本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种钢包上水口浇注料、预制件及其制备方法。
背景技术：
钢包在连铸平台浇钢过程中需要通过机构控制钢水流出与停止，而上水口是衔接钢包内衬与机构的重要部件，由于在使用过程中上水口不断受到钢水冲刷与侵蚀，其内径会逐渐增大，导致与上滑板间隙扩大，二者配合精准度逐渐下降。故上水口达到一定寿命时需要视情况拆除更换，否则可能会出现上水口与上滑板间漏钢，后果较为严重。
在钢包周转时，更换上水口是一项费时费力的工作，不仅工人劳作强度大，也会出现因更换水口耗时太长而影响生产节奏的问题。为此，尽可能延长上水口使用寿命，降低一个包役内上水口更换次数能在保证安全的前提下最大限度减少对钢厂生产的影响。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供一种钢包上水口浇注料、预制件及其制备方法，钢包上水口浇注料耐冲刷、抗侵蚀、寿命长，降低一个包役内上水口更换次数，能在保证安全的前提下最大限度减少对钢厂生产的影响。
为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
板状刚玉10-60份、废陶瓷颗粒5-50份、废透气砖颗粒5-50份、电熔镁铝尖晶石10-60份、白刚玉0.5-20份、α氧化铝微粉0.5-20份、纯铝酸钙水泥1-10份、氧化铬0.5-10份、有机纤维0.01-0.3份、减水剂0.05-2份、金属铝粉0.005-0.2份。
该钢包上水口浇注料，采用板状刚玉、废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒作为骨料，外形均不规则的板状刚玉、废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒混合后，颗粒间互相咬合，使组合物的抗折、耐压强度远远高于其中任何一种单一颗粒组合，并通过原料中其他各组分的调配，通过各组分之间的相互作用，使获得的钢包上水口浇注料抗折、耐压强度高，寿命长，降低一个包役内上水口更换次数，能在保证安全的前提下最大限度减少对钢厂生产的影响。
其中，废陶瓷颗粒为回收的工业用坩埚、热障涂层等耐高温用途陶瓷，经过破碎、除杂、筛分后得到。废透气砖颗粒为回收的本领域下线钢包的残余透气砖材料，经过破碎、除杂、筛分后得到，透气砖芯为钢包中所处工作环境最为恶劣的功能性材料，是高温钢水与室温气体接触的桥梁，透气砖芯整体抗热震性、抗侵蚀性要求高，材料中加入适当比例透气砖芯可在一定程度上增强抗侵蚀性能，降低钢水侵蚀程度，延长使用寿命。本发明采用废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒为原料，充分利用了废弃的资源，对循环经济发展、降低耐火材料生产成本具有重要的意义。
优选地，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
板状刚玉20-40份、废陶瓷颗粒10-25份、废透气砖颗粒10-25份、电熔镁铝尖晶石20-40份、白刚玉1-10份、α氧化铝微粉1-10份、纯铝酸钙水泥5-7份、氧化铬1-5份、有机纤维0.05-0.15份、减水剂0.1-1份、金属铝粉0.01-0.1份。
优选地，按照质量份数计算，所述板状刚玉包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉5-15份、粒径为1-3mm的板状刚玉15-25份；
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
两种粒径的板状刚玉颗粒搭配构成1-5mm的连续级配。根据单位体积的材料填充规律，大颗粒紧密排列之间的空隙由小颗粒填充，小颗粒紧密排列之间的空隙由细粉填充。合理的连续级配有益于降低材料气孔率，使材料更充实，综合力学性能更强。
优选地，按照质量份数计算，所述废陶瓷颗粒包括以下组分：
粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒5-10份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒10-15份；
所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%。
优选地，按照质量份数计算，所述废透气砖颗粒包括以下组分：
粒径为1-3mm的废透气砖颗粒5-10份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒10-15份；
所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%。
优选地，按照质量份数计算，所述电熔镁铝尖晶石包括以下组分：
粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石15-25份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石5-15份；
所述白刚玉的粒径为0.074-0.083mm；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%；
所述α氧化铝微粉的粒径为1.5-2.1μm；所述α氧化铝微粉中al2o3的含量大于99wt%；
所述纯铝酸钙水泥中al2o3的含量大于70wt%；
所述氧化铬的粒径为0.074-0.083mm；
所述金属铝粉的粒径为0.074-0.083mm。
上述的电熔镁铝尖晶石细粉、白刚玉细粉与骨料配合可降低组合材料的气孔率，提高其力学强度。
优选地，所述有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维，超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。
所述减水剂为kf21（厂家为莱科特（重庆）化工产品有限公司）与ws31（厂家为莱科特（重庆）化工产品有限公司）按照2:3的质量比的混合物。经大量实验尝试发现，采用型号为kf21的减水剂与型号为ws31的减水剂按照上述比例混合，可使该减水剂对于本发明的钢包上水口浇注料体系更高效，可最大量的减少拌合用水量。
本发明的另一方面提供一种钢包上水口预制件，采用上述的钢包上水口浇注料制备得到。
本发明的再一方面提供一种制备上述的钢包上水口预制件的方法，包括以下步骤：
将所述钢包上水口浇注料的制备原料与水混合，得到混合料；
将所述混合料进行成型，得到成型料；
将所述成型料进行养护、烘烤，得到所述钢包上水口预制件。
优选地，所述养护的温度为60-80℃，养护的时间为5-8h；
所述烘烤的温度为250℃，烘烤的时间为24h。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明的钢包上水口浇注料，采用板状刚玉、废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒作为骨料，外形均不规则的板状刚玉、废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒混合后，颗粒间互相咬合，使组合物的抗折、耐压强度远远高于其中任何一种单一颗粒组合，并通过原料中其他各组分的调配，通过各组分之间的相互作用，使获得的钢包上水口浇注料抗折、耐压强度高，寿命长，降低一个包役内上水口更换次数，能在保证安全的前提下最大限度减少对钢厂生产的影响。其中，废陶瓷颗粒为回收的工业用坩埚、热障涂层等耐高温用途陶瓷，经过破碎、除杂、筛分后得到。废透气砖颗粒为回收的本领域下线钢包的残余透气砖材料，经过破碎、除杂、筛分后得到，透气砖芯为钢包中所处工作环境最为恶劣的功能性材料，是高温钢水与室温气体接触的桥梁，透气砖芯整体抗热震性、抗侵蚀性要求高，材料中加入适当比例透气砖芯可在一定程度上增强抗侵蚀性能，降低钢水侵蚀程度，延长使用寿命。本发明采用废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒为原料，充分利用了废弃的资源，对循环经济发展、降低耐火材料生产成本具有重要的意义。
2.本发明的钢包上水口浇注料，通过对板状刚玉、废陶瓷颗粒、废透气砖颗粒等的粒级搭配进行了合理的调控，根据单位体积的材料填充规律，大颗粒紧密排列之间的空隙由小颗粒填充，小颗粒紧密排列之间的空隙由细粉填充，合理的连续级配有益于降低材料气孔率，使材料更充实，综合力学性能更强。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉10份、粒径为1-3mm的板状刚玉20份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒5份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒5份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒10份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉8.55份、纯铝酸钙水泥6份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬1份、超高分子量聚乙烯纤维0.12份、减水剂kf210.12份、减水剂ws310.18份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量份数，将上述钢包上水口浇注料的制备原料混合后干混5分钟，再外加5wt%的水混合3分钟，得到混合料；将所述混合料放入模具中振动成型（振动机参数：振幅0.5mm，振频60hz，功率3.2kw，时间30s），排出浇注料内气泡直至浇注料充分振实，再点振4~6下，静置，得到成型料；将成型料置于80℃环境下带模养护5小时，得到上水口的半成品；将所述半成品在烘烤窑中快速升温至250℃，保温25小时，得到所述钢包上水口预制件。
实施例2
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉15份、粒径为1-3mm的板状刚玉15份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒5份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒5份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒10份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉7.55份、纯铝酸钙水泥7份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬2份、超高分子量聚乙烯纤维0.12份、减水剂kf210.12份、减水剂ws310.18份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量份数，将上述钢包上水口浇注料的制备原料混合后干混5分钟，再外加5wt%的水混合3分钟，得到混合料；将所述混合料放入模具中振动成型（振动机参数：振幅0.5mm，振频60hz，功率3.2kw，时间30s），排出浇注料内气泡直至浇注料充分振实，再点振4~6下，静置，得到成型料；将成型料置于80℃环境下带模养护5小时，得到上水口的半成品；将所述半成品在烘烤窑中快速升温至250℃，保温24小时，得到所述钢包上水口预制件。
实施例3
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉10份、粒径为1-3mm的板状刚玉15份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒5份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒10份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉8.45份、纯铝酸钙水泥6份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬3份、超高分子量聚乙烯纤维0.12份、减水剂kf210.16份、减水剂ws310.24份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量份数，将上述钢包上水口浇注料的制备原料混合后干混5分钟，再外加5wt%的水混合3分钟，得到混合料；将所述混合料放入模具中振动成型（振动机参数：振幅0.5mm，振频60hz，功率3.2kw，时间30s），排出浇注料内气泡直至浇注料充分振实，再点振4~6下，静置，得到成型料；将成型料置于80℃环境下带模养护5小时，得到上水口的半成品；将所述半成品在烘烤窑中快速升温至250℃，保温24小时，得到所述钢包上水口预制件。
实施例4
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉5份、粒径为1-3mm的板状刚玉15份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒15份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒5份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒5份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石15份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石15份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉10份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉1份、纯铝酸钙水泥5份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬4份、超高分子量聚乙烯纤维0.05份、减水剂kf210.4份、减水剂ws310.6份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.01份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉15份、粒径为1-3mm的板状刚玉25份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒5份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒5份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒10份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒15份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石25份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石15份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉1份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉10份、纯铝酸钙水泥6份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬5份、超高分子量聚乙烯纤维0.15份、减水剂kf210.04份、减水剂ws310.06份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.1份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉5份、粒径为1-3mm的板状刚玉5份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒25份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒25份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒2份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒3份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石5份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石5份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉20份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉0.5份、纯铝酸钙水泥10份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬0.5份、超高分子量聚乙烯纤维0.3份、减水剂kf210.02份、减水剂ws310.03份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.2份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法与实施例1相同。
实施例7
本实施例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉30份、粒径为1-3mm的板状刚玉30份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒2份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒3份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒25份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒25份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石30份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石30份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉0.5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉20份、纯铝酸钙水泥1份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬10份、超高分子量聚乙烯纤维0.01份、减水剂kf210.8份、减水剂ws311.2份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.005份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法与实施例1相同。
实施例8
本实施例所述的钢包上水口浇注料，其余制备原料与实施例1均相同，区别为加入减水剂kf210.15份、减水剂ws310.15份。
对比例1
本对比例的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉10份、粒径为1-3mm的板状刚玉20份、粒径为1-3mm的废透气砖颗粒10份、粒径为0-1mm的废透气砖颗粒20份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉8.55份、纯铝酸钙水泥6份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬1份、超高分子量聚乙烯纤维0.12份、减水剂kf210.12份、减水剂ws310.18份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废透气砖颗粒中al2o3的含量大于92wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量份数，将上述钢包上水口浇注料的制备原料混合后干混5分钟，再外加5wt%的水混合3分钟，得到混合料；将所述混合料放入模具中振动成型（振动机参数：振幅0.5mm，振频60hz，功率3.2kw，时间30s），排出浇注料内气泡直至浇注料充分振实，再点振4~6下，静置，得到成型料；将成型料置于80℃环境下带模养护5小时，得到上水口的半成品；将所述半成品在烘烤窑中快速升温至250℃，保温24小时，得到所述钢包上水口预制件。
对比例2
本对比例所述的钢包上水口浇注料，按照质量份数计算，其制备原料包括以下组分：
粒径为3-5mm的板状刚玉10份、粒径为1-3mm的板状刚玉20份、粒径为1-3mm的废陶瓷颗粒10份、粒径为0-1mm的废陶瓷颗粒20份、粒径为0.083-1mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.044-0.074mm的电熔镁铝尖晶石10份、粒径为0.074-0.083mm的白刚玉5份、粒径为1.5-2.1μm的α氧化铝微粉8.55份、纯铝酸钙水泥6份、粒径为0.074-0.083mm的氧化铬1份、高分子量聚乙烯纤维0.12份、减水剂kf210.12份、减水剂ws310.18份、粒径为0.074-0.083mm的金属铝粉0.03份。
所述板状刚玉中al2o3的含量大于99wt%；所述废陶瓷颗粒中al2o3的含量大于94wt%；所述白刚玉中al2o3的含量大于99wt%。
本实施例的钢包上水口预制件的制备方法，包括以下步骤：
按照选定质量份数，将上述钢包上水口浇注料的制备原料混合后干混5分钟，再外加5wt%的水混合3分钟，得到混合料；将所述混合料放入模具中振动成型（振动机参数：振幅0.5mm，振频60hz，功率3.2kw，时间30s），排出浇注料内气泡直至浇注料充分振实，再点振4~6下，静置，得到成型料；将成型料置于80℃环境下带模养护5小时，得到上水口的半成品；将所述半成品在烘烤窑中快速升温至250℃，保温24小时，得到所述钢包上水口预制件。
钢包上水口预制件性能测试
对上述各实施例及对比例的钢包上水口预制件的抗折强度、耐压强度、寿命等进行测试，得出结果如下表1。其中，对比例1的钢包上水口浇注料相比于实施例1，区别为不含有废陶瓷颗粒，其浇注料的流动性能、抗折强度、耐压强度、成品率和使用寿命均有不同程度的下降，其中浇注料的抗折强度、耐压强度、成品率和寿命下降尤为明显；对比例2的钢包上水口浇注料相比于实施例1，区别为不含有废透气砖颗粒，其浇注料的流动性能、抗折强度、耐压强度、成品率和使用寿命均有不同程度的下降，其中浇注料的流动性能和寿命下降尤为明显；而实施例1-8的钢包上水口浇注料具有较好的抗折强度、耐压强度、成品率和寿命；其中实施例1-5为更优选的实施例，其抗折强度、耐压强度、成品率和寿命相比于实施例6、7更优，实施例1相比于实施例8，两种减水剂的比例更优，减水剂更高效。
表1
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。