CN106699208A - 铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。其技术方案是：先将2~4份质量的高纯电熔莫来石粉体、5~10份质量的电熔致密刚玉细粉、2~5份质量的α‑Al₂O₃微粉、5~8份质量的ρ‑Al₂O₃微粉、3~7份质量的硅微粉、1~4份质量的碳化硅粉、1.5~3份质量的纯铝酸钙水泥和添加剂分撒到平底容器内，混匀；再将35~48份质量的天然电熔莫来石、20~30份质量的红柱石和3~6份质量的高纯电熔莫来石颗粒分撒到平底容器内，混匀；再倒入搅拌机中搅拌均匀，即得铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料。本发明成本低廉和原材料来源广，所制制品热震稳定性好，能延长铁水脱硫喷枪的使用寿命、提高使用温度和降低使用成本。

Description

铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁水喷吹预处理喷枪用耐火浇注料技术领域。具体涉及一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。

背景技术

铁水预处理喷枪是向装载高温铁水的容器深处输送与喷射预处理剂的工具，是主要由金属枪芯与耐火材料枪衬组成的复合体结构。其中，金属枪芯的主要作用是保证喷枪的强度、刚度、喷吹通道的畅通与喷吹流场的稳定；耐火材料枪衬的主要作用是耐火、隔热、抗侵蚀与抗铁水冲刷等，防止金属枪芯高温变形、熔损、氧化和烧蚀。在喷枪的间歇式使用过程中，与铁水直接接触的耐火材料枪衬承受着铁水和渣的高温冲刷、机械磨损、化学侵蚀和频繁急冷急热交替，因此，耐火材料枪衬要求有良好的高温力学强度、耐化学侵蚀性和热震稳定性。

目前国内外铁水预处理喷枪耐火材料枪衬主要采用钢纤维增强莫来石刚玉质浇注料制备，如：“溶铣予傭處理用ィンヅユクシヨンランス”（昭61-99614）公开了一种以富铝电熔莫来石、刚玉为主要原材料的喷枪用耐火浇注料，通过添加碳化硅、碳素材料、镁砂粉和镁铝尖晶石，提高浇注料的抗侵蚀性能；通过选用预熔柱状陶瓷骨料，提高浇注层的抗冲蚀性能；通过加入钢纤维，提高浇注料力学性能与热震稳定性能，但未报道其实际应用效果。一种预处理喷枪（全荣，王守权．铁水预处理喷枪的改进[J]．国外耐火材料, 2004,6:24-28），报道了日新钢铁公司吴厂在常规钢纤维增强莫来石刚玉质浇注料的基础上，通过耐火浇注料粒度优化、增加粗粒加入量、加大浇注成型振动强度等手段，提高耐火材料枪衬密实度和结合强度，并在实际生产中，使喷枪平均使用寿命由8次/支（浸泡时间280 min/支）提高到14.3次/支（浸泡时间500min/支）。“铁水预处理喷枪用耐火浇注料”（ZL201010167938.4）公开了一种铁水预处理喷枪用耐火浇注料，由浇注料基料和添加剂组成。其中浇注料基料由30~40%的烧结锆莫来石、10~20%的焦宝石、20~30%的红柱石、5~10%的致密刚玉细粉、2~5%的α-Al₂O₃微粉、5~8%的ρ-Al₂O₃微粉、3~7%的硅微粉、1~4%的碳化硅粉、1.5~3%的纯铝酸钙水泥组成；所述的添加剂以所述的浇注料基料的总重量M为计量基准，按重量由1~5%M的耐热钢纤维、0~0.1%M的聚丙烯纤维、0~0.5%M的乳酸铝、0~0.5%M的金属铝粉、0~0.15%M的三聚磷酸钠和0~0.5%M的三聚氰胺组成；并在实际生产中取得了延长喷枪使用寿命的一定效果。

随着钢铁产品质量要求的不断提高，铁水输送技术的不断进步，对铁水预处理纯净度的要求不断提高，铁水预处理温度也不断提高，铁水最高预处理温度已超过1500℃，导致铁水单次喷吹预处理时间大幅度延长，喷枪使用条件急剧恶化。此外，由于高温下浇注料中钢纤维易氧化膨胀，削弱了钢纤维与浇注料基体的界面结合，助长了浇注料裂纹的形成与发展。同时，钢纤维的高温熔融，削弱了钢纤维的拉拔增强增韧效应，从而加剧了喷枪耐火材料枪衬的裂纹剥落与冲刷磨损，尤其是在铁水温度大于1350℃时，钢纤维氧化、熔蚀剧烈，增强增韧作用显著降低，导致喷枪使用寿命急剧下降。

由此可见，目前喷枪常用的枪衬耐火浇注料技术因添加钢纤维而降低了喷枪对铁水高温的适应能力，减少了喷枪的使用寿命，制约了喷枪的实际应用效果，增加了脱硫成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉和原材料来源广泛的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料制备方法。用该方法制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料热震稳定性好，能延长铁水脱硫喷枪的使用寿命、提高铁水脱硫喷枪的使用温度和降低铁水脱硫喷枪的使用成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以35~48份质量的天然电熔莫来石、20~30份质量的红柱石、3~6份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2~4份质量的高纯电熔莫来石粉体、5~10份质量的电熔致密刚玉细粉、2~5份质量的α-Al₂O₃微粉、5~8份质量的ρ-Al₂O₃微粉、3~7份质量的硅微粉、1~4份质量的碳化硅粉、1.5~3份质量的纯铝酸钙水泥为原料；以0.4~1.7份质量的碳纤维、0.5~3份质量的硅粉、0.05~0.15份质量的聚丙烯纤维，0.04~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.01~0.08份质量的消泡剂和0.1~0.45份质量的减水剂为添加剂。

所述碳纤维为短切碳纤维或为短切碳纤维和碳纤维粉的混合物。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法是：

第一步、按照所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，先将高纯电熔莫来石粉体、电熔致密刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、ρ-Al₂O₃微粉、硅微粉、碳化硅粉、纯铝酸钙水泥、碳纤维、硅粉、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素、消泡剂和减水剂分撒到平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙20~30分钟。

第二步、按照所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，将天然电熔莫来石、红柱石和高纯电熔莫来石颗粒分撒到所述平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙均匀，倒入搅拌机中，搅拌均匀，即得铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料。

所述天然电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为66~75wt%，SiO₂为20~28wt%，TiO₂为2.5~3.0wt%。所述天然电熔莫来石的颗粒级配是：粒径为3~5mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于5mm且小于等于10mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于10mm且小于等于20mm占天然电熔莫来石30~40wt%。

所述红柱石的主要化学成分为：Al₂O₃≥58wt%，SiO₂为20~28wt%。所述红柱石的颗粒级配是：粒径为0.15~1mm占红柱石60~70wt%，粒径大于1mm且小于等于3mm占红柱石30~40wt%。

所述高纯电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为72~79wt%，SiO₂为19~27wt%。所述高纯电熔莫来石颗粒的粒径为0.15~1mm，所述高纯电熔莫来石粉体粒径≤0.044mm。

所述电熔致密刚玉细粉的Al₂O₃含量≥98.6wt%；电熔致密刚玉细粉的粒径≤0.044mm。

所述短切碳纤维的直径为5~9μm，长度为1~3mm；短切碳纤维的碳含量≥95wt%。

所述碳纤维粉的直径为5~9μm，长度≤0.282mm；碳纤维粉的碳含量≥95wt%。

所述碳化硅粉的SiC含量≥97wt%；碳化硅粉的粒径≤0.044mm。

所述硅粉的Si含量≥98wt%；硅粉的粒径≤0.088mm。

所述硅微粉的SiO₂含量≥94wt%；硅微粉的粒径≤3μm。

所述聚丙烯纤维的长度为3~5mm，直径为110~120μm；聚丙烯纤维的熔点为115±5℃。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物。

本发明的使用方法是：将所制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料倒入搅拌机中加入5~6份质量的水，搅拌3~6min，再倒入喷枪耐火材料枪衬浇注模具内，振动成型，即得铁水脱硫喷枪。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用的各种原材料均是耐火材料的常用原料，来源十分广泛且价格较低，故生产成本低，且本发明发制备方法所涉及的工艺也较为简单。

（2）本发明采用的碳纤维是一种含碳量在95wt%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，其密度比铝低，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量、无蠕变、非氧化环境下耐超高温和耐疲劳的特性。通过混合加入长度为1~3mm的短切碳纤维与≤0.282mm的碳纤维粉，避免了碳纤维分散过程中因纤维过长引起的缠绕结团，保证了短切碳纤维与碳纤维粉的均匀分散，实现了不同长径比碳纤维的复合增强增韧效应。

（3）本发明通过天然电熔莫来石与高纯电熔莫来石的复合应用，利用两种热膨胀系数低的莫来石性能差异与复合效应，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料热震稳定性；高纯电熔莫来石优良的高温性能扩展了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的烧结温度范围，以适应高温铁水条件下喷吹脱硫的喷枪使用性能要求。采用胶凝性能优良的ρ-Al₂O₃微粉为主结合剂以及硅微粉、α-Al₂O₃微粉和纯铝酸钙水泥为辅助结合剂，从而降低浇注料中CaO含量，提高铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的抗侵蚀性能与高温强度。通过红柱石的高温膨胀产生微裂纹增韧，进一步提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的热震稳定性，调节了高温烧后线变化率。通过添加剂中聚丙烯纤维的使用，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料烘烤过程的防爆裂性能与喷枪耐火材料枪衬的整体性。

（4）本发明通过硅粉的添加，防止碳纤维的高温氧化烧蚀，在硅粉添加量范围内、空气气氛和1450℃×3h条件下热处理后的试样在扫描电镜下可清晰辨别出残留的碳纤维，从而保证了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的长效增强增韧作用。

（5）本发明通过三聚磷酸钠和FS20的复合使用，减少了加水量，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的流动性能、施工性能与浇注密实性能。通过羧甲基纤维素的选用，改善短切碳纤维的浸润性与分散性，克服碳纤维水浸润困难的不足，强化碳纤维与浇注料基体间的结合紧密性及其增强增韧效应。通过消泡剂的选用，避免了加水搅拌过程中气泡的形成，降低了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的加水量，改善了流动性，提高了密实度与力学强度。

（6）本发明通过各种原材料的合理选择及其重量配比和制备工艺的优化，实现了浇注料热震稳定性能的显著提升，达到提高铁水脱硫喷枪使用温度和延长使用寿命的目的。在制备过程中保证了各种原料和添加剂的均匀混合，尤其是碳纤维的均匀混合，防止碳纤维混合过程中的缠团打结。

（7）本发明在提高热震稳定性、抗侵蚀性和力学强度的基础上，进一步延长了铁水脱硫喷枪的使用寿命；通过碳纤维代替钢纤维，进一步提高了铁水脱硫喷枪使用温度，从而降低了铁水脱硫喷枪更换与工人修补的频率，降低了铁水脱硫喷枪的使用成本。

本发明制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料与常规钢纤维浇注料相比，制备的制品在110℃×24h和1450℃×3h热处理后的抗折强度提高10~15%，热震水冷次数提高50%，最高使用温度提高100℃。

因此，本发明成本低廉和原材料来源广泛，所制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料热震稳定性好，能延长铁水脱硫喷枪的使用寿命、提高铁水脱硫喷枪的使用温度和降低铁水脱硫喷枪的使用成本。

附图说明

图1为本发明制备的一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料经110℃×24h烘烤后的扫描电镜照片；

图2为图1所示铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料经1450℃×3h热处理后的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方案对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为了避免重复，先将本具体实施方式中所涉及到原料和添加剂统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述天然电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为66~75wt%，SiO₂为20~28wt%，TiO₂为2.5~3.0wt%。所述天然电熔莫来石的颗粒级配是：粒径为3~5mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于5mm且小于等于10mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于10mm且小于等于20mm占天然电熔莫来石30~40wt%。

所述红柱石的主要化学成分为：Al₂O₃≥58wt%，SiO₂为20~28wt%。所述红柱石的颗粒级配是：粒径为0.15~1mm占红柱石60~70wt%，粒径大于1mm且小于等于3mm占红柱石30~40wt%。

所述高纯电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为72~79wt%，SiO₂为19~27wt%。所述高纯电熔莫来石颗粒的粒径为0.15~1mm，所述高纯电熔莫来石粉体粒径≤0.044mm。

所述电熔致密刚玉细粉的Al₂O₃含量≥98.6wt%；电熔致密刚玉细粉的粒径≤0.044mm。

所述短切碳纤维的直径为5~9μm，长度为1~3mm；短切碳纤维的碳含量≥95wt%。

所述碳纤维粉的直径为5~9μm，长度≤0.282mm；碳纤维粉的碳含量≥95wt%。

所述碳化硅粉的SiC含量≥97wt%；碳化硅粉的粒径≤0.044mm。

所述硅粉的Si含量≥98wt%；硅粉的粒径≤0.088mm。

所述硅微粉的SiO₂含量≥94wt%；硅微粉的粒径≤3μm。

所述聚丙烯纤维的长度为3~5mm，直径为110~120μm；聚丙烯纤维的熔点为115±5℃。

实施例1

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以35~39份质量的天然电熔莫来石、26~30份质量的红柱石、3~4份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2~2.5份质量的高纯电熔莫来石粉体、8~10份质量的电熔致密刚玉细粉、4~5份质量的α-Al₂O₃微粉、7~8份质量的ρ-Al₂O₃微粉、5.5~7份质量的硅微粉、3~4份质量的碳化硅粉、2.5~3份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.4~0.5份质量的碳纤维、0.5~1份质量的硅粉、0.05~0.08份质量的聚丙烯纤维，0.04~0.05份质量的羧甲基纤维素，0.01~0.02份质量的消泡剂和0.1~0.17份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法是：

第一步、按照所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，先将高纯电熔莫来石粉体、电熔致密刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、ρ-Al₂O₃微粉、硅微粉、碳化硅粉、纯铝酸钙水泥、碳纤维、硅粉、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素、消泡剂和减水剂分撒到平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙20~30分钟。

第二步、按照所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，将天然电熔莫来石、红柱石和高纯电熔莫来石颗粒分撒到所述平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙均匀，倒入搅拌机中，搅拌均匀，即得铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料。

所述碳纤维为短切碳纤维。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为33~58wt%，FS20为42~67 wt%。

实施例2

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以39~44份质量的天然电熔莫来石、23~26份质量的红柱石、4~4.8份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2.5~3.2份质量的高纯电熔莫来石粉体、6.5~8份质量的电熔致密刚玉细粉、3~4份质量的α-Al₂O₃微粉、6~7份质量的ρ-Al₂O₃微粉、4~5.5份质量的硅微粉、2~3份质量的碳化硅粉、2~2.5份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.5~0.6份质量的碳纤维、1~1.5份质量的硅粉、0.08~0.11份质量的聚丙烯纤维，0.05~0.06份质量的羧甲基纤维素，0.02~0.03份质量的消泡剂和0.17~0.24份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法同实施例1。

所述碳纤维为短切碳纤维。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为32~47wt%，FS20为53~68 wt%。

实施例3

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以44~48份质量的天然电熔莫来石、20~23份质量的红柱石、4.8~6份质量的高纯电熔莫来石颗粒、3.2~4份质量的高纯电熔莫来石粉体、5~6.5份质量的电熔致密刚玉细粉、2~3份质量的α-Al₂O₃微粉、5~6份质量的ρ-Al₂O₃微粉、3~4份质量的硅微粉、1~2份质量的碳化硅粉、1.5~2份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.6~0.7份质量的碳纤维、1.5~2份质量的硅粉、0.11~0.15份质量的聚丙烯纤维，0.06~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.03~0.04份质量的消泡剂和0.24~0.31份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法同实施例1。

所述碳纤维为短切碳纤维。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为31~42wt%，FS20为69~58 wt%。

实施例4

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以35~39份质量的天然电熔莫来石、26~30份质量的红柱石、3~4份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2~2.5份质量的高纯电熔莫来石粉体、8~10份质量的电熔致密刚玉细粉、4~5份质量的α-Al₂O₃微粉、7~8份质量的ρ-Al₂O₃微粉、5.5~7份质量的硅微粉、3~4份质量的碳化硅粉、2.5~3份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.8~1.1份质量的碳纤维、2~2.3份质量的硅粉、0.05~0.08份质量的聚丙烯纤维，0.06~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.04~0.05份质量的消泡剂和0.21~0.28份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法同实施例1。

所述碳纤维为短切碳纤维和碳纤维粉的混合物；其中：碳纤维粉为44~60wt%，短切碳纤维为40~56wt%。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为42~56.5wt%，FS20为43.5~58 wt%。

实施例5

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以39~44份质量的天然电熔莫来石、23~26份质量的红柱石、4~4.8份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2.5~3.2份质量的高纯电熔莫来石粉体、6.5~8份质量的电熔致密刚玉细粉、3~4份质量的α-Al₂O₃微粉、6~7份质量的ρ-Al₂O₃微粉、4~5.5份质量的硅微粉、2~3份质量的碳化硅粉、2~2.5份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以1.1~1.4份质量的碳纤维、2.3~2.6份质量的硅粉、0.08~0.11份质量的聚丙烯纤维，0.06~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.05~0.06份质量的消泡剂和0.28~0.35份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法同实施例1。

所述碳纤维为短切碳纤维和碳纤维粉的混合物；其中：碳纤维粉为50~61.5wt%，短切碳纤维为38.5~50wt%。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为39~50wt%，FS20为50~61wt%。

实施例6

一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以44~48份质量的天然电熔莫来石、20~23份质量的红柱石、4.8~6份质量的高纯电熔莫来石颗粒、3.2~4份质量的高纯电熔莫来石粉体、5~6.5份质量的电熔致密刚玉细粉、2~3份质量的α-Al₂O₃微粉、5~6份质量的ρ-Al₂O₃微粉、3~4份质量的硅微粉、1~2份质量的碳化硅粉、1.5~2份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以1.4~1.7份质量的碳纤维、2.6~3份质量的硅粉、0.11~0.15份质量的聚丙烯纤维，0.06~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.06~0.08份质量的消泡剂和0.35~0.45份质量的减水剂为添加剂。

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法同实施例1。

所述碳纤维为短切碳纤维和碳纤维粉的混合物；其中：碳纤维粉为53~62.5wt%，短切碳纤维为37.5~47wt%。

所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物；其中：三聚磷酸钠为37.5~50wt%，FS20为50~53.5wt%。

本具体实施方式的使用方法是：将所制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料倒入搅拌机中加入5~6份质量的水，搅拌3~6min，再倒入喷枪耐火材料枪衬浇注模具内，振动成型，即得铁水脱硫喷枪。

本具体实施方式的有益效果在于：

（1）本具体实施方式采用的各种原材料均是耐火材料的常用原料，来源十分广泛且价格较低，故生产成本低，且本具体实施方式发制备方法所涉及的工艺也较为简单。

（2）本具体实施方式采用的碳纤维是一种含碳量在95wt%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，其密度比铝低，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量、无蠕变、非氧化环境下耐超高温和耐疲劳的特性。通过混合加入长度为1~3mm的短切碳纤维与≤0.282mm的碳纤维粉，避免了碳纤维分散过程中因纤维过长引起的缠绕结团，保证了短切碳纤维与碳纤维粉的均匀分散，实现了不同长径比碳纤维的复合增强增韧效应。

（3）本具体实施方式通过天然电熔莫来石与高纯电熔莫来石的复合应用，利用两种热膨胀系数低的莫来石性能差异与复合效应，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料热震稳定性；高纯电熔莫来石优良的高温性能扩展了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的烧结温度范围，以适应高温铁水条件下喷吹脱硫的喷枪使用性能要求。采用胶凝性能优良的ρ-Al₂O₃微粉为主结合剂以及硅微粉、α-Al₂O₃微粉和纯铝酸钙水泥为辅助结合剂，从而降低浇注料中CaO含量，提高铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的抗侵蚀性能与高温强度。通过红柱石的高温膨胀产生微裂纹增韧，进一步提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的热震稳定性，调节了高温烧后线变化率。通过添加剂中聚丙烯纤维的使用，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料烘烤过程的防爆裂性能与喷枪耐火材料枪衬的整体性。

（4）本具体实施方式通过硅粉的添加，防止碳纤维的高温氧化烧蚀，在硅粉添加量范围内、空气气氛和1450℃×3h条件下热处理后的试样在扫描电镜下可清晰辨别出残留的碳纤维，从而保证了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的长效增强增韧作用。

（5）本具体实施方式通过三聚磷酸钠和FS20的复合使用，减少了加水量，提高了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的流动性能、施工性能与浇注密实性能。通过羧甲基纤维素的选用，改善短切碳纤维的浸润性与分散性，克服碳纤维水浸润困难的不足，强化碳纤维与浇注料基体间的结合紧密性及其增强增韧效应。通过消泡剂的选用，避免了加水搅拌过程中气泡的形成，降低了铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的加水量，改善了流动性，提高了密实度与力学强度。

（6）本具体实施方式通过各种原材料的合理选择及其重量配比和制备工艺的优化，实现了浇注料热震稳定性能的显著提升，达到提高铁水脱硫喷枪使用温度和延长使用寿命的目的。在制备过程中保证了各种原料和添加剂的均匀混合，尤其是碳纤维的均匀混合，防止碳纤维混合过程中的缠团打结。

（7）本具体实施方式在提高热震稳定性、抗侵蚀性和力学强度的基础上，进一步延长了铁水脱硫喷枪的使用寿命；通过碳纤维代替钢纤维，进一步提高了铁水脱硫喷枪使用温度，从而降低了铁水脱硫喷枪更换与工人修补的频率，降低了铁水脱硫喷枪的使用成本。

本具体实施方式制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料与常规钢纤维浇注料相比，制备的制品在110℃×24h和1450℃×3h热处理后的抗折强度提高10~15%，热震水冷次数提高50%，最高使用温度提高100℃。

图1为实施例1制备的一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料经110℃×24h烘烤后的扫描电镜照片，图2为图1所示铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料试样经1450℃×3h热处理后的扫描电镜照片，图1和图2中：1表示碳纤维；2表示碳纤维氧化残留细长微孔。由图1和图2可以看出，短切碳纤维在浇注料中均匀分布，并与浇注料基体紧密结合，高温热处理后部分短切碳纤维氧化残留细长微孔，并在浇注料基质中均匀分布。通过各种原材料的合理选择及其重量配比和制备工艺的优化，实现了浇注料热震稳定性能的显著提升达到提高铁水脱硫喷枪使用温度和延长使用寿命的目的。

因此，本具体实施方式成本低廉和原材料来源广泛，所制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料热震稳定性好，能延长铁水脱硫喷枪的使用寿命、提高铁水脱硫喷枪的使用温度和降低铁水脱硫喷枪的使用成本。

Claims (13)

1.一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数是：以35~48份质量的天然电熔莫来石、20~30份质量的红柱石、3~6份质量的高纯电熔莫来石颗粒、2~4份质量的高纯电熔莫来石粉体、5~10份质量的电熔致密刚玉细粉、2~5份质量的α-Al₂O₃微粉、5~8份质量的ρ-Al₂O₃微粉、3~7份质量的硅微粉、1~4份质量的碳化硅粉、1.5~3份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.4~1.7份质量的碳纤维、0.5~3份质量的硅粉、0.05~0.15份质量的聚丙烯纤维，0.04~0.07份质量的羧甲基纤维素，0.01~0.08份质量的消泡剂和0.1~0.45份质量的减水剂为添加剂；

所述碳纤维为短切碳纤维或为短切碳纤维和碳纤维粉的混合物；

所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法是：

第一步、按照所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，先将高纯电熔莫来石粉体、电熔致密刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉、ρ-Al₂O₃微粉、硅微粉、碳化硅粉、纯铝酸钙水泥、碳纤维、硅粉、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素、消泡剂和减水剂分撒到平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙20~30分钟；

第二步、按照所述所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的成分及其质量份数，将天然电熔莫来石、红柱石和高纯电熔莫来石颗粒分撒到所述平底容器内，用钉耙纵向和横向交叉扒耙均匀，倒入搅拌机中，搅拌均匀，即得铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料。

2.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述天然电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为66~75wt%，SiO₂为20~28wt%，TiO₂为2.5~3.0wt%；

所述天然电熔莫来石的颗粒级配是：粒径为3~5mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于5mm且小于等于10mm占天然电熔莫来石28~35wt%，粒径大于10mm且小于等于20mm占天然电熔莫来石30~40wt%。

3.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述红柱石的主要化学成分为：Al₂O₃≥58wt%，SiO₂为20~28wt%；

所述红柱石的颗粒级配是：粒径为0.15~1mm占红柱石60~70wt%，粒径大于1mm且小于等于3mm占红柱石30~40wt%。

4.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述高纯电熔莫来石的主要化学成分为：Al₂O₃为72~79wt%，SiO₂为19~27wt%；

所述高纯电熔莫来石颗粒的粒径为0.15~1mm，所述高纯电熔莫来石粉体粒径≤0.044mm。

5.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述电熔致密刚玉细粉的Al₂O₃含量≥98.6wt%；电熔致密刚玉细粉的粒径≤0.044mm。

6.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述短切碳纤维的直径为5~9μm，长度为1~3mm；短切碳纤维的碳含量≥95wt%。

7.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述碳纤维粉的直径为5~9μm，长度≤0.282mm；碳纤维粉的碳含量≥95wt%。

8.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述碳化硅粉的SiC含量≥97wt%；碳化硅粉的粒径≤0.044mm。

9.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述硅粉的Si含量≥98wt%；硅粉的粒径≤0.088mm。

10.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述硅微粉的SiO₂含量≥94wt%；硅微粉的粒径≤3μm。

11.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述聚丙烯纤维的长度为3~5mm，直径为110~120μm；聚丙烯纤维的熔点为115±5℃。

12.根据权利要求1所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠和FS20的混合物。

13.一种铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料，其特征在于所述铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料是根据权利要求1~12项中任一项所述的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料的制备方法所制备的铁水脱硫喷枪用碳纤维增韧耐火浇注料。