CN111484348A - 一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3‑SiC‑C耐火浇注料及其制备方法，涉及耐火浇注料技术领域。该方法先将55～65份质量的棕刚玉、20～30份质量的碳化硅、0.3～0.9份质量的莫来石纤维和1～3份质量的球状沥青倒入搅拌机中，搅拌10～20分钟；然后将6～10份质量的α‑氧化铝微粉、2～4份质量的纯铝酸钙水泥、0.5～1.5份质量的硅微粉和0.05～0.15份质量的减水剂，倒入搅拌，搅拌均匀即得到高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3‑SiC‑C耐火浇注料。本发明工艺简单、原材料来源广，所制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3‑SiC‑C耐火浇注料强度高、热震稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及耐火浇注料技术领域，尤其涉及一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法。
背景技术
随着高炉冶金技术的不断进步，高炉逐步向大型化，长寿化的方向发展；并且在市场竞争日益激烈的今天，更长的出铁时间，更高的铁水流速是出铁沟的必然发展方向。高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料由于长期受到熔渣及铁水侵蚀且工况温度不稳定，致使浇注料易于破损，严重影响了铁水的品质。因此，制备出一种强度优异、热震稳定性好的高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料已迫在眉睫。
“一种氮化硼增强型铁沟料”(CN105777146A)的专利技术，公开了一种以棕刚玉、碳化硅、氧化硅微粉、六方氮化硼、Si微粉和石墨等原料制备的氮化硼增强型铁沟料。该方法在一定程度上提高铁沟料的抗渣侵蚀性和热震稳定性。但其主要缺陷是：(1)六方氮化硼的添加量较大，导致生产成本较高。(2)由于六方氮化硼在900℃时氧化生成氧化硼并与材料中氧化铝反应生成硼酸铝，在此过程产生体积膨胀易使铁沟料发生开裂等现象。
“一种铁沟料”(CN101481254)的专利技术，公开了一种以骨料、矾土熟料、SiC、α氧化铝粉、石墨、金属硅、矾土熟料粉和钢铁厂排放的废料粉为原料，再加入液体树脂制备铁沟用耐火材料。该方法在一定程度上节约资源并减少环境污染。但其主要缺陷是：(1)原料性能不稳定；(2)鳞片石墨流动性较差严重影响铁沟料的施工；(3)没有添加或者原位生成纤维致使铁沟料强度较差。
“一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法”(CN110240486A)的专利技术，公开了一种以以45～65wt％的刚玉骨料、15～35wt％的碳化硅、2～4wt％炭黑、2～10wt％的金属铝粉/陶瓷膜微胶囊、4～6wt％的α-氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，通过外加0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂制备晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。该方法在一定程度上优化了Al2O3-SiC-C浇注料的抗侵蚀和热震稳定性。但其主要缺陷是：莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料生产工艺极为复杂且成本较高：将金属铝粉置于加压水蒸气中，保持10～35min，制得表面腐蚀的金属铝粉；将所述表面腐蚀的金属铝粉置于碱性硅溶胶中放置10～60min，得到混合料浆；再经真空抽滤、并与500～700℃下焙烧2～8小时得到金属铝粉@陶瓷膜微胶囊，并利用原位反应生成莫来石纤维增韧耐火浇注料。另外，该方法存在晶须及纤维的长径比无法得到有效的控制。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，使用该方法所制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料强度高、热震稳定性好，晶须及纤维的长径能够得到有效的控制。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，以55～65份质量的棕刚玉、20～30份质量的碳化硅、6～10份质量的α-氧化铝微粉、2～4份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.3～0.9份质量的莫来石纤维、0.5～1.5份质量的硅微粉、1～3份质量的球状沥青和0.05～0.15份质量的减水剂为添加剂，该方法具体包括以下步骤：
1)按照上述质量份数，先将棕刚玉、碳化硅、莫来石纤维和球状沥青倒入搅拌机中，搅拌10～20分钟；
2)然后将α-氧化铝微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉和减水剂，倒入搅拌，搅拌均匀即得高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
进一步的，棕刚玉中Al2O3含量≥95wt％；棕刚玉的颗粒级配是：30～35wt％的粒径范围在5～8mm之间，27～33wt％的粒径范围在3～5mm之间，35～40wt％的粒径范围在1～3mm之间。
进一步的，碳化硅中SiC含量≥97wt％；碳化硅的颗粒级配是：45～51wt％的粒径范围在0.075～1mm之间，24～31wt％的粒径范围在0.044～0.075mm之间，21～25wt％的粒径范围在0～0.044mm之间。
进一步的，α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm。
进一步的，莫来石纤维为长度1～3mm，直径0.003～0.015mm的莫来石短切纤维。
进一步的，硅微粉粒径≤0.045mm。
进一步的，球状沥青粒径≤0.1mm。
上述制备方法制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
上述莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料在制备高炉出铁沟中的应用。
进一步的，高炉出铁沟，包括主沟体，永久耐火层，外模保温层，主沟体由Al2O3-SiC-C耐火浇注料浇注而成，主沟体内设置有沟槽，主沟体的两个侧面分别设置有裙边，裙边外沿设置有凸块，与外膜保温层上的凹槽相适配；永久耐火层设置在主沟体与外模保温层之间；外模保温层内穿插有冷却水管道，冷却水管道外设置有防漏安全层；永久耐火层的外壁与对应位置的外模保温层的外层内壁上设置有温度探头，温度探头外设置有探头保护套筒，外模保温层的外层内壁上还设置有水蒸气压力传感器。
有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：
1)本发明采用长度1～3mm、直径0.003～0.015mm的莫来石短切纤维作为增强剂添加至高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料。莫来石短切纤维自身其具有耐侵蚀、高模量、耐高温、抗氧化等特性，对抑制基体中裂纹的扩散及促进基体的抗氧化性起到良好的效果。另外，由于莫来石短切纤维在基体中产生的界面脱粘效应及纤维拔出效应等对高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料起到了增韧补强作用；
2)本发明制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料制品在1450℃×3h热处理后的常温抗折强度15～19MPa，1100℃热震水冷5次强度保持率66～77％。显著提升了Al2O3-SiC-C耐火浇注料的强度、热震稳定性；
3)现有技术主要通过添加反应材料原位生成莫来石晶须或者莫来石纤维，存在晶须及纤维的长径比无法得到有效的控制，且原位反应生成晶须或者纤维难以生长到1～3mm的长度，本发明通过原位添加莫来石晶须对产品性能进行增韧，晶须及纤维的长径能够得到有效的控制，且由于纤维加入量较少因此并未影响浇注料的流动性。
附图说明
图1是实施例4中高炉出铁沟的结构示意图；
图2是本发明所制备的莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的材料表征图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
为避免重复，先将本具体实施方式所采用的原料和添加剂统一描述如下，实施例中不再赘述。
棕刚玉中Al2O3含量≥95wt％；棕刚玉的颗粒级配是：30～35wt％的粒径范围在5～8mm之间，27～33wt％的粒径范围在3～5mm之间，35～40wt％的粒径范围在1～3mm之间。
进一步的，碳化硅中SiC含量≥97wt％；碳化硅的颗粒级配是：45～51wt％的粒径范围在0.075～1mm之间，24～31wt％的粒径范围在0.044～0.075mm之间，21～25wt％的粒径范围在0～0.044mm之间。
进一步的，α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm。
进一步的，莫来石纤维为长度1～3mm，直径0.003～0.015mm的莫来石短切纤维。
进一步的，硅微粉粒径≤0.045mm。
进一步的，球状沥青粒径≤0.1mm。
实施例1
一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，以62～65份质量的棕刚玉、20～24份质量的碳化硅、9～10份质量的α-氧化铝微粉、3～4份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.8～0.9份质量的莫来石纤维、0.5～1.5份质量的硅微粉、1～3份质量的球状沥青和0.05～0.15份质量的减水剂为添加剂，该方法具体包括以下步骤：
1)按照上述质量份数，先将棕刚玉、碳化硅、莫来石纤维和球状沥青倒入搅拌机中，搅拌10～20分钟；
2)然后将α-氧化铝微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉和减水剂，倒入搅拌，搅拌均匀即得到高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
本实施例1所制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料制品在1450℃×3h热处理后的常温抗折强度15～17MPa，1100℃热震水冷5次强度保持率66～69％。
实施例2
除下述技术参数外，其余同实施例1。
一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，以58～62份质量的棕刚玉、24～27份质量的碳化硅、7～9份质量的α-氧化铝微粉、2.5～3份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.6～0.8份质量的莫来石纤维、0.5～1.5份质量的硅微粉、1～3份质量的球状沥青和0.05～0.15份质量的减水剂为添加剂。
本实施例2所制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料制品在1450℃×3h热处理后的常温抗折强度16～18MPa，1100℃热震水冷5次强度保持率68～72％。
实施例3
除下述技术参数外，其余同实施例1。
一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，以55～58份质量的棕刚玉、27～30份质量的碳化硅、6～7份质量的α-氧化铝微粉、2～2.5份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.3～0.6份质量的莫来石纤维、0.5～1.5份质量的硅微粉、1～3份质量的球状沥青和0.05～0.15份质量的减水剂为添加剂。
本实施例3所制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料制品在1450℃×3h热处理后的常温抗折强度17～19MPa，1100℃热震水冷5次强度保持率72～77％。
实施例4
使用上述实施例所制备的莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料应用于制备高炉出铁沟，包括主沟体1，永久耐火层2，外模保温层3，主沟体1由Al2O3-SiC-C耐火浇注料浇注而成，内设置有沟槽4，主沟体1的两个侧面分别设置有裙边5，裙边5外沿设置有凸块6，与外膜保温层3上的凹槽相适配；永久耐火层2设置在主沟体1与外模保温层3之间；外模保温层3内穿插有冷却水管道7，冷却水管道7外设置有防漏安全层8作为保护，防漏安全层8为金属陶瓷，避免冷水外漏对设置在附近的检测器件造成损坏，影响其准确性；温度探头9分别均匀设置在永久耐火层2的外侧壁和底壁与对应位置的外模保温层3的外层内壁上，温度探头9外设置有探头保护套筒10，保护套筒能够对连接导线与探头本体的连接处起到防磨、防断的作用，同时再次避免冷水及水蒸气对温度探头检测的影响；外模保温层3的外层内壁上还设置有水蒸气压力传感器11，水蒸气压力传感器11均匀设置在外模保温层3的外层内侧壁和底壁上；温度探头9、压力传感器11分别与控制***连接，控制***根据永久耐火层外壁的温度探头和外模保温层的外层内壁上的温度探头检测到的温度差值，判断冷却的效果，控制冷却水的流量；同时控制***根据水蒸气压力传感器的压力值评估密闭空间内的水蒸气压力大小。
沟槽4内壁面形状为半圆形、U形或V形，有利于渣铁顺利通过，沟槽大小可根据高炉出铁沟的具体尺寸和结构进行相适应设计。
莫来石纤维自身具有耐侵蚀、高模量、耐高温、抗氧化等特性，对抑制基体中裂纹的扩散及促进基体的抗氧化性起到良好的效果。另外，由于莫来石纤维在基体中产生的界面脱粘效应及纤维拔出效应等对高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C浇注料起到了增韧补强作用，降低常规高温出铁沟浇注料易于破损的概率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，以55～65份质量的棕刚玉、20～30份质量的碳化硅、6～10份质量的α-氧化铝微粉、2～4份质量的纯铝酸钙水泥为原料，以0.3～0.9份质量的莫来石纤维、0.5～1.5份质量的硅微粉、1～3份质量的球状沥青和0.05～0.15份质量的减水剂为添加剂，来制备高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料，具体包括以下步骤：
1)按照上述质量份数，先将棕刚玉、碳化硅、莫来石纤维和球状沥青倒入搅拌机中，搅拌10～20分钟；
2)然后将α-氧化铝微粉、纯铝酸钙水泥、硅微粉和减水剂，倒入搅拌，搅拌均匀即得高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
2.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述棕刚玉中Al2O3含量≥95wt％；所述棕刚玉的颗粒级配是：30～35wt％的粒径范围在5～8mm之间，27～33wt％的粒径范围在3～5mm之间，35～40wt％的粒径范围在1～3mm之间。
3.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅中SiC含量≥97wt％；所述碳化硅的颗粒级配是：45～51wt％的粒径范围在0.075～1mm之间，24～31wt％的粒径范围在0.044～0.075mm之间，21～25wt％的粒径范围在0～0.044mm之间。
4.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm。
5.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述莫来石纤维为长度l～3mm，直径0.003～0.015mm的莫来石短切纤维。
6.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述硅微粉粒径≤0.045mm。
7.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法，其特征在于，所述球状沥青粒径≤0.1mm。
8.权利要求1～7项中任一项所述方法制备的高炉出铁沟用莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料。
9.权利要求8所述的莫来石纤维增韧Al2O3-SiC-C耐火浇注料在制备高炉出铁沟中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述出铁沟包括主沟体(1)，永久耐火层(2)，外模保温层(3)，所述主沟体(1)由Al2O3-SiC-C耐火浇注料浇注而成，主沟体(1)内设置有沟槽(4)，主沟体(1)的两个侧面分别设置有裙边(5)，裙边(5)外沿设置有凸块(6)，与外膜保温层(3)上的凹槽相适配；所述永久耐火层(2)设置在主沟体(1)与外模保温层(3)之间；所述外模保温层(3)内穿插有冷却水管道(7)，所述冷却水管道(7)外设置有防漏安全层(8)；所述永久耐火层(2)的外壁与对应位置的外模保温层(3)的外层内壁上设置有温度探头(9)，所述温度探头(9)外设置有探头保护套筒(10)，所述外模保温层(2)的外层内壁上还设置有水蒸气压力传感器(11)。
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