸钢的产量和质量。中间包包盖是中间包的重要组成部分，主要为中间包提供一个保温以及防止钢水喷溅的环境。因而，中间包包盖耐火材料面临多重压力：一方面，工作环境较为恶劣，经常受到热机械振动及碰撞；另一方面，烘烤时中间包的工作面要经受高温火焰的炙烤和高温气流的冲刷，同时包盖工作面还遭受溅射熔渣的侵蚀。目前，中间包包盖耐火材料大多使用的为高铝质和莫来石质材料，采用铝酸钙水泥作为结合剂，其中致密刚玉颗粒热导率高导致最终制品的导热系数升高，导致更多热能损耗，不利于钢水稳定冶炼；另一方面，单纯铝硅系耐火材料的抗渣侵蚀能力有待进一步提高。因此，迫切需要开发一种性能优异的中间包包盖浇注料以满足低碳要求和日益苛刻的使用条件。

2、莫来石是al2o3-sio2系中常压下稳定的二元固溶体，具有高熔点，低膨胀系数，优良的抗热震性、抗腐蚀性等特点。作为耐火材料中的重要产品，已成功应用于高温工业的炉衬材料，服役温度主要集中在1200～1500℃范围内。事实上，cr2o3又是公认的抗渣侵蚀最优异的几种耐火材料之一，其在有色冶金、水泥、石化等关键高温工业使用广泛。同样地，在浇注料体系中也有人开发了含氧化铬材料，其抗渣侵蚀和渗透能力得到显著改善。因此，制备一种含有cr2o3的铝硅质中间中间包包盖浇注料中对提高热震稳定性和抗侵蚀具有重要的现实意义。

3、专利“cn107759212a”以莫来石颗粒、刚玉颗粒、刚玉细粉、α-al2o3和sio2微粉为原料，制备中间包包盖用莫来石浇注料，较传统以矾土为骨料的中间包盖用浇注料使用效果明显改善，热震稳定性能好。专利“cn110668830a”以烧结莫来石和焦宝石为原料，通过控制基质中al2o3和sio2的比例，保证基质矿相组成落在莫来石相和刚玉相共生的区域，使得该浇注料具有热震稳定性好、中高温强度高的特点。但是，上述两个专利制备的莫来石浇注料并未考虑该材料高温抗侵蚀性能，并不能满足中间包盖材料抗渣渗透的使用要求。专利“cn116874290a”制备的含六铝酸钙的铬刚玉浇注料具有抗热震性能好、高温下抗侵蚀性能好、使用寿命长等特点。专利“cn111439993a”利用刚玉为骨料，添加cr2o3提高材料抗侵蚀性能，进一步改善的抗渣侵蚀和渗透性。综合可以看出，在中间包包盖浇注料中通过引入cr2o3使莫来石浇注料提高抗渣侵蚀能力是可行的，但是上述方案所得到的中间包包盖浇注料的抗热冲击和抗渣侵蚀能力依然不能满足技术要求。

4、因此，如何进一步提高中间包包盖浇注料的抗渣侵蚀能力，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料及其制备方法和应用，本发明提供的中间包包盖浇注料具有高强度、高抗热震性和优异的抗渣侵蚀性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料，制备所述中间包包盖浇注料的原料包括：al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉、铝酸钙水泥、减水剂和水；

4、按al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉和铝酸钙水泥的总质量比为100％计为：65～75％的al2o3-sio2-cr2o3颗粒、10～13％的al2o3-sio2-cr2o3细粉、5～8％的α-al2o3微粉、6～10％的sio2微粉和3～6％的铝酸钙水泥；

5、所述al2o3-sio2-cr2o3颗粒的制备方法包括以下步骤：

6、1)将66～74wt％的al2o3、20～26wt％的sio2微粉和4～8wt％的cr2o3混合后进行球磨，得到预混合粉；

7、2)向所述步骤1)得到的预混合粉中加入水，然后依次进行混合、旋转造粒和烘干，得到预制球体；

8、3)将所述步骤2)得到的预制球体依次进行煅烧和破碎，得到al2o3-sio2-cr2o3颗粒。

9、优选地，所述al2o3-sio2-cr2o3颗粒的级配为：3～5mm的al2o3-sio2-cr2o3颗粒40～50wt％，1～3mm的al2o3-sio2-cr2o3颗粒25～40wt％，0.1～1mm的al2o3-sio2-cr2o3颗粒10～25wt％。

10、优选地，所述al2o3-sio2-cr2o3颗粒中含有62～76wt％的莫来石、4～8wt％的cr2o3和剩余的其他成分。

11、优选地，所述al2o3-sio2-cr2o3细粉的粒径≤0.088mm。

12、优选地，所述α-al2o3微粉的粒径≤5μm，sio2微粉的粒径≤2μm。

13、优选地，所述铝酸钙水泥的粒度为325目，所述纯铝酸钙水泥中al2o3的含量≥71wt％。

14、优选地，所述减水剂的用量为al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉和铝酸钙水泥总质量的0.1～0.2％。

15、优选地，所述水的用量为al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉、铝酸钙水泥和减水剂总质量的4.5～6.8％。

16、本发明提供了上述技术方案所述高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料的制备方法，包括以下步骤：

17、(1)将al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉、铝酸钙水泥和减水剂混合，然后加入水混合，得到混合料；

18、(2)将所述步骤(1)得到的混合料依次进行成型、养护、脱模和烘烤，得到高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料。

19、本发明提供了上述技术方案所述高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料或上述技术方案所述制备方法制备得到的高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料在炼钢中的应用。

20、本发明提供了一种高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料，制备所述中间包包盖浇注料的原料包括：al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉、铝酸钙水泥、减水剂和水；按al2o3-sio2-cr2o3颗粒、al2o3-sio2-cr2o3细粉、α-al2o3微粉、sio2微粉和铝酸钙水泥的总质量比为100％计为：65～75％的al2o3-sio2-cr2o3颗粒、10～13％的al2o3-sio2-cr2o3细粉、5～8％的α-al2o3微粉、6～10％的sio2微粉和3～6％的铝酸钙水泥；所述al2o3-sio2-cr2o3颗粒的制备方法包括以下步骤：1)将66～74wt％的al2o3、20～26wt％的sio2微粉和4～8wt％的cr2o3混合后进行球磨，得到预混合粉；2)向所述步骤1)得到的预混合粉中加入水，然后依次进行混合、旋转造粒和烘干，得到预制球体；3)将所述步骤2)得到的预制球体依次进行煅烧和破碎，得到al2o3-sio2-cr2o3颗粒。本发明通过向al2o3中引入sio2微粉，sio2微粉可以填充al2o3之间的空隙，与al2o3原位反应形成莫来石，得到含有莫来石相的al2o3-sio2-cr2o3颗粒；通过向颗粒中引入cr2o3，利用其优异的化学稳定性和对渣中氧化物的吸收作用确保al2o3-sio2-cr2o3颗粒优异的抗渣侵蚀能力，同时通过利用cr2o3和al2o3与sio2在高温下形成固溶体提高三价铬的稳定性，避免出现六价铬污染的问题，从而可制备出六价铬含量远低于使用限制标准的含氧化铬颗粒，其中引入的cr2o3均匀分布在莫来石周围，抑制针状或柱状莫来石过度长大，在改善力学性能的同时进一步提高al2o3-sio2-cr2o3颗粒的抗渣侵蚀能力；同时al2o3-sio2-cr2o3颗粒中的莫来石结构呈现针状或短柱状结晶，并形成交叉网状结构，使中间包包盖浇注料具有较高的结构强度，可以改善浇注料的抗热震性能；同时al2o3-sio2-cr2o3颗粒中残留的al2o3与基质中的sio2微粉可以在高温下界面处再次生成原位莫来石，进一步提高基质和骨料的结合，形成骨料-基质-界面协同效应，通过骨料-基质-界面协同效应进一步增强了界面结合强度，使莫来石浇注料中物相分布更加均匀，提高浇注料的抗热冲击和抗渣渗透性能；在al2o3-sio2-cr2o3颗粒中略微富二氧化硅时，基质中氧化铝也会在界面处形成莫来石增强相，从而使制备的中间包包盖浇注料具有高强度、高抗热震性和优异的抗渣侵蚀性。实施例的结果显示，本发明提供的高抗热冲击和高抗渣侵蚀性的中间包包盖浇注料的显气孔率为10～15％，体积密度为2.6～3.0g/cm3，使用寿命达250～300次；中间包包盖浇注料在110℃保温24h时，中间包包盖浇注料的常温抗折强度为10～18mpa，将中间包包盖浇注料在1600℃保温3h时，中间包包盖浇注料的常温抗折强度均在20～32mpa，将中间包包盖浇注料在1600℃保温3h，然后进行渣侵蚀试验，无明显渗透和侵蚀。