一种无碳镁质下水口砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，更具体地说，涉及一种无碳镁质下水口砖及其制备方法，用于生产帘线钢。

背景技术

钢包滑动水口技术作为控制钢包到中包过程中钢水流量的重要系统，它主要是由驱动装置、机械部分、耐材部分组成，其中耐材部分包括下水口砖，用于和下滑板砖连接，钢水进过滑板砖控流后由下水口承载导流入中间包中；出钢过程中下水口砖一直处于钢水的快速冲刷和侵蚀的情况下，此时要求下水口砖具有良好的耐冲刷性和热震稳定性。目前国内下水口砖大部分选用高铝矾土作为基本原料，使用酚醛树脂作为结合剂制成下水口砖，此类下水口砖具有较好的耐冲刷性和高温强度。

帘线钢作为轮胎子午线的骨架，需要具备强度高、韧性好的特点，国内外生产帘线钢工艺过程中首要控制钢水的化学成分和夹杂物。根据研究表明帘线钢中存在氧化铝、尖晶石等硬质非金属夹杂物时，在拉拔和捻股期间易出现断线的情况。然而常规高铝矾土制成的下水口砖使用后，钢水中Al含量达到0.003％以上(标准要求0.003％以下)，以及由于下水口砖被钢水侵蚀较快，下水口砖的使用寿命降低。

以下为经检索相关的专利文献：

专利文献1：专利公开号为CN107903045A，公开日为2018年4月13日，公开了一种下水口砖及其制备方法，本发明所述下水口砖包括下水口砖主体，其中，按重量份计，所述下水口砖主体主要由以下原料制备而成：均化矾土熟料50～70份、刚玉15～25份、尖晶石8～15份、Al

专利文献2：专利公开号为CN107473759A，公开日为2017年12月15日，公开了一种均化料增韧的铝碳下水口砖及其生产方法，所述的铝碳下水口砖包括以下重量百分比的原料：20-30％的88铝矾土均化料、38-48％的板状刚玉、8-12％的电熔白刚玉、1-2％的-298鳞片石墨、6-8％的铝硅合金粉、6-9％活性a-氧化铝粉、4-6％的广西白泥，以上原料总量为100％；外加上述原料总重量3-4％的酚醛树脂结合剂。

专利文献3：专利公开号为CN106083096A，公开日为2016年11月9日，公开了一种普碳钢包滑动下水口砖及制备方法；该下水口砖的组分按重量百分比配比如下：电熔石英颗粒60～75％、电熔石英细粉17～32％、α-Al

专利文献4：专利公开号为CN110066180A，公开日为2019年7月30日，公开了一种石墨烯高性能下水口砖及其制作工艺，它按板状刚玉3-1：20-35％、板状刚玉0-1：18-34％、板状刚玉200：22-30％、碳黑：2-5％、石墨烯：1-5％、铝粉：2-8％和锆刚玉：8-15％进行混料，再放入1000T压力机中高压成型，自然干燥24小时，再放入干燥窑内烘烤干燥24小时，自然冷却至60～80℃，再放入高温窑进行烧成，出窑后，将原胚冷却至室温，到精密机床进行加工、组装，最后包装完成。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有下水口砖无法满足帘线钢生产要求的问题，本发明提供一种无碳镁质下水口砖及其制备方法，使用镁橄榄石颗粒为原料，可以有效降低下水口砖中铝含量，从而使得钢水中Al含量达到标准0.003％以下，下水口砖的使用寿命延长15-20％。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的无碳镁质下水口砖，其组成成分及重量百分比为：镁橄榄石颗粒50％～65％、石英砂颗粒5％～15％、30％～35％的共磨粉，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂4.0％～4.8％(占镁橄榄石颗粒、石英砂颗粒和共磨粉总重量)；其中所述的共磨粉由12％～25％镁橄榄石细粉、5％～7％金属硅粉、4％碳化硅细粉、1％～4％脱脂铝粉混合均匀制得；所述镁橄榄石颗粒经过以下处理：将镁橄榄石颗粒与包覆剂溶液进行搅拌，以镁橄榄石颗粒总质量为基准，其中加入包覆剂的重量百分比为0.5～1.5％；所述包覆剂的主要成分为纳米二氧化硅，包覆剂溶液呈弱碱性(pH为7-8)，包覆温度为25～40℃，搅拌时间2～4h，得到表面包覆有二氧化硅的镁橄榄石颗粒。

根据本发明，本发明的诸位发明人已经发现，纳米二氧化硅水溶液的pH值直接会影响镁橄榄石颗粒表面包覆的形貌以及包覆的厚度，在弱碱性条件下，一方面可以活化部分的二氧化硅，另一方面在镁橄榄石颗粒的表面形成羟基层，增强纳米二氧化硅与镁橄榄石颗粒的氢键结合。

发明人通过大量的实验和分析，可能的原因是：目前使用的镁橄榄石颗粒的气孔率为16％～22％，因此，本发明对配比好的镁橄榄石颗粒进行包覆剂处理，纳米二氧化硅包裹在镁橄榄石颗粒表面，纳米二氧化硅进而填充镁橄榄石颗粒表面的气孔，提高镁橄榄石颗粒的抗压强度；此外，本发明的无碳镁质下水口砖应用于帘线钢钢水出钢过程中，在高温碱性环境下，镁橄榄石颗粒表面被纳米二氧化硅包裹，纳米二氧化硅可以与脱脂铝粉、钢水中的钙反应生成致密层从而阻止了杂质离子尤其是钢渣中的铁离子、锰离子进入镁橄榄石砖内部的可能性(尤其是贯穿孔隙)，避免形成热膨胀系数较大的固溶体物质，尽可能的降低无碳镁质下水口砖开裂的可能性；同时提高无碳镁质下水口砖的抗侵蚀冲刷能力。

于本发明的一种实施方式中，所述镁橄榄石颗粒的粒径包括5～3mm、3～1mm、1～0mm三种，其中各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的镁橄榄石10％～15％、粒径为3～1mm的镁橄榄石25％～35％、粒径为1～0mm的镁橄榄石15％～25％；所述的镁橄榄石的化学组分及含量为：MgO的含量为38％～47％，SiO

于本发明的一种实施方式中，所述的石英砂颗粒的粒径包括2～1mm、1～0mm两种，其中各粒径重量百分比为：粒径为2～1mm的石英砂3％～8％、粒径为1～0mm的石英砂3％～8％；所述的石英砂的化学组分及含量为：SiO

于本发明的一种实施方式中，所述镁橄榄石细粉的粒径为0～2μm；所述的镁橄榄石细粉中MgO的含量为37％～46％，SiO

于本发明的一种实施方式中，所述金属硅粉中：Si的含量≥99.0％，Fe

于本发明的一种实施方式中，所述碳化硅细粉中：SiC的含量≥94.5％，Fe

于本发明的一种实施方式中，所述脱脂铝粉中：Al的含量≥99％，Fe的含量≤0.2％，Si的含量≤0.2％，Cu的含量≤0.1％。

本发明的另一种目的是一种无碳镁质下水口砖的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：共磨粉制备：按重量百分比将镁橄榄石细粉、金属硅粉、碳化硅细粉、脱脂铝粉混合均匀制得共磨粉；

步骤二：颗粒料配料：按重量百分比将粒径为5～3mm的镁橄榄石颗粒、粒径为3～1mm的镁橄榄石颗粒、粒径为1～0mm的镁橄榄石颗粒、粒径为2～1mm的石英砂颗粒、粒径为1～0mm的石英砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤三：混料：将颗粒骨料用混砂机搅拌2～4分钟，然后加入酚醛树脂结合剂，湿混8～9分钟后加入共磨粉，碾压25～35分钟后得到混合泥料；

步骤四：成型：将混合泥料在630t电动螺旋压砖机上压制成型，得到胚砖；

步骤五：干燥：将胚砖置于天燃气干燥窑内干燥，进窑初始温度为35℃，在此温度下干燥2小时以上；将温度升高到100℃，在此温度下干燥8小时以上；将温度升高到220℃，干燥14小时以上；

步骤六：套壳：将钢壳扣于抹好火泥的水口上，倒放到工装内，用倒压法使其符合组装尺寸；

步骤七：烘干：随后在150℃条件下烘干6小时以上，使得火泥干燥硬化；

步骤八：包装：检验后包装即可得到成品。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的无碳镁质下水口砖较常规高铝质下水口砖有更好的耐冲刷性和耐侵蚀性，提高了使用寿命；镁橄榄石的主要成分是MgO、SiO

(2)本发明所述下水口砖使用镁质材料，能够很好的满足帘线钢的生产工艺要求，提高了钢水的纯净度。

附图说明

图1为本发明的无碳镁质下水口砖结构示意图；

图2为本发明的无碳镁质下水口砖产品实物图。

具体实施方式

下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

如图1和图2所示，本发明的无碳镁质下水口砖组成成分及重量百分比为：镁橄榄石颗粒50％～65％、石英砂颗粒5％～15％、30％～35％的共磨粉，总百分比为100％；外加酚醛树脂结合剂4.0％～4.8％(占镁橄榄石颗粒、石英砂颗粒和共磨粉总重量)；其中所述的共磨粉由12％～25％镁橄榄石细粉、5％～7％金属硅粉、4％碳化硅细粉、1％～4％脱脂铝粉混合均匀制得；所述镁橄榄石颗粒经过以下处理：将镁橄榄石颗粒与包覆剂溶液进行搅拌，以镁橄榄石颗粒总质量为基准，其中加入包覆剂的比例为0.5～1.5％；所述包覆剂的主要成分为纳米二氧化硅，包覆剂溶液呈弱碱性(pH为7-8)，包覆温度为25～40℃，搅拌时间2～4h，得到表面包覆有二氧化硅的镁橄榄石颗粒。

由于金属铝粉在生产完成后表面会有一层硬脂酸薄膜，影响金属铝粉的活性；本发明使用的脱脂铝粉(市售产品，例如昌振叶化工公司产品)是使用一定的方法去除金属铝粉表面硬脂酸膜，提高铝粉的化学活性。

进一步的，所述镁橄榄石颗粒的粒径为(5～3、3～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为5～3mm的镁橄榄石颗粒25％、粒径为3～1mm的镁橄榄石颗粒15％、粒径为1～0mm的镁橄榄石颗粒20％；所述镁橄榄石颗粒的化学组分及含量为：MgO的含量为38％～47％，SiO

进一步的，所述石英砂颗粒的粒径为(2～1、1～0)mm，各粒径重量百分比为：粒径为2～1mm的石英砂颗粒2.5％、粒径为1～0mm的石英砂颗粒2.5％；所述石英砂颗粒的化学组分及含量为：SiO

进一步的，所述镁橄榄石细粉的粒径为0～2μm；所述的镁橄榄石细粉中MgO的含量为37％～46％，SiO

进一步的，所述金属硅粉中：Si的含量≥99.0％，Fe

进一步的，所述碳化硅细粉中：SiC的含量≥94.5％，Fe

进一步的，所述脱脂铝粉中：Al的含量≥79％，Fe

实施例1

添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖的制备方法，它包括以下步骤：

步骤S101：共磨粉制备：按重量百分比将镁橄榄石细粉、金属硅粉、碳化硅细粉、脱脂铝粉混合均匀制得共磨粉；

步骤S102：颗粒料配料：按重量百分比将粒径为5～3mm的镁橄榄石颗粒、粒径为3～1mm的镁橄榄石颗粒、粒径为1～0mm的镁橄榄石颗粒、粒径为2～1mm的石英砂颗粒、粒径为1～0mm的石英砂颗粒均匀混合得到颗粒骨料；

步骤S103：混料：将颗粒骨料用混砂机搅拌2分钟，然后加入定量的酚醛树脂结合剂，湿混9分钟后加入共磨粉，碾压35分钟后得到混合泥料；

步骤S104：成型：将混合泥料在630t电动螺旋压砖机上压制成型，得到胚砖；

步骤S105：干燥：将胚砖置于天燃气干燥窑内干燥，进窑初始温度为35℃，在此温度下干燥2小时以上；将温度升高到100℃，在此温度下干燥8小时以上；将温度升高到220℃，干燥14小时以上；

步骤S106：套壳：将钢壳扣于抹好火泥的水口上，倒放到工装内，用倒压法使其符合组装尺寸；

步骤S107：烘干：随后在150℃条件下烘干6小时以上，使得火泥干燥硬化；

步骤S108：包装：检验后包装即可得到成品。

实施例2

本实施例添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖，其组成成分及重量百分比按照表1所示的配方，制备方法同实施例1。

表1本发明各实施例所采用配料的粒型及百分比

将上述实施例制备得到添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖进行性能测试。表2为上述实施例1～4所得添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖与现有的高铝矾土质下水口砖的理化性能及平均使用寿命参数。

表2理化性能及平均使用寿命参数

从表2中可以得知，本发明添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖在某钢铁帘线钢生产钢包上试用，试验结束后对添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖与现有的高铝矾土质下水口砖进行了侵蚀、扩孔、裂纹和钢水洁净度情况等分析，使用寿命提升到2～3次/块。通过与现有产品对比测量分析，本发明添加镁橄榄石的无碳镁质下水口砖的侵蚀速率比现有高铝矾土质下水口砖的侵蚀速率明显降低。主要体现在使用后水口砖的扩孔上，本产品使用2～3次下线后孔径由60mm增加至62mm对比高铝矾土质下水口砖1次下线后孔径增加至65mm有明显的提高。

同时对钢水中Al含量进行检测，使用高铝矾土质下水口砖炼钢后钢水中W