1.本发明涉及一种无碳上铸口砖及其生产方法，属于无机非金属领域。


背景技术：

2.上铸口砖也叫上水口砖，镶嵌在钢包底部座砖中的耐火材料质钢水流出口，起到引流作用使用寿命相对较高，普遍达到10次以上，如果出现由于上水口穿钢，会造成钢包底和机构的严重损毁，造成较严重的安全事故，因此上铸口砖的安全性至关重要。目前使用的材质主要是铝碳质、镁碳质、镁尖晶石碳质和刚玉质等。
3.铸口砖的工艺流程一般包括：配料-混料-困料-机压成型-烘干-烧成-装箱-入库等步骤。由于上铸口砖具有一定的高度，在机压成型过程中，由于压力传导递减和弹性后效，一方面导致上铸口砖上中下出现密度差，影响产品性能的均匀性，在热环境中造成应力分布不均，导致裂纹的产生，另一方面可能导致成型作业时出现裂纹，影响产品的合格率。
4.在炼钢连住过程中，由于钢包上铸口砖经过反复的热胀冷缩产生的热应力，钢水的机械冲刷和侵蚀以及座砖热胀冷缩引起的压应力，都会导致上铸口砖破裂和损坏，影响上铸口砖使用寿命和使用安全性。同时目前上铸口砖普遍采用的是含碳材料，含碳材料在高温使用过程中存在碳氧化，导致结构强度减低的缺点，同时含碳上铸口砖在使用过程中损耗会对钢水产生“增碳效应”，影响钢水的洁净度；另外由于使用的是含碳材料，具有一定的导电性，对个别钢厂使用的钢包电磁感应下渣检测系统的检测准确性有一定影响，造成下渣控制不准确或无法进行下渣检测。
5.刚玉质铸口砖通常采用预制成型，以铝酸钙水泥为结合剂，在高温下会生成成低熔物，高温下耐冲刷和抗侵蚀能力较差，不利于在高温下长期使用，影响上铸口砖的使用寿命。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无碳上铸口砖及其生产方法。
7.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
8.一种无碳上铸口砖，按重量百分比计，原料组成为：60％～65％的致密刚玉、5％～8％的电熔白刚玉、5％～10％的锆刚玉、8％～12％的活性尖晶石微粉、3％～8％的α-氧化铝微粉、2％～4％的锆复合硅微粉、5％～8％的水合氧化铝微粉，上述原料总重为100％，外加上述原料总量0.8％～1％的减水剂、0.1％～0.15％的防爆纤维。
9.所述致密刚玉的粒度范围为：1mm《粒度1≤3mm、0.5mm《粒度2≤1mm、0.044mm《粒度3≤0.5mm，粒度1：粒度2：粒度3的重量比为＝14～20：18～25：19～28。
10.所述电熔白刚玉的粒度≤0.044mm。
11.所述锆刚玉的粒度为0.044mm～0.5mm。
12.所述活性尖晶石微粉的粒度为：d50＝1.7μm；所述水合氧化铝微粉的粒度为：d50＝4μm～8μm。
13.所述α-氧化铝微粉为多峰α-氧化铝，粒度为：d50＝1.5μm。
14.所述锆复合硅微粉的主要成分为zro2、sio2，按重量百分比计，zro2：6％～7％，sio2≥90％。
15.所述减水剂为分散性氧化铝，型号为ads3和adw1，两者混合的重量比为1：1。
16.所述防爆纤维的熔化温度为105℃。
17.所述无碳上铸口砖的生产方法，包括以下步骤：
18.(1)按配比称取各原料，先将致密刚玉、锆刚玉加入强制搅拌机中搅拌3min～5min；再加入防爆纤维，继续搅拌3min～5min，使防爆纤维充分分散；再加入剩余的其他原料，搅拌5min～8min；所有原料混合均匀后，加入占上述混合原料重量4％～5％的水，再继续搅拌5min～10min，得泥料；
19.(2)将制得的泥料加入成型模具中，经振动成型，在室温下养护24h后脱模，得到铸口砖坯体；将坯体于340℃～360℃条件下干燥处理48h，自然冷却后得到本发明产品。
20.本发明有益效果：
21.(1)本发明采用含锆的刚玉尖晶石材质体系，与传统含碳材质体系相比打破了上铸口砖对碳的依赖，同时本发明产品具有绝缘、无碳的特点，避免了传统含碳铸口砖使用过程中对钢水的“增碳效应”，以及对钢包电磁感应下渣检测系统的影响。
22.(2)本发明对不同原料的粒度和配比进行限定，一方面提高原料的紧密堆积程度，提高产品的体积密度，降低显气孔率，另一方面提高泥料的流动性，使泥料在较小加水量的情况下达到满足振动成型的状态要求，流动性提高有利于振动成型过程泥料中气体的排出，进而提高产品的体积密度，降低产品的显气孔率。
23.(3)本发明产品采用致密刚玉为骨料，致密刚玉是一种高级耐火材料,具有熔点高、体积密度高及显气孔率低的特点，同时在高温下具有优良的耐磨性、抗渣性、体积稳定性和抗热震性能，作为骨料应用到该产品中，可以改善产品的强度和热震稳定性。
24.(4)本发明产品在刚玉尖晶石浇注料体系中引入锆刚玉，利用锆刚玉中的氧化锆成分优良的抗侵蚀性和相变增韧的特性，改善上铸口砖的热震稳定性和抗侵蚀性。
25.(5)本发明产品采用活性尖晶石微粉和多峰α-氧化铝微粉，不同型号微粉的引入提高了成型泥料流动性以及产品在高温使用过程中的烧结性，提高产品的体积密度和高温时的耐压及抗折强度，进而提高产品使用过程中的抗冲刷性和使用性能。
26.(6)本发明产品复合采用锆复合硅微粉和水合氧化铝微粉为结合剂，其中锆复合硅微粉是电熔氧化锆生产的副产品，具有流动性好的特点，同时锆复合硅微粉中含有氧化锆微粉，在高温下具有相变增韧的效果，能提高产品的热震稳定性和浇注料的流动性；另一方面锆复合硅微粉烧结温度较低，能提高产品的中温强度；水合氧化铝微粉是可水化氧化铝结合剂，避免了铝酸钙水泥结合体系高温时含钙低熔相物质的生成，保证产品的高温强度，复合使用锆复合硅微粉和水合氧化铝微粉能保证产品的中高温强度，确保产品的使用性能。
27.(7)本发明产品为含锆无水泥结合刚玉尖晶石浇注料材质，采用浇注振动成型工艺，避免机压上铸口砖时产生的层密度现象和铸口砖上中下部位密度差异问题，改善上铸口砖的材质均匀性和性能均匀性。
28.经检测，本发明产品符合yb/t4111-2019《铸口砖及座砖》行业标准中刚玉质kl-90
牌号的性能要求，且明显优于该行业标准中的性能要求。产品性能指标为：体积密度(350℃
×
48h)3.20～3.30g/
㎝3，显气孔率(350℃
×
48h)13％～15％，常温耐压强度(350℃
×
48h)80～110mpa、(1100℃
×
3h)125～150mpa、(1500℃
×
3h)165～180mpa，常温抗折强度(350℃
×
48h)15～20mpa、(1100℃
×
3h)28～33mpa、(1500℃
×
3h)42～51mpa，残余抗折强度保持率(1100℃水冷3次)65～80％。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
30.实施例1
31.一种无碳上铸口砖，按重量百分比计，原料组成为：61％的致密刚玉、8％的电熔白刚玉、7％的锆刚玉、12％的活性尖晶石微粉、3％的α-氧化铝微粉、4％的锆复合硅微粉、5％的水合氧化铝微粉，外加上述原料总量0.85％的减水剂、0.15％的防爆纤维。
32.所述致密刚玉的粒度范围为：1mm《粒度1≤3mm、0.5mm《粒度2≤1mm、0.044mm《粒度3≤0.5mm，粒度1：粒度2：粒度3的重量比为＝20：20：21。
33.所述电熔白刚玉的粒度≤0.044mm。所述锆刚玉的粒度为0.044mm～0.5mm。
34.所述活性尖晶石微粉的粒度为：d50＝1.7μm；所述α-氧化铝微粉为多峰α-氧化铝，粒度为：d50＝1.5μm，型号为ctc 50(安迈铝业(青岛)有限公司产品)；所述水合氧化铝微粉的粒度为：d50＝4μm～8μm，型号为alphabond 300(安迈铝业(青岛)有限公司产品)。
35.所述锆复合硅微粉的主要成分为zro2、sio2，按重量百分比计，zro2：6％～7％，sio2≥90％。所述减水剂为分散性氧化铝，型号为ads3和adw1(安迈铝业(青岛)有限公司产品)，两者混合的重量比为1：1。
36.所述防爆纤维的熔化温度为105℃。
37.该无碳上铸口砖的生产方法，包括以下步骤：
38.(1)按配比称取各原料，先将致密刚玉、锆刚玉加入强制搅拌机中搅拌3min～5min；再加入防爆纤维，继续搅拌3min～5min，使防爆纤维充分分散；再加入剩余的其他原料，搅拌5min～8min；所有原料混合均匀后，加入占上述混合原料重量4％～5％的水，再继续搅拌5min～10min，得泥料；
39.(2)预制成型，首先将成型模具固定到振动台上，然后将制得的泥料加入到模具的加料口中，泥料加入到模具的1/3高时开启振动台，并继续加入泥料，直到达到产品高度要求后继续振动5min～10min，并将其在室温下养护24h后脱模，得到铸口砖坯体；将坯体于340℃～360℃条件下干燥处理48h，得到本发明产品。
40.对所得产品进行物理性能指标检测：体积密度(350℃
×
48h)3.22g/cm3，显气孔率(350℃
×
48h)14.2％，常温耐压强度(350℃
×
48h)102mpa、(1100℃
×
3h)150mpa、(1500℃
×
3h)171mpa，常温抗折强度(350℃
×
48h)18mpa、(1100℃
×
3h)33mpa、(1500℃
×
3h)50mpa，残余抗折强度保持率(水冷3次)70％。
41.实施例2
42.一种无碳上铸口砖，按重量百分比计，原料组成为：65％的致密刚玉、5％的电熔白刚玉、5％的锆刚玉、10％的活性尖晶石微粉、6％的α-氧化铝微粉、4％的锆复合硅微粉、5％的水合氧化铝微粉，外加上述原料总量0.8％的减水剂、0.1％的防爆纤维。
43.所述致密刚玉的粒度范围为：1mm《粒度1≤3mm、0.5mm《粒度2≤1mm、0.044mm《粒度3≤0.5mm，粒度1：粒度2：粒度3的重量比为＝14：23：28。
44.各原料的性能参数及生产方法与实施例1相同，所得产品的性能指标为：体积密度为(350℃
×
48h)3.21g/
㎝3，显气孔率为(350℃
×
48h)13.0％，常温耐压强度(350℃
×
48h)80mpa、1100℃
×
3h)142mpa、(1500℃
×
3h)165mpa，常温抗折强度(350℃
×
48h)15mpa、(1100℃
×
3h)31mpa、(1500℃
×
3h)42mpa，残余抗折强度保持率(水冷3次)65％。
45.实施例3
46.一种无碳上铸口砖，按重量百分比计，原料组成为：63％的致密刚玉、7％的电熔白刚玉、5％的锆刚玉、9％的活性尖晶石微粉、6％的α-氧化铝微粉、2％的锆复合硅微粉、8％的水合氧化铝微粉，外加上述原料总量0.9％的减水剂、0.1％的防爆纤维。
47.所述致密刚玉的粒度范围为：1mm《粒度1≤3mm、0.5mm《粒度2≤1mm、0.044mm《粒度3≤0.5mm，粒度1：粒度2：粒度3的重量比为＝18：18：27。
48.各原料的性能参数及生产方法与实施例1相同，所得产品的性能指标为：体积密度为(350℃
×
48h)3.20g/
㎝3，显气孔率为(350℃
×
48h)15.0％，常温耐压强度(350℃
×
48h)110mpa、1100℃
×
3h)125mpa、(1500℃
×
3h)180mpa，常温抗折强度(350℃
×
48h)20mpa、(1100℃
×
3h)28mpa、(1500℃
×
3h)51mpa，残余抗折强度保持率(水冷3次)71％。
49.实施例4
50.一种无碳上铸口砖，按重量百分比计，原料组成为：60％的致密刚玉、5％的电熔白刚玉、10％的锆刚玉、8％的活性尖晶石微粉、8％的α-氧化铝微粉、3％的锆复合硅微粉、6％的水合氧化铝微粉，外加上述原料总量1％的减水剂、0.12％的防爆纤维。
51.所述致密刚玉的粒度范围为：1mm《粒度1≤3mm、0.5mm《粒度2≤1mm、0.044mm《粒度3≤0.5mm，粒度1：粒度2：粒度3的重量比为＝16：25：19。
52.各原料的性能参数及生产方法与实施例1相同，所得产品的性能指标为：体积密度为(350℃
×
48h)3.30g/
㎝3，显气孔率为(350℃
×
48h)14.8％，常温耐压强度(350℃
×
48h)99mpa、1100℃
×
3h)130mpa、(1500℃
×
3h)169mpa，常温抗折强度(350℃
×
48h)17mpa、(1100℃
×
3h)30mpa、(1500℃
×
3h)48mpa，残余抗折强度保持率(水冷3次)80％。