CN110128156A - 高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料及其制备方法，其配方包括以下重量份数的组分：700‑1000份矾土、200‑700份耐火粘土、160‑200份硫酸铝溶液、2‑10份三聚磷酸钠和1‑2份木质素磺酸钙；其制备方法包括以下步骤：S1.先将除硫酸铝溶液之外的各组分混合并搅拌均匀，再加入70%重量份数的硫酸铝溶液搅拌5min形成预混料；S2.将S1中的预混料密封装袋在室温下困料36‑72h，再向预混料中加入剩下30%重量份数的硫酸铝溶液并搅拌均匀形成初混料；S3.将S2中的初混料投入挤泥机挤泥2‑6次，然后出料密封包装，得到成品。本发明具有可塑性高且可快速硬化从而缩短施工时间、提高工人施工安全性的技术效果。

Description

高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料制备与生产的技术领域，尤其是涉及高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料及其制备方法。
背景技术
耐火可塑料是一种可塑耐火物，可塑耐火物是由粒状和粉状物料与可塑黏土等结合剂和增塑剂配合后，再加入少量水分，经充分混炼所组成的一种呈硬泥膏状并在较长时间内保持较高可塑性的不定型耐火材料。可塑耐火物的主要组分是粒状料和粉状料，占总量的70％～85％。可塑料的耐热震性较好、易施工，适用于各种加热炉、均热炉、退火炉、热风炉等，也可用于小型电弧炉的炉盖、高温炉的烧嘴等部位。
一般高炉泥套用浇注料或者捣打料进行填充，使用过程中泥套会出现局部损毁，现行技术中对泥套的修复都是整体用浇注料进行浇注，或者用捣打料进行局部修补。但是因出铁口处温度较高，且残留有高炉煤气，浇注料或捣打料的施工时间长，容易对炉前作业人员造成很大的伤害。
发明内容
本发明的目的一是提供一种可塑性高且可快速硬化从而缩短施工时间、提高工人施工安全性的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料。本发明的目的二是提供一种该高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，包括以下重量份数的组分：
所述硫酸铝溶液质量分数为1.1％-1.2％。
通过采用上述技术方案，不定形耐火材料由耐火骨料和粉料组成，其中骨料大多为瘠性料，只有借助结合剂的结合作用才能成为整体，满足强度、施工和使用的要求。不定形耐火材料的结合方式有六种：水合结合、陶瓷结合、化学结合、粘附结合、聚合结合及凝聚结合。
矾土是由三种铝的氢氧化物以不同的比率组成的胶体混合物，作为可塑料的骨料。耐火粘土具有可塑性，与液体拌合后可形成泥团，因此常用作结合剂。矾土抗酸、碱性熔渣侵蚀的能力强、高温强度高的优异特性，但其抗急冷热能力差、高温体积稳定性不好，易导致材料的变形和剥落，降低材料的使用寿命。而耐火粘土在高温条件下能保持体积的稳定性，并具有抗渣性、对急冷急热的抵抗性以及一定的机械强度。矾土与耐火粘土之间为陶瓷结合，可以弥补彼此性能上的不足，使可塑料同时具备矾土和耐火粘土的优异性能。
此外是以化学结合方式起到胶合作用的结合剂，硫酸铝溶液中的硫酸铝溶质会与水分子形成一系列的水合物，三聚磷酸钠在硫酸铝溶液中电离出H2PO4 -、HPO4 2-、PO4 3-，这些酸根离子与矾土中的MgO等氧化物结合形成复式磷酸盐，从而产生胶结能力。
木质素磺酸钙是是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，具有很强的分散性、粘结性和螯合性。因此木质素磺酸钙作为分散剂、粘合剂和保存剂，起到减水、增强和防止龟裂的作用。而且，木质磺酸钙可以增加粘土的生坯强度，增强粘土的可塑性，同时减少粘土用量提高成品率70％-90％，并加快烧结速度。
本发明的可塑料利用粘土的陶瓷结合方式和硫酸铝溶液和三聚磷酸钠的化学结合方式进行胶合，可塑性及粘性更好，且抗酸、碱性熔渣侵蚀的能力强、高温强度高、抗渣性和对急冷急热的抵抗性好，烧结速度更快。因此可以直接将此可塑料拍在泥套破损处，使可塑料在处于热态的泥套上快速硬化和烧结，大大缩短修补施工时间，施工安全性更高。
进一步设置为：还包括100-400重量份数的磺化沥青粉。
进一步设置为：所述磺化沥青粉的软化点为100℃。
通过采用上述技术方案，磺化沥青粉由于磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在矾土的岩土体界面上时，可阻止岩土体颗粒的水化分散进而起到胶合作用。同时，磺化沥青粉不溶于水的部分又能填充矾土的岩土体中孔喉和裂缝进而起到封堵作用，并可覆盖在岩土体界面改善胶合效果。可塑料的可塑性及粘性更强，施工更方便且使用寿命更长。
进一步设置为：还包括4-20重量份数的羧甲基纤维素。
通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素是一种由天然纤维素经过物理化学处理后提取出的一种具有结合作用的高分子化合物，在耐火材料中用作增粘剂和暂时结合剂，提高可塑料的成型性能和烘干后的坯体强度。
进一步设置为：还包括100-300重量份数的97碳化硅，97碳化硅的粒径为0.044mm。
通过采用上述技术方案，碳化硅在高温下仍保持高的键合强度，碳化硅硬度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能，而且碳化硅不会被大多数酸碱溶液侵蚀，在空气中加热会发生氧化反应，但常表现出钝氧化的特性；氧化时，碳化硅表面形成SiO2薄膜抑制进一步氧化。因此碳化硅可以增强可塑料固结之后的硬度及耐磨性能、抗酸碱侵蚀及抗氧化性能，延长可塑料的使用寿命。
进一步设置为：所述矾土为特级矾土且粒径范围为1-3mm。
通过采用上述技术方案，特级矾土中Al2O3的含量高于85％，CaO和Fe2O3等有害成分更少，从而具有更优异的耐火性能。
进一步设置为：所述耐火粘土的粒径范围为0.074mm。
通过采用上述技术方案，耐火粘土作为粉料和结合剂填充在矾土骨料的间隙中，粒径为0.074mm的耐火粘土可以与粒径为1.3mm的矾土形成良好的粒度级配，使可塑料具有较高的密实程度，进而提高可塑料硬化固结后的高温抗折强度和耐高温强度。
一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1.称取如权利要求1-7中所述重量份数的各组分，先将除硫酸铝溶液之外的各组分混合并搅拌均匀，再加入70％重量份数的硫酸铝溶液搅拌5min形成预混料；
S2.将S1中的预混料密封装袋在室温下困料36h-72h，再向预混料中加入剩下30％重量份数的硫酸铝溶液并搅拌均匀形成初混料；
S3.将S2中的初混料投入挤泥机挤泥2-6次，然后出料密封包装，得到成品。
通过采用上述技术方案，硫酸铝溶液作为结合剂在步骤S1中将预混料中的各组分进行胶合，使预混料初步具备较好的粘性和可塑性。将预混料密封装袋并在室温下困料，则是为了消除预混料中的气体，进一步增强预混料的可塑性。待预混料经过困料之后，再向预混料中加入剩下的30％重量份数的硫酸铝溶液搅拌均匀形成初混料，可以二次增强预混料的粘性及可塑性。初混料在挤泥机中进行2-6次挤泥，一方面进一步减少初混料中的拌和气孔，另一方面使初混料中各结合剂在压应力作用下得以充分与各粉料接触，结合效果更好，从而提高成品的粘性、可塑性及抗折强度、高温耐压强度等。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
(1)将特级矾土作为可塑料的骨料，耐火粘土作为基础结合剂，矾土与耐火粘土之间采用陶瓷结合方式起到胶合作用，既可以弥补彼此性能上的不足，使可塑料同时具备矾土和耐火粘土的优异性能，也可以与硫酸铝溶液、三聚磷酸钠的化学结合方式配合，使可塑料具有更好的粘性与可塑性，提高可塑料的施工与使用性能；
(2)添加磺化沥青粉，利用磺化沥青粉由于存在磺酸基而水化作用很强的原理，使磺化沥青粉吸附在矾土的岩土体界面上，阻止岩土体颗粒的水化分散进而起到胶合作用，改善胶合效果；
(3)添加羧甲基纤维素用作增粘剂和暂时结合剂，提高可塑料的成型性能和烘干后的坯体强度；添加碳化硅增强可塑料固结之后的硬度及耐磨性能、抗酸碱侵蚀及抗氧化性能，延长可塑料的使用寿命。
具体实施方式
一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，包括以下重量份数的组分：
其中硫酸铝溶液质量分数为1.1％-1.2％，磺化沥青粉的软化点为100℃。矾土为特级矾土且粒径范围在1-3mm，耐火粘土为软质粘土且粒径范围为0.074mm，特级矾土中各项成分及性能指标如表1所示。
表1特级矾土成分及性能指标表
此高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料的制备方法包括以下步骤：
S1.先将除硫酸铝溶液之外的各组分混合并搅拌均匀，再加入70％重量份数的硫酸铝溶液搅拌5min形成预混料；
S2.将S1中的预混料密封装袋在室温下进行困料，困料时间t为36-72h，再向预混料中加入剩下30％重量份数的硫酸铝溶液并搅拌均匀形成初混料；
S3.将S2中的初混料投入挤泥机进行挤泥，挤泥次数n为2-6次，然后出料密封包装，得到成品。
以下结合具体实施例对本发明进行具体说明。
实施例1：本实施例中各组分及其重量份数如表2所示(1重量份数＝1g或1重量份数＝1kg)。本实施例中困料时间t＝36h,挤泥次数n＝2次。
表2实施例1-5各组分含量表(重量份数)
实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，各组分含量不同，各组分含量如表2所示。
实施例3：本实施例与实施例1的区别在于，各组分含量不同，各组分含量如表2所示。
实施例4：本实施例与实施例1的区别在于，各组分含量不同，各组分含量如表2所示。
实施例5：本实施例与实施例1的区别在于，各组分含量不同，各组分含量如表2所示。
实施例6-10：与实施例2的区别在于，困料时间t不同，实施例6-10的困料时间t如表3所示。
表3实施例6-10困料时间t数据表
实施例11-14：与实施例3的区别在于，挤泥次数n不同，实施例11-14的困料次数n如表4所示。
表4实施例11-15挤泥次数n数据表
对比例1：本对比例与实施例1的区别在于，将硫酸铝溶液替换成同等重量份数的纯净水。
对比例2：本对比例与实施例1的区别在于，不含有磺化沥青粉。
对比例3：本对比例与实施例1的区别在于，不含有羧甲基纤维素。
对比例4：本对比例与实施例1的区别在于，不含有木质素磺酸钙。
性能测试
1.可塑性指数测定
利用模具分别取实施例1-14、对比例1-4中成品成型为Ф28mm×38mm的圆柱体试样，利用KS-B微电脑可塑性测定仪(上海乐傲实验仪器有限公司)对各试样进行可塑性测定，具体试验操作参见该仪器使用手册。
2.抗热震性测定
采用“YBT 376.1-1995耐火制品抗热震性试验方法.水急冷法”测定实施例1-14、对比例1-4的抗热震性。利用模具分别取实施例1-14、对比例1-4中成品成型为200mm×100mm×100mm的直形砖试样，将各直形砖试样的100mm×100mm端面作为受热端面伸入到预热至1100℃的炉内，伸入长度为50mm，保持20min，接着在室温水中淬冷3min，然后干燥，用受热端面破损一半的热循环次数表征其抗热震性。
3.抗折强度、耐压强度和高温抗折强度测定
分别取实施例1-14、对比例1-4中的成品倒入三联模具中振动成型为40mm×40mm×160mm的试验试样，将以上试验试样分别在1450℃×3h条件下热处理。按照国家标准GB/T3001-2007、GB/T 5072-2008分别测试经过热处理后的试验试样抗折强度和耐压强度。
取实施例1-14、对比例1-4的成品在110℃×24h条件下烘干后再在1400℃×1h条件下热处理，用三点弯曲法测量试验试样的高温抗折强度。
测得实施例1-14、对比例1-4的可塑性、抗热震性(热循环次数)、抗折强度、耐压强度和高温抗折强度数据如表5所示。
表5实施例1-14、对比例1-4各项测定指标数据表
数据分析
(1)可塑性指数分析
分析表5可知，实施例1-5的可塑性指数保持在30％以上，说明实施例1-5具有良好的可塑性，且不超过耐火材料适宜可塑性上限40％，从而在既具有良好施工性能的同时，也具有良好的耐火性能和结构强度，保证良好的使用性能。
实施例6-10的可塑性指数整体稍高于实施例2，说明随着困料时间的增加，可塑料的可塑性指数呈小幅度增长。
实施例11-14的可塑性指数普遍稍高于实施例3，说明可塑料的可塑性指数随着挤泥次数的增加而稍有增大。
对比例1与实施例1相比，对比例1的可塑性指数有较大幅度的降低，说明硫酸铝溶液作为结合剂对可塑料的可塑性能具有较大影响，硫酸铝溶液可以增强可塑料的可塑性。
对比例2与实施例1相比，可塑性指数呈较大幅度的降低，说明磺化沥青粉对矾土中的岩土胶合作用明显，从而使磺化沥青粉可以增强可塑料的可塑性。
对比例3与实施例1相比，对比例3的可塑性指数有所降低，但降低幅度不如对比例1和对比例2，说明羧甲基纤维素对可塑料的可塑性存在正面影响，但影响较小。
对比例4与实施例1相比，对比例4的可塑性指数有较大幅度下降，这是因为缺少木质素磺酸钙的可塑料粘性降低，导致可塑性降低。
(2)抗热震性分析
分析表5可知，实施例1-5的抗热震性(热循环次数)保持在30次以上，说明实施例1-5具有良好的抗热震性，即可塑料对急冷急热的抵抗性能好，遇急冷急热不易开裂，可塑料的使用寿命更长。
实施例6-10的抗热震性(热循环次数)与实施例2基本持平，说明困料时间对可塑料的抗热震性(热循环次数)几乎没有影响。
实施例11-14的抗热震性(热循环次数)普遍稍高于实施例3，说明可塑料的抗热震性(热循环次数)随着挤泥次数的增加而稍有增大。
对比例1与实施例1相比，对比例1的抗热震性(热循环次数)有较大幅度的降低，说明硫酸铝溶液作为结合剂对可塑料的抗热震性(热循环次数)具有较大影响，硫酸铝溶液可以增强可塑料的抗热震性。
对比例2与实施例1相比，抗热震性(热循环次数)呈较大幅度的降低，说明磺化沥青粉对矾土中的岩土胶合作用明显，即磺化沥青粉可以增强可塑料的抗热震性。
对比例3与实施例1相比，对比例3的抗热震性(热循环次数)有所降低，但降低幅度不如对比例1和对比例2，说明羧甲基纤维素对可塑料的抗热震性存在正面影响，但影响较小。
对比例4与实施例1相比，对比例4的抗热震性(热循环次数)有较大幅度下降，这是因为缺少木质素磺酸钙的可塑料粘性降低，导致抗热震性降低。
(3)抗折强度、耐压强度和高温抗折强度分析
分析表5可知，实施例1-5的抗折强度基本在12MPa以上、耐压强度基本在81MPa以上、高温抗折强度基本在4.5MPa以上。说明实施例1-5经施工后具有良好的结构强度，即可塑料具有抗熔渣侵蚀能力强、高温强度高等优异性能。
实施例6-10的抗折强度基本在13MPa以上、耐压强度基本在82MPa以上、高温抗折强度基本在4.6MPa以上，整体数据比实施例2稍高，说明困料时间对可塑料的结构强度具有微小影响，随着困料时间的增长，可塑料的结构强度小幅度增强。
实施例11-14的抗折强度基本在13MPa左右、耐压强度基本在82MPa左右、高温抗折强度基本在4.8MPa左右，普遍稍高于实施例3，说明可塑料的抗折强度和耐压强度基本不对挤泥次数的增加而变化，但可塑料的高温抗折强度则随着挤泥次数的增加而稍有增大。
对比例1与实施例1相比，对比例1的抗折强度、耐压强度和高温抗折强度均有较小幅度的降低，说明硫酸铝溶液作为结合剂对可塑料的结构强度产生积极影响，但影响不大。
对比例2与实施例1相比，对比例2的抗折强度、耐压强度和高温抗折强度基本不变，说明磺化沥青粉对可塑料的结构性能基本没有影响。
对比例3与实施例1相比，对比例3的抗折强度、耐压强度和高温抗折强度均有较大幅度降低，说明羧甲基纤维素对可塑料的结构强度存在正面影响。
对比例4与实施例1相比，对比例4的抗折强度、耐压强度和高温抗折强度均有较大幅度降低，这是因为缺少木质素磺酸钙的可塑料粘性降低，导致可塑料无法粘结成为结构强度高的整体施工材料。
本实施例的实施原理及有益效果为：将特级矾土作为可塑料的骨料，耐火粘土作为基础结合剂，矾土与耐火粘土之间采用陶瓷结合方式起到胶合作用，硫酸铝溶液、三聚磷酸钠的化学结合方式进行胶合，磺化沥青粉、羧甲基纤维素的粘附结合方式进行胶合，多种胶合体系共同作用使可塑料具有更好的粘性与可塑性，提高可塑料的施工与使用性能。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
矾土 700-1000份；
耐火粘土 200-700份；
硫酸铝溶液 160-200份；
三聚磷酸钠 2-10份；
木质素磺酸钙 1-2份；
所述硫酸铝溶液质量分数为1.1%-1.2%。
2.根据权利要求1所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：还包括100-400重量份数的磺化沥青粉。
3.根据权利要求2所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：所述磺化沥青粉的软化点为100℃。
4.根据权利要求1所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：还包括4-20重量份数的羧甲基纤维素。
5.根据权利要求1所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：还包括100-300重量份数的97碳化硅，97碳化硅的粒径为0.044mm。
6.根据权利要求1所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：所述矾土为特级矾土且粒径范围为1-3mm。
7.根据权利要求6所述的高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料，其特征在于：所述耐火粘土的粒径范围为0.074mm。
8.一种高炉出铁口泥套修复用耐火可塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.称取如权利要求1-7中所述重量份数的各组分，先将除硫酸铝溶液之外的各组分混合并搅拌均匀，再加入70%重量份数的硫酸铝溶液搅拌5min形成预混料；
S2.将S1中的预混料密封装袋在室温下困料36-72h，再向预混料中加入剩下30%重量份数的硫酸铝溶液并搅拌均匀形成初混料；
S3.将S2中的初混料投入挤泥机挤泥2-6次，然后出料密封包装，得到成品。
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