一种环保型连铸中间包干式料的制备方法

技术领域

本发明涉及连铸中间包干式料制备技术领域，具体的，涉及一种环保型连铸中间包干式料的制备方法。

背景技术

连铸中间包干式料是一种用于连铸工艺的耐火材料，主要应用于钢铁行业的连铸中间包中。在连铸过程中，中间包是连接钢包和结晶器的重要环节，干式料作为中间包的衬料，能够起到保护、绝热以及防止钢水污染的作用。

目前，连铸中间包干式料使用的结合剂主要包括酚醛树脂、无机盐、多羟基糖等。酚醛树脂在中间包干式料烘烤和使用过程中会释放出甲醛、甲酚、二甲醛等气体，污染环境，有损职工健康，且其固化后残碳较高，不利于洁净低碳钢的生产；无机盐结合剂会使中间包干式料的抗渣性较差，并且使干式料在服役过程中发生过烧结而与中间包永久衬发生粘连，难以自动翻包；以多羟基糖作为结合剂的干式料烘包温度低，环境友好，但使用寿命短。因此，有必要进一步寻找更加合适的中间包干式料结合剂。

经检索，现有专利(公告号：CN 116675517 B)公开了一种环保型中间包干式料及其制备方法。所述一种环保型中间包干式料，包括以下质量份的组分：电熔镁砂45～55份、烧结镁砂40～50份、烧结剂3～4份、有机结合剂3～6份、4,4’-双(2,3-环氧基丙氧基)联苯1～3份；所述一种环保型中间包干式料的制备方法，将所述质量份的组分混合均匀，得到环保型中间包干式料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的有机环保结合剂强度低的问题。

另外，现有专利(公告号：CN 102584298 B)公开了一种环保型连铸中间包干式料的制备方法，该方法包括以下的步骤：①镁砂粉碎；②按以下重量百分比计的配方配料：MgO70％～90％、树脂添加剂0.5％～5％、α–Al2031％～6％、SiO21％～10％、CaO5％～20％；其中，上述组分中占总重量1％～6％的MgO和SiO2为超微粉，超微粉的粒度小于2μm；③将辅料和添加剂加入镁砂中混炼。该发明制备得到的中间包干式料具有环保、耐温强度好、耐侵蚀能好，使用寿命长等特点。

然而在实施相关技术中发现上述存在以下问题：上述中间包干式料通过使用糖类结合剂制得的的干式料，其粘附性和润湿性较差，不能够与多种材料表面发生相互作用，产生较强的粘附力，从而无法有效地将各种组分粘结在一起；导致化学稳定性较差，易分解和变质，不利于提高干式料的耐久性和稳定性；另外，其使用的的结合剂在干式料中不能够起到增稠和流变调节的作用，降低了干式料的使用效果和涂抹性能。

发明内容

本发明提出一种环保型连铸中间包干式料的制备方法，旨在解决上述中间包干式料，不能够与多种材料表面发生相互作用，产生较强的粘附力，从而无法有效地将各种组分粘结在一起，不利于提高干式料的耐久性和稳定性的问题。

本发明的技术方案如下：一种环保型连铸中间包干式料，包括以下配料和结合剂：

所述配料选用中档镁砂颗粒和细粉为原料，按以下重量百分比计的配方配料：MgO95.31％、CaO 1.22％、SiO22.02％、Fe2O30.80％、Al2O30.65％；

所述结合剂为热固性酚醛树脂粉、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮的混合物。

本发明还提供一种环保型连铸中间包干式料的制备方法，该方法包括以下制备步骤：

S1、按上述配料，混合均匀后捣打成型为40mm×40mm×160mm的条状试样及外部尺寸为70mm×70mm×70mm、中心带有30/25mm×35mm盲孔的坩埚试样；

S2、将混合均匀的原料放入高温熔炼炉中，在1500℃～1800℃下熔炼处理；

S3、将熔融混合后的原料浇注入模具中，使其形成所需的形状和尺寸；

S4、将浇注成型的中间包干式料进行自然冷却处理，使其从熔融状态逐渐冷却固化；

S5、将冷却固化后的中间包干式料进行破碎研磨，使其成为具有所需粒度的干式料。

进一步的，所述中档镁砂颗粒的粒径为5～1mm，细粉的粒径≤1mm。

进一步的，其特征在于：所述配料的体积密度为3.21g·cm-3。

进一步的，所述热固性酚醛树脂粉为PF-4012、葡萄糖为C6H12O6、聚乙烯吡咯烷酮为K13-18型。

进一步的，取0#和1#试样带模于200℃保温6h烘烤后脱模，2#、3#和4#试样带模于180℃保温6h烘烤后脱模，脱模后的条样再于1500℃保温3h热处理。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明通过采用聚乙烯吡咯烷酮作为连铸中间包干式料的结合剂，其良好的粘附性和润湿性能够与多种材料表面发生相互作用，产生较强的粘附力，有效地将各种组分粘结在一起；使其干式料具有较好的化学稳定性，能够在高温、酸、碱、氧化剂等环境下使用，不易分解和变质，这有助于提高干式料的耐久性和稳定性；相较于传统的结合剂，如淀粉、糊精等，能够减少对环境的污染和对操作人员的健康危害，其常温强度大于葡萄糖结合的镁质中间包干式料，而其抗渣性能则优于葡萄糖结合的镁质中间包干式料，整体使用效果显著提升。

2、本发明提供的环保型连铸中间包干式料的制备方法，易于加工和操作，有助于提高干式料的加工性能和流动性，并且还具有较好的热稳定性，能够在加工过程中保持稳定的性能；在干式料中能够起到增稠和流变调节的作用，使干式料具有更好的悬浮稳定性和流动性；这有助于提高干式料的使用效果和涂抹性能增强干式料的强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提出的一种环保型连铸中间包干式料的成分组成图；

图2为本发明提出的一种环保型连铸中间包干式料的试样处理后的常温耐压强度和常温抗折强度图；

图3为本发明提出的一种环保型连铸中间包干式料试样处理后的体积密度、常温耐压强度和常温抗折强度等性能的对比图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种环保型连铸中间包干式料，包括以下配料和结合剂：

所述配料选用中档镁砂颗粒和细粉为原料，按以下重量百分比计的配方配料：MgO95.31％、CaO 1.22％、SiO22.02％、Fe2O30.80％、Al2O30.65％；

所述结合剂为热固性酚醛树脂粉、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮的混合物。

本发明还提供一种环保型连铸中间包干式料的制备方法，该方法包括以下制备步骤：

S1、按上述配料，混合均匀后捣打成型为40mm×40mm×160mm的条状试样及外部尺寸为70mm×70mm×70mm、中心带有30/25mm×35mm盲孔的坩埚试样；

S2、将混合均匀的原料放入高温熔炼炉中，在1500℃～1800℃下熔炼处理；

S3、将熔融混合后的原料浇注入模具中，使其形成所需的形状和尺寸；

S4、将浇注成型的中间包干式料进行自然冷却处理，使其从熔融状态逐渐冷却固化；

S5、将冷却固化后的中间包干式料进行破碎研磨，使其成为具有所需粒度的干式料。

其中，所述中档镁砂颗粒的粒径为5～1mm，细粉的粒径≤1mm。

其中，其特征在于：所述配料的体积密度为3.21g·cm-3。

其中，所述热固性酚醛树脂粉为PF-4012、葡萄糖为C6H12O6、聚乙烯吡咯烷酮为K13-18型。

其中，取0#和1#试样带模于200℃保温6h烘烤后脱模，2#、3#和4#试样带模于180℃保温6h烘烤后脱模，脱模后的条样再于1500℃保温3h热处理。

实施例一

选用中档镁砂颗粒和细粉为原料，按以下重量百分比计的配方配料：MgO95.31％、CaO 1.22％、SiO22.02％、Fe2O30.80％、Al2O30.65％；结合剂为热固性酚醛树脂粉、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮；按上述配料，混合均匀后捣打成型为40mm×40mm×160mm的条状试样及外部尺寸为70mm×70mm×70mm、中心带有30/25mm×35mm盲孔的坩埚试样；

称取35g化学组成(w)为CaO23.38％、MgO11.9％、SiO237.69％、Al2O38.19％、Fe2O318.24％的中包渣，填入坩埚试样盲孔中，轻轻压实后，在1500℃保温3h热处理，冷却后沿坩埚孔轴线切开，观察并测量其抗渣侵蚀性和抗渣渗透性。

PVP加入量对干式料性能的影响：180℃烘烤及1500℃热处理后2#、3#和4#试样的常温耐压强度和常温抗折强度见附图2。

可以看出：随着PVP加入量的增多，180℃烘烤及1500℃热处理后试样的常温耐压强度和常温抗折强度均逐渐增大，180℃烘烤固化后干式料的强度主要由PVP熔融－凝固后的黏结作用提供，因此干式料烘烤后的强度随PVP加入量的增加而增大；1500℃热处理后干式料的强度的差别主要来自PVP热解后残碳量的差别，因此也随着PVP加入量的增加而增大，由于PVP加入量由4％增加到6％后的试样强度相差不大，因此实际应用时加入4％PVP即可。

本实施例中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)常温下呈粉末状，熔点低(130℃)，残碳率较高，受热分解时不会产生有毒气体，不与镁砂发生反应；其良好的粘附性和润湿性能够与多种材料表面发生相互作用，产生较强的粘附力，有效地将各种组分粘结在一起；同时还具有良好的润湿性，能够使干式料更好地分散在水中，提高其在水中的稳定性；具有较好的化学稳定性，能够在高温、酸、碱、氧化剂等环境下使用，不易分解和变质，这有助于提高干式料的耐久性和稳定性；相较于传统的结合剂，如淀粉、糊精等，PVP的使用能够减少对环境的污染和对操作人员的健康危害；另外易于加工和操作：PVP的熔点和分解温度较低，容易熔融和混合，有助于提高干式料的加工性能和流动性，并且PVP还具有较好的热稳定性，能够在加工过程中保持稳定的性能；在干式料中能够起到增稠和流变调节的作用，使干式料具有更好的悬浮稳定性和流动性；这有助于提高干式料的使用效果和涂抹性能。

综上所述，聚乙烯吡咯烷酮作为中间包干式料中的结合剂，具有粘附性好、化学稳定性高、低毒无害、易于加工和操作以及增稠和流变调节作用等优点。

实施例二

结合剂种类对干式料性能的影响：

选用中档镁砂颗粒和细粉为原料，按以下重量百分比计的配方配料：MgO95.31％、CaO 1.22％、SiO22.02％、Fe2O30.80％、Al2O30.65％；结合剂为热固性酚醛树脂粉、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮；按上述配料，混合均匀后捣打成型为40mm×40mm×160mm的条状试样及外部尺寸为70mm×70mm×70mm、中心带有30/25mm×35mm盲孔的坩埚试样；

将混合均匀的原料放入高温熔炼炉中，在1500℃～1800℃下熔炼处理；将熔融混合后的原料浇注入模具中，使其形成所需的形状和尺寸；将浇注成型的中间包干式料进行自然冷却处理，使其从熔融状态逐渐冷却固化；将冷却固化后的中间包干式料进行破碎研磨，使其成为具有所需粒度的干式料；

使用不同结合剂的0#、1#和3#试样经180℃烘烤及1500℃热处理后的体积密度、常温耐压强度和常温抗折强度等性能的对比见附图3；

可以看出：1)经180℃烘烤后，0#、1#和3#试样的体积密度差别很小；常温耐压强度和常温抗折强度由大到小的顺序为1#>0#>3#；2)经1500℃热处理后，常温耐压强度和常温抗折强度由大到小的顺序为1#>3#>0#；虽然酚醛树脂结合的1#试样的常温耐压强度和常温抗折强度强度比葡萄糖结合的0#试样和PVP结合的3#试样的大，但它在干式料的使用过程中会释放出甲醛、氨气等危害环境和职工健康的气体，经综合考虑，加之PVP残碳率高于葡萄糖的，还是选择PVP作为结合剂较适宜。

抗渣试验后，使用不同结合剂的0#、1#和3#坩埚的渗透面积百分率，见表3；

可以看出：1)三种坩埚的孔壁均比较整齐，无明显的侵蚀现象，坩埚的抗渣侵蚀性都比较好，渣蚀过程均以渗透为主。2)酚醛树脂结合的1#试样的抗渣渗透性最好，PVP结合的3#试样的抗渣渗透性优于葡萄糖结合的0#试样的，主要原因是各试样中结合剂的残碳量不同。

结论：

(1)PVP用作镁质中间包干式料的结合剂，其适宜加入量为4％(w)；

(2)在本试验条件下，PVP结合的镁质中间包干式料在180℃烘烤及1500℃热处理后的常温强度大于葡萄糖结合的镁质中间包干式料，而其抗渣性能则优于葡萄糖结合的镁质中间包干式料的。

需要说明的是：该一种环保型连铸中间包干式料的制备方法，其具体方法包括以下制备步骤：选用中档镁砂颗粒和细粉为原料，按以下重量百分比计的配方配料：MgO95.31％、CaO 1.22％、SiO22.02％、Fe2O30.80％、Al2O30.65％；结合剂为热固性酚醛树脂粉、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮；按上述配料，混合均匀后捣打成型为40mm×40mm×160mm的条状试样及外部尺寸为70mm×70mm×70mm、中心带有30/25mm×35mm盲孔的坩埚试样；将混合均匀的原料放入高温熔炼炉中，在1500℃～1800℃下熔炼处理；将熔融混合后的原料浇注入模具中，使其形成所需的形状和尺寸；将浇注成型的中间包干式料进行自然冷却处理，使其从熔融状态逐渐冷却固化；将冷却固化后的中间包干式料进行破碎研磨，使其成为具有所需粒度的干式料。该方法制得的连铸中间包干式料，有助于提高干式料的耐久性和稳定性；能够减少对环境的污染和对操作人员的健康危害；具有更好的悬浮稳定性和流动性；提高了干式料的使用效果和涂抹性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。