CN110981514A - 一种高炉出铁沟用耐火浇注料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，按重量百分比，由以下原料制备而成：20～30％的特级高铝熟料、15～25％的棕刚玉、5～10％的白刚玉、10～15％的致密刚玉、15～25％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、4～10％的α‑Al2O3微粉、2～6％的预处理后的氧化铝空心球、2.5～3.5%的金属硅粉、4～6％的纯铝酸钙水泥、1～5%的球状沥青、0.1～0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1～0.2%的三聚磷酸钠和0.1～0.2%的减水剂FS20；总计100%。本发明的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，引入预处理后的氧化铝空心球，提高浇注料施工流动性，减少加水量，进而增加浇注料的致密性和常温力学强度，提高材料的抗侵蚀性；通过浇注料体积密度的提高，提高热震稳定性。

Description

一种高炉出铁沟用耐火浇注料
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，更具体地说，涉及一种高炉出铁沟用耐火浇注料。
背景技术
高炉出铁沟是高炉出铁过程中引导高温铁水和熔渣流动的通道，也是炼铁工艺消耗耐火材料的主要区域。出铁沟耐火材料的寿命和性能直接影响到高炉炼铁的正常稳定顺产。目前，高炉出铁沟耐火材料普遍采用Al2O3-SiC-C质浇注料，主要原料为高纯度刚玉、碳化硅和球状沥青等，结合剂则一般采用铝酸钙水泥。实际生产中，高炉出铁沟内衬与高温铁水、熔渣直接接触，服役环境恶劣，除被流动铁水和熔渣的冲刷、磨损、化学侵蚀外，还承受频繁交替出铁引起的急冷急热，导致铁沟耐火材料衬的冲刷磨损、侵蚀熔损、应力裂纹、渗透和结构破损。因此，高炉出铁沟用耐火材料的技术关键是优良的力学性能、抗侵蚀性能和热震稳定性。同时，随着现代高炉冶炼技术的不断进步，高炉向大型化、高效化、自动化和长寿命方向发展，单次出铁量与出铁流速增大、出铁时间延长，出铁温度上升，导致铁沟使用工况条件进 一步恶化，对铁沟浇注料提出了更高的技术要求。
针对上述问题，韩兵强等（熔融石英对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响，工业炉，2006年第5期）研究了向Al2O3-SiC-C浇注料中添加熔融石英以用于降低浇注料的膨胀系数，进而提升试样的热震稳定性，结果表明引入适量的熔融石英有利于改善Al2O3-SiC-C浇注料的热震稳定性，但也会影响铁沟浇注料的力学性能。这是因为熔融石英在高温条件发生相变生成方石英相并与浇注料中Al2O3反应生成莫来石（二次莫来石化），二次莫来石化和石英相变分别伴随有4%和0.8%的体积膨胀，加入过量熔融石英高温下产生的体积膨胀，会导致Al2O3-SiC-C浇注料局部开裂影响试样的使用性能。
中国专利“复合碳纤维增强铁沟浇注料”（CN107141001A）、“一种含碳纤维的高炉出铁沟用浇注料及其制备方法”(CN104072177A)、和“一种含碳纤维的铁沟浇注料的施工工艺”（CN108892518A）主要技术特点均为向浇注料中添加适量和合适长度的碳纤维，通过碳纤维拉拔增强增韧机制来提高材料的力学性能和热震稳定性，但目前仍然无法彻底解决碳纤维在浇注料中的混合分散问题，并且增加了材料成本、混料和施工过程中碳纤维扬逸恶化了工人劳动环境。
中国专利“一种小高炉主铁沟浇注料”（CN201410050081.6）、 “一种大高炉主铁沟浇注料”（CN201410050083.5）、“一种中型高炉主铁沟浇注料”（CN201410050082.0）、“一种1080m3高炉主铁沟浇注料” （CN201210280395.6）、“一种2500m3高炉主铁沟浇注料”（CN201210281163.2）、“一种大于2500m3高炉主铁沟浇注料”（CN201210281186.3） 通过在铁沟浇注料中添加适量的氧化锆或莫来石空心球来提高浇注料的流动性，但由于上述空心球骨料制备生产工艺复杂且成本高，不利于在实际生产中大规模推广应用。此外，中国专利“高炉出铁沟的制备方法”（CN201210266861.5）、“一种高炉主铁沟浇注料”（CN201210266012.X）、“高炉出铁沟浇注料”（CN201210265817.2）通过在材料中添加成本较低且大规模制备的氧化铝空心球改善浇注料的流动性和施工性能，但氧化铝空心球自身强度较低且表面裂隙以及界面反应不充分，影响了材料的力学性能和热震稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种高炉出铁沟用耐火浇注料。该浇注料具有原材料成本低廉、流动性能好、力学强度大、耐化学侵蚀性能优、热震稳定性好和使用寿命长等特点。
为实现上述目的，本发明提供的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，按重量百分比，由以下原料制备而成：20～30％的特级高铝熟料、15～25％ 的棕刚玉、5～10％的白刚玉、10～15％的致密刚玉、15～25％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、4～10％的α-Al2O3微粉、2～6％的预处理后的氧化铝空心球、2.5～3.5%的金属硅粉、4～6％的纯铝酸钙水泥、1～5%的球状沥青、0.1～0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1～0.2%的三聚磷酸钠和0.1～0.2%的减水剂FS20；总计100%。
进一步地，所述特级高铝熟料的Al2O3含量≥88％，所述棕刚玉中Al2O3含量≥90％，所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％，所述球状沥青中的C含量≥50wt％。
进一步地，所述预处理后的氧化铝空心球的制备具体包括以下步骤：
步骤一、将氧化铝空心球置于硅溶胶溶液中搅拌；
步骤二、搅拌均匀后继续浸泡；
步骤三、将浸泡后的氧化铝空心球取出干燥，得到增强增韧后的氧化铝空心球。
作为本发明更进一步地改进，步骤一中的搅拌工序在真空环境中进行，氧化铝空心球和硅溶胶溶液均置于真空搅拌机，氧化铝空心球占氧化铝空心球与硅溶胶溶液总体积的1/4~1/2，真空度为-0.25MPa至-0.75MPa，真空搅拌机的转速为60~100r/min，在此环境下进行搅拌7~15min。
作为本发明更进一步地改进，步骤一中，硅溶胶溶液中化学成分按质量百分比，SiO2含量大于等于30%，Na2O含量小于等于0.3%；所述的该溶液中硅溶胶所占的比重为1.165~1.175，pH值为7~7.5，黏度为1~5mPa·s。
作为本发明更进一步地改进，步骤一中氧化铝空心球的粒径≤1mm，其氧化铝质量百分比含量≥97%。
作为本发明更进一步地改进，步骤二中氧化铝空心球在硅溶胶溶液中真空条件下浸泡12~24h。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，通过氧化铝空心球的真空浸泡预处理，使硅溶胶填充空心球的表面裂隙，而浸泡后的氧化铝空心球，置于真空干燥条件下干燥，干燥速度快且产生的表面裂纹较少，改善了氧化铝空心球的表面性能，提高了加入氧化铝空心球的浇注料的常温力学性能。
（2）本发明的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，引入适量和颗粒直径合适的适量经表面预处理后的氧化铝空心球，通过球形颗粒提高浇注料施工流动性，减少加水量，进而增加浇注料的致密性和常温力学强度，提高材料的抗侵蚀性；通过浇注料体积密度的提高，进一步提高其导热系数，减小铁沟沟衬使用过程中的温度梯度，缓解铁沟沟衬热应力，提高热震稳定性。
（3）本发明的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，在高温状态下，空心球表面硅溶胶中SiO2与空心球基体和材料体系基质中的Al2O3反应，使得空心球和基质结合界面上生成大量的二次莫来石网状结构，提高材料的热震稳定性和高温力学性能；进一步地，随着上述莫来石网状结构的生成，提高了材料的热膨胀性能，减小了材料在间歇式冷却过程中的收缩，进一步提高了铁沟沟衬的使用寿命。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，按照以下步骤进行：
按重量百分比由21％的特级高铝熟料、20％的棕刚玉、5％的白刚玉、15％的致密刚玉、17%的碳化硅、3％的氧化硅微粉、5％的α-Al2O3微粉、4％的预处理后的氧化铝空心球、2.5%的金属硅粉、5％的纯铝酸钙水泥、2%的球状沥青、0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1%的三聚磷酸钠和0.2%的减水剂FS20组成。
进一步地，所述特级高铝熟料的Al2O3含量≥88％，所述棕刚玉中Al2O3含量≥90％，所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％，所述球状沥青中的C含量≥50wt％。
进一步地，所述预处理后的氧化铝空心球的制备具体包括以下步骤：
步骤一、将氧化铝空心球和硅溶胶溶液置于真空搅拌机中，氧化铝空心球占氧化铝空心球与硅溶胶溶液总体积的1/4，真空度为-0.25MPa，真空搅拌机的转速为100r/min，在此环境下进行搅拌7min。
本实施例中所使用的氧化铝空心球的粒径为0.5~1mm，其氧化铝质量百分比含量为97%，按质量百分比，硅溶胶溶液的化学成分中SiO2含量为40%，Na2O含量为0.25%，硅溶胶所占的比重为1.165，pH值为7，黏度为1mPa·s。
步骤二、搅拌均匀后，在此环境下浸泡12h。
步骤三、将浸泡后的氧化铝空心球取出置于真空环境中干燥，真空度为0.05MPa，真空温度为85℃，干燥时间为6h，将氧化铝空心球表面预处理之后，备用。
与常规铁沟浇注料相比，1450℃水冷次数提高3次，110℃×24h与1100℃×3h、1450℃×3h热处理后抗折强度分别提高30～50％、20～30％和30～40％。
实施例2
本实施例的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，按照以下步骤进行：
按重量百分比由25％的特级高铝熟料、20％的棕刚玉、6％的白刚玉、10％的致密刚玉、15%的碳化硅、3％的氧化硅微粉、5％的α-Al2O3微粉、6％的预处理后的氧化铝空心球、2.5%的金属硅粉、5％的纯铝酸钙水泥、2%的球状沥青、0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1%的三聚磷酸钠和0.2%的减水剂FS20组成。
进一步地，所述特级高铝熟料的Al2O3含量≥88％，所述棕刚玉中Al2O3含量≥90％，所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％，所述球状沥青中的C含量≥50wt％。
进一步地，所述预处理后的氧化铝空心球的制备具体包括以下步骤：
步骤一中氧化铝空心球占氧化铝空心球与硅溶胶溶液总体积的1/3，真空度为-0.5MPa，搅拌时间为11min，真空搅拌机的转速为80r/min；氧化铝空心球的粒径≤0.5mm，其氧化铝质量百分比含量98%，按质量百分比，硅溶胶溶液的化学成分中SiO2含量为30%，Na2O含量为0.3%，硅溶胶所占的比重为1.170，pH值为7.2，黏度为2.3mPa·s。
步骤二中搅拌完成后，在此环境下浸泡18h。
步骤三中真空度为0.06MPa，真空温度为90℃，干燥时间为4h。
实施例3
本实施例的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，按照以下步骤进行：
按重量百分比由30％的特级高铝熟料、20％的棕刚玉、5％的白刚玉、10％的致密刚玉、16%的碳化硅、3％的氧化硅微粉、5％的α-Al2O3微粉、2％的预处理后的氧化铝空心球、2.5%的金属硅粉、5％的纯铝酸钙水泥、2%的球状沥青、0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1%的三聚磷酸钠和0.2%的减水剂FS20组成。
进一步地，所述特级高铝熟料的Al2O3含量≥88％，所述棕刚玉中Al2O3含量≥90％，所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％，所述球状沥青中的C含量≥50wt％。
进一步地，所述预处理后的氧化铝空心球的制备具体包括以下步骤：
步骤一中氧化铝空心球占氧化铝空心球与硅溶胶溶液总体积的1/2，真空度为-0.75MPa，真空搅拌机的转速为60r/min，搅拌时间为15min；氧化铝空心球的粒径≤0.1mm，其氧化铝质量百分比含量98%，按质量百分比，硅溶胶溶液的化学成分中SiO2含量为45%，Na2O含量为0.2%，该溶液中硅溶胶所占的比重为1.175，pH值为7.5，黏度为5mPa·s。
步骤二中搅拌完成后，在此环境下浸泡24h。
步骤三中真空度为0.08MPa，真空温度为95℃，干燥时间为5h。

Claims (7)

1.一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，按重量百分比，由以下原料制备而成：20～30％的特级高铝熟料、15～25％ 的棕刚玉、5～10％的白刚玉、10～15％的致密刚玉、15～25％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、4～10％的α-Al2O3微粉、2～6％的预处理后的氧化铝空心球、2.5～3.5%的金属硅粉、4～6％的纯铝酸钙水泥、1～5%的球状沥青、0.1～0.2%的水溶性聚乙烯醇纤维、0.1～0.2%的三聚磷酸钠和0.1～0.2%的减水剂FS20；总计100%。
2.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，所述特级高铝熟料的Al2O3含量≥88％，所述棕刚玉中Al2O3含量≥90％，所述碳化硅中的SiC含量≥97wt％，所述球状沥青中的C含量≥50wt％。
3.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，所述预处理后的氧化铝空心球的制备具体包括以下步骤：
步骤一、将氧化铝空心球置于硅溶胶溶液中搅拌；
步骤二、搅拌均匀后继续浸泡；
步骤三、将浸泡后的氧化铝空心球取出干燥，得到增强增韧后的氧化铝空心球。
4.根据权利要求3所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，步骤一中的搅拌工序在真空环境中进行，氧化铝空心球和硅溶胶溶液均置于真空搅拌机，氧化铝空心球占氧化铝空心球与硅溶胶溶液总体积的1/4~1/2，真空度为-0.25MPa至-0.75MPa，真空搅拌机的转速为60~100r/min，在此环境下进行搅拌7~15min。
5.根据权利要求3所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，步骤一中，硅溶胶溶液中化学成分按质量百分比，SiO2含量大于等于30%，Na2O含量小于等于0.3%；所述的该溶液中硅溶胶所占的比重为1.165~1.175，pH值为7~7.5，黏度为1~5mPa·s。
6.根据权利要求3所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，步骤一中氧化铝空心球的粒径≤1mm，其氧化铝质量百分比含量≥97%。
7.根据权利要求3所述的一种高炉出铁沟用耐火浇注料，其特征在于，步骤二中氧化铝空心球在硅溶胶溶液中真空条件下浸泡12~24h。
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