[发明专利]一种含纳米材料的钢包底吹氩透气砖及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，特别是一种含纳米材料的钢包底吹氩透气砖及其制备工艺。

背景技术

随着我国钢铁行业的快速发展，也带动我国耐火材料行业兴起，我国耐火材料产量和消费量已多年稳居世界第一，是耐火材料生产大国、消费大国、出口大国，占世界耐火材料总产量的50%以上。数据显示，近年来我国耐火材料产量增长率超过20%，销售收入增长率超过30%，利润总额增长率超过30%。

近10年来，中国钢铁产量一直以较快的速度保持稳定的增长。据统计，2009年全国钢产量达到了5.68亿吨，创历史新高。2010年达到6.08吨，中国2011年铁矿石进口量6.29亿吨，较之2010年的6.08亿吨增长3.5%。

当前钢包炉外精炼主要采用底吹或者顶底复吹，以此达到促进钢中夹杂物上浮和添加成分的均匀化。国内现多采用铬刚玉和刚玉尖晶石材质的透气砖进行钢包底吹。伴随着国家对绿色耐材的不断推进，铬刚玉透气砖将逐步减少；刚玉尖晶石透气砖自身存在易剥落掉块、吹成不稳定的问题，在钢包寿命不断提高，精炼比例不断增加的情况下，透气砖的寿命和吹成稳定性就成了保证钢包寿命和精炼顺利的关键因素。

目前，我国精炼钢包透气套砖生产企业较多，市场竞争也比较激烈，但整体研发实力较弱，能够生产高端透气砖的企业较少。随着钢产量的不断增加，炼钢用耐材需求也相应增加。国内对具有高寿命、吹成稳定的透气砖的市场需求量也日益增长。

炉外精炼钢包底吹氩透气砖也就是我们常说的透气砖，在钢包炉外精炼过程中主要有两大作用，一是气洗作用，也就是去除钢液中的夹杂成分；另一个作用是搅拌钢水，使得加入的合金及其他炼钢材料得以均匀化，同时通过搅拌钢水起到均匀钢水温度的作用。因此透气砖就成为了目前钢包炉外精炼必不可少的功能元件之一。

目前，国内外钢包用透气砖多为刚玉基材料浇注成型，主要有刚玉-氧化铬和刚玉-尖晶石等材料。

（1）刚玉-尖晶石材料

单相刚玉质浇注料的抗渣性和抗热震性均不理想，而尖晶石材料具有良好的抗渣侵蚀性，按照复相改性改善耐火材料性能的原理，在刚玉浇注料中加入高纯电熔尖晶石，改善刚玉浇注料的性能。原料方面以板状刚玉为颗粒料，以电熔白刚玉、尖晶石、活性α-Al₂O₃微粉等为细粉，铝酸钙水泥为结合剂。其优点是抗热震性、抗渣性明显提高；缺点是透气砖经高温处理过程中，尖晶石二次反应发生体积变化，造成透气砖体积稳定性差，生产过程中不易控制。

（2）刚玉-氧化铬材料

为了进一步提高透气砖抵抗钢渣的渗透能力，制品中加入一定量的氧化铬微粉。其主要原料以板状刚玉为颗粒料，板状刚玉细粉、氧化铬微粉为细粉，铝酸钙水泥为结合剂。在高温下氧化铬、氧化铝形成高温固溶体，同时与少量的氧化镁形成部分固溶体MgO·Cr₂O₃-MgO·Al₂O₃。这种固溶体对钢水或炉渣的侵蚀及抵抗性显著增强，且粘度非常大，从而在高温下能够有效地阻止钢渣的渗透和侵蚀。同时，少量的Cr₂O₃还能够抑制Al₂O₃过分增长，也减少了晶体内应力，提高材料的物理性能。但如果加入量太多，刚玉晶粒生长受到过大的抑制，也将产生内应力，从而降低材料的物理性能。此外，氧化铬价格比较高，加入量太多会大幅度增加成本；另一方面，六价Cr⁶⁺对环境造成严重污染。

现有铬刚玉质、刚玉尖晶石质透气砖在使用中受熔渣化学侵蚀不严重，透气砖砖的损毁主要是剥落掉块，残砖中经常可见明显裂纹。

国内传统产品主要存在的问题：

（1）传统透气砖在使用过程中，由于受到使用温度的急剧变化，容易产生剥落、掉块等问题；有些甚至在使用中发生断裂，造成吹氩不通畅，严重的可导致钢水渗漏。无论是吹气不通畅还是钢水渗漏均严重影响钢厂正常冶炼，并造成不同程度的损失，因此解决透气砖剥落、掉块、断裂等问题是非常必要的。

（2）目前国内普遍采用的刚玉-尖晶石质透气砖因材料自身特性，在高温环境下容易产生体积膨胀，一旦透气缝道设计不合理，就会发生因膨胀而导致的吹气不畅通现象，使得透气砖部分或全部失去了透气功能。

《耐火材料》2004年第38期中名为“硅在刚玉-氮化硅系统中的作用”的文献提供了一种刚玉-氮化硅质材料的制备方法，其主要原料为刚玉、氮化硅和金属硅粉为原料，采用机压成型，在氮化气氛下烧成；其特征是加入氮化硅，用机压方式成型。

发明内容