CN105732052B - 纳米硅溶胶结合炉缸自流料及其制备方法 - Google Patents

纳米硅溶胶结合炉缸自流料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种纳米硅溶胶结合炉缸自流料及其制备方法。所述纳米硅溶胶结合炉缸自流料，按质量份计，包含：刚玉65～80份；碳化硅8～20份；活性氧化铝微粉5～10份；二氧化硅微粉2～5份；球状沥青1～5份；无机纤维0.03～0.08份；溶胶固化剂0.01～0.1份；分散剂0.05～0.15份；以及纳米硅溶胶7～10份。本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料是一种先进的高炉炉缸新建或维护自流材料，通过支模泵送浇筑成型，对炉缸进行新建或维修；与传统砌砖方法相比，具有整体性强，施工方便、耗时少、投产快、使用寿命长、环境污染小等特点；与传统陶瓷杯相比，由于SiC和纳米硅溶胶结合导致基质强化而使铁水抗侵蚀性能大大提高。

Description

纳米硅溶胶结合炉缸自流料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种纳米硅溶胶结合炉缸自流料及其制备方法。
背景技术
高炉是连续进行高温作业的炼铁主要设备，其炉缸是高炉生产过程中安全长寿的关键部位，其性能优越决定高炉服役的寿命。炉缸长期受到铁水物理旋流和涡流冲刷和化学侵蚀，造成炉缸熔损和破坏；同时炉缸砌筑过程中大量砖缝存在，造成局部缺陷和损毁不均匀，甚至由于砖缝侵蚀出现炉缸的炉底或侧壁砖漂浮，炉缸的安全受到威胁，长寿高效炼铁目标难以实现。延长高炉炉缸使用寿命是冶炼工程技术人员一直关心的课题。目前国内外高炉炉缸新建或维修采用碳砖或碳砖-陶瓷杯结构。
此外，纳米硅溶胶结合炉缸自流料以Al2O3-SiC体系为主，用于新建/维修炉缸炉底到风口上沿部位，通过支模泵送浇筑成型，炉缸形成一个没有任何缝隙的整体。纳米硅溶胶结合炉缸自流料成分复杂，获得高致密度、结构均匀、性能优良、施工高效的泵送自流料，依赖于自流料结合剂纳米硅溶胶的选择及多种微粉、超微粉和外加剂的使用。这种骨料-细粉混合物在高炉冶炼过程中要充分发挥其各个组分的作用，必须要求粉料混合均匀，现场施工加结合剂纳米硅溶胶搅拌后流动性优良，能迅速自动找平，材料不偏析，硬化时间适宜，保证泵送浇筑成型后材料质地均一。
目前，传统高炉炉缸耐火材料使用过程中尚还存在如下问题：
(1)材料整体性差，存在上千条的砖缝；
(2)损坏不均匀，局部损坏严重，甚至有砖漂浮现象；
(3)材质导热系数匹配不合理，能源利用率低；
(4)施工周期长，人力损耗大，施工环境恶劣；
(5)材料耐侵蚀性能差，使用寿命短。
因此，对高炉炉缸自流料存在改进和优化的需要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种高炉炉缸新建/维修使用的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，该纳米硅溶胶结合炉缸自流料解决了传统高炉炉缸耐火材料整体性差，局部损坏严重，导热不匹配，耐侵蚀性能差等问题，同时改变材料的施工方法，大大降低高炉炉缸新建/维修过程的施工周期及人力消耗，支模泵送浇筑施工使环境得到改善，提高高炉炉缸安全性能及使用寿命。
本发明的另一目的是提供上述纳米硅溶胶结合炉缸自流料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，按质量份计，包含：
在本发明优选的实施方案中，本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，按质量份计，包含：
在本发明中，所述刚玉为选自棕刚玉和致密刚玉中的至少一种，其中Al2O3含量≥95％，粒度在0.045～8mm之间；
所述碳化硅，SiC含量≥95％，粒度在0.045～3mm之间；
所述活性氧化铝微粉，Al2O3含量≥99％，粒度≤4μm；
所述二氧化硅微粉，SiO2含量≥94％，平均粒度≤2μm；
所述球状沥青，粒度在0.3～0.8mm之间；
所述无机纤维为玄武岩纤维，密度为2.6～2.8g/cm3；
所述溶胶固化剂为硫酸铝与链烷醇胺和亚烷基二胺中的至少一种的复合物，在所述复合物中硫酸铝占50％～70wt％；
所述链烷醇胺可以为二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)或单乙醇二异丙醇胺(EDIPA)，所述亚烷基二胺可以为N,N'-二烷基亚烷基二胺；
所述分散剂为工业级六偏磷酸钠或聚乙二醇型缩聚物粉末，聚乙二醇型缩聚物例如可以为德国巴斯夫的FS20或FS10；
所述纳米硅溶胶为pH值在2～4之间的酸性二氧化硅溶胶，固含量≥40％，平均粒径为30nm。
根据本发明的另一方面，提供本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料的制备方法，包括：将刚玉、碳化硅、活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉、球状沥青、无机纤维、溶胶固化剂、分散剂按照各自质量份在室温条件下分别加入到搅拌机中，强制搅拌5～8min确保混合均匀，得到均匀混合的物料；在施工时，向该均匀混合的物料中加入纳米硅溶胶，均匀混合后，得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，该纳米硅溶胶结合炉缸自流料能泵送自流找平。
本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料在实际应用中具有如下效果：
本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料是一种先进的高炉炉缸新建或维护自流材料，通过支模泵送浇筑成型，对炉缸进行新建或维修；与传统砌砖方法相比，具有整体性强，施工方便、耗时少、投产快、使用寿命长、环境污染小等特点。具体表现在：
1、炉缸整体密封，没有砖缝
在高炉炉缸新建/维修过程中，传统方法是多层砖砌筑，存在大量砖缝，造成炉缸侵蚀不均匀，生产过程安全隐患不可控。本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料采用纳米硅溶胶结合，可对炉缸底部到风口上沿区域内衬整体或局部支模浇筑成型，粉料与纳米硅溶胶混合搅拌均匀后，通过泵送方法对材料进行施工，材料在模具中自找平。从而使高炉炉缸内衬形成一个密封的整体，克服传统方法砖缝存在，如图1为本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料的炉缸整体浇筑图片(图中痕迹为模具之间交接所留)。
2、施工便捷，工期短
本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，在施工过程中采用支模和泵送浇注料的方法，施工量>20吨/小时，相比传统人工砌砖方法，新建或大修一座高炉炉缸需要30-40天，本发明新建或大修一座高炉炉缸需要时间7-10天，提高效率2倍以上。
3、抗铁水侵蚀性能强
本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料与传统陶瓷杯相比，由于SiC和纳米硅溶胶结合导致基质强化而使铁水抗侵蚀性能大大提高，在1450℃同等条件下对试样进行抗铁水侵蚀实验，如表1所示，铁水侵蚀率降低约40％。
表1 铁水侵蚀率比较
附图说明
图1是说明本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料的炉缸整体浇筑图片。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，下面各实施例仅用于举例说明本发明，而本发明的范围不局限于这些实施例。
在下面的实施例中，所述刚玉为棕刚玉，Al2O3含量≥95％，粒度在0.045～8mm之间；
所述碳化硅，SiC含量≥95％，粒度在0.045～3mm之间；
所述活性氧化铝微粉，Al2O3含量≥99％，粒度≤4μm；
所述二氧化硅微粉，SiO2含量≥94％，平均粒度≤2μm；
所述球状沥青，粒度在0.3～0.8mm之间；
所述无机纤维为玄武岩纤维，密度为2.6～2.8g/cm3；
所述溶胶固化剂为硫酸铝与DEIPA进行2:1(重量比)复合；
所述分散剂为工业级六偏磷酸钠；
所述纳米硅溶胶为pH值在2～4之间的酸性二氧化硅溶胶，固含量≥40％，平均粒径为30nm。
实施例1
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入80.0份的棕刚玉，10.0份的碳化硅，5.0份的活性氧化铝微粉，3.0份的二氧化硅微粉，2.0份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.0份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例2
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入75.0份的棕刚玉，15.0份的碳化硅，5.0份的活性氧化铝微粉，3.0份的二氧化硅微粉，2.0份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.4份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例3
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入72.0份的棕刚玉，15.0份的碳化硅，8.0份的活性氧化铝微粉，3.0份的二氧化硅微粉，2.0份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.5份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例4
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入72.0份的棕刚玉，16.0份的碳化硅，8.0份的活性氧化铝微粉，2.0份的二氧化硅微粉，2.0份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.5份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例5
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入72.0份的棕刚玉，16.0份的碳化硅，8.0份的活性氧化铝微粉，2.5份的二氧化硅微粉，1.5份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.5份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例6
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入70.0份的棕刚玉，16.0份的碳化硅，8.0份的活性氧化铝微粉，2.5份的二氧化硅微粉，3.5份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.5份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例7
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入66.0份的棕刚玉，20.0份的碳化硅，8.0份的活性氧化铝微粉，2.5份的二氧化硅微粉，3.5份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入7.6份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
实施例8
所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料制备流程为：
在高效强制混合设备中，设定搅拌时间为5～8min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入66.0份的棕刚玉，18.0份的碳化硅，10份的活性氧化铝微粉，2.5份的二氧化硅微粉，3.5份的球状沥青，0.05份的无机纤维，0.02份的溶胶固化剂，0.05份的分散剂，均匀混合，然后加入8.0份的纳米硅溶胶，均匀混合后得到本发明的纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
试验实施例
按GB/T 24201-2009检测方法，测量实施例1-8中制备的纳米硅溶胶结合炉缸自流料和现有技术的陶瓷杯的铁水侵蚀率，结果示于下面表2中。
表2

Claims (3)

1.一种纳米硅溶胶结合炉缸自流料，按质量份计，组成为：
其中，所述刚玉为选自棕刚玉和致密刚玉中的至少一种，其中Al2O3含量≥95％，粒度在0.045～8mm之间，
所述碳化硅SiC含量≥95％，粒度在0.045～3mm之间；所述活性氧化铝微粉Al2O3含量≥99％，粒度≤4μm；所述二氧化硅微粉SiO2含量≥94％，平均粒度≤2μm，
所述球状沥青的粒度在0.3～0.8mm之间，
所述无机纤维为玄武岩纤维，密度为2.6～2.8g/cm3，
所述分散剂为工业级六偏磷酸钠或聚乙二醇型缩聚物粉末，
所述溶胶固化剂为硫酸铝与选自链烷醇胺和亚烷基二胺中的至少一种的复合物，在所述复合物中硫酸铝占50wt％～70wt％，
所述链烷醇胺为DEIPA或EDIPA，所述亚烷基二胺为N,N'-二烷基亚烷基二胺，
所述纳米硅溶胶为pH值在2～4之间的酸性二氧化硅溶胶，固含量≥40％，平均粒径为30nm。
2.根据权利要求1所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料，按质量份计，组成为：
3.一种权利要求1或2所述的纳米硅溶胶结合炉缸自流料的制备方法，包括：将刚玉、碳化硅、活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉、球状沥青、无机纤维、溶胶固化剂、分散剂按照各自质量份在室温条件下分别加入到搅拌机中，强制搅拌5～8min确保混合均匀，得到均匀混合的物料；在施工时，向该均匀混合的物料中加入纳米硅溶胶，均匀混合后，得到纳米硅溶胶结合炉缸自流料。
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Title
硅溶胶结合Al2O3－SiC－C铁沟浇注料的力学性能研究;魏军从等;《耐火材料》;20130630;第47卷(第3期);第180-183页 *

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