CN117923885A - 一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:钛铝酸钙20%~30%、铬刚玉20%~32%、棕刚玉6%~18%、绿碳化硅9%~17%、促烧结剂2%~8%、碳材料6%~14%、膨胀剂3%~9%、增塑剂1%~7%、金属钛粉0.3%~1.5%,金属钒粉0.3%~1.5%,金属铝粉0.3%~1.5%;外加液体结合剂6%~12%。该高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,加入金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉做抗氧化剂,同时金属钒、金属钛还能与碳形成碳化钒、碳化钛等高硬度金属间化合物,而且金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉高温下可形成钒钛铝合金,大大提升炮泥的强度,使炮泥的抗氧化性能、抗冲刷性能均得到增强。
Description
技术领域
本发明属于高炉堵铁口用炮泥技术领域,具体涉及一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥。
背景技术
炮泥材料是高炉冶炼过程中不可或缺的材料,起初高炉炉前出铁口通常使用有水炮泥,随着冶炼工艺及炼铁辅材的不断发展,有水炮泥逐渐被无水炮泥取代。炮泥材料主要用于高炉出铁完毕后的封堵出铁口,依靠炮泥机的高压力将炮泥打入出铁口一定深度,从而将出铁口封闭,等高炉中冶炼完成有足够的铁水,又使用开口机将封闭出铁口的炮泥钻透,从而实现再次出铁,往复循环。因此高炉每次出铁都要消耗一定量的炮泥材料,对于连续运转的钢铁企业来讲,炮泥消耗量很大,随着冶炼工艺的不断发展,对炮泥性能要求也越来越高,一是炮泥要具有较好的塑性满足施工要求,二是炮泥要具备足够的抗侵蚀性能以抵抗渣铁冲刷侵蚀。
高炉出铁口孔洞长度通常可达3.3米,工作过程中,炉子内侧的温度约1500-2300℃,内侧的炮泥在高温下烧结,强度得以提高,而炉子外侧的温度约100℃,孔洞外侧的炮泥没有烧结,强度显著不足。为解决该问题,目前多采用向炮泥中加大量的焦炭粉的方法,焦炭粉可提高炮泥的透气性,使高炉内侧的热气流可通过炮泥的气孔传到外侧,使泡泥整体烧结。然而,焦炭粉的加入,气孔率的升高,又会使炮泥的抗侵蚀、抗冲刷性能显著下降,并且,焦炭粉中的碳易被氧化,氧化后会使炮泥的高温强度大大下降。钒钛炮泥目前被认为是性能最好的炮泥。公开号为CN111848144A的中国专利文献公开了一种含钛出铁口修复炮泥及其制备方法,其在制备原料中加入了钒钛粉以制备钒钛炮泥。但是,目前已有的钒钛炮泥高温强度性能、抗侵蚀、抗冲刷性能仍不足。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,加入金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉做抗氧化剂,同时金属钒、金属钛还能与碳形成碳化钒、碳化钛等高硬度金属间化合物,而且金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉高温下可形成钒钛铝合金,大大提升炮泥的强度,使炮泥的抗氧化性能、抗冲刷性能均得到增强。
为了解决上述问题,本发明提供一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙20%~30%、铬刚玉20%~32%、棕刚玉6%~18%、绿碳化硅9%~17%、促烧结剂2%~8%、碳材料6%~14%、膨胀剂3%~9%、增塑剂1%~7%、金属钛粉0.3%~1.5%,金属钒粉0.3%~1.5%,金属铝粉0.3%~1.5%;外加液体结合剂6%~12%。
优选地,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙22%~28%、铬刚玉23%~29%、棕刚玉9%~14%、绿碳化硅12%~15%、促烧结剂3%~6%、碳材料8%~12%、膨胀剂5%~7%、增塑剂2%~5%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂7%~10%。
优选地,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙25%、铬刚玉25%、棕刚玉10%~12%、绿碳化硅14%、促烧结剂5%、碳材料10%、膨胀剂6%、增塑剂3%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂8%~10%。
优选地,所述碳材料为焦炭粉和高温沥青粉的混合,焦炭粉与高温沥青粉的质量比为6~8:3。
优选地,所述膨胀剂为蓝晶石与石英粉的混合,蓝晶石与石英粉的质量比为3~5:2。
优选地,所述增塑剂为白粘土与甲基纤维素的混合,白粘土与甲基纤维素的质量比为15~40:1。
优选地,金属钒粉与金属钛粉的总质量与碳材料的质量的比为1~1.5:10。
优选地,金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的质量比为0.5~1:0.5~1:0.5~1。
优选地,钛铝酸钙包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1:1-2;
铬刚玉包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1.5-4:1。
优选地,所述液体结合剂为酚醛树脂。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其中,钛铝酸钙是钛铁合金的冶金过程中产生的副产品,其耐火度可达1790℃以上,在高温工业上有很好的利用价值,但多年来被作为固体废弃材料没有得到合理利用,占用大量的土地资源,而且还会对环境造成一定的破坏,对其充分利用,可降低炮泥生产成本,提高工业副产品的利用度。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成,经冶炼成的结晶体纯度高,硬度大,其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,相比于97碳化硅纯度高、杂质含量少、硬度高。促烧结剂,可促进出铁口孔洞两端炮泥烧结,提高炮泥强度。碳材料一方面可以提高炮泥的透气性,使工作过程中,高炉内侧的热气流可通过炮泥的气孔传到外侧,促进高炉外侧炮泥的烧结,另一方面高温后可促进烧结,提高炮泥强度。膨胀剂可抵抗炮泥在高温下的体积收缩。增塑剂可提高材料塑性,满足施工要求。
本发明的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,还加入了金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉,钒、钛及其氧化物都属于高熔点物质,其与熔渣中的氧化钙、氧化铝在高温下生成钛酸钙、钛酸铝、钛铝酸钙、钒酸钙、钒酸铝等也属于高熔点物相,从而在铁口附近或者泥包位置聚集大量固态的高熔点物相,使炮泥的抗侵蚀、抗冲刷性能显著提高;金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉还均可以作为抗氧化剂,金属钛粉、金属钒粉在高温下分别可与碳材料反应生成碳化钛和碳化钒,一般与碳形成新物质后,新生成的相会包裹在碳表面,从而阻止了氧气与碳进一步反应,提高了碳的抗氧化性,金属铝粉可先于碳与氧气反应,从而减少了碳的氧化。此外,生成的碳化钛、碳化钒均属于硬度非常高的材料,可提高炮泥的整体高温强度性能。此外,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉在高温下也可生成钒钛铝合金,而钒钛铝合金也是高硬度材料,可使炮泥整体高温强度升高,抗冲刷性能提高。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙20%~30%、铬刚玉20%~32%、棕刚玉6%~18%、绿碳化硅9%~17%、促烧结剂2%~8%、碳材料6%~14%、膨胀剂3%~9%、增塑剂1%~7%、金属钛粉0.3%~1.5%,金属钒粉0.3%~1.5%,金属铝粉0.3%~1.5%;外加液体结合剂6%~12%。
本发明实施例的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其中,钛铝酸钙是钛铁合金的冶金过程中产生的副产品,其耐火度可达1790℃以上,在高温工业上有很好的利用价值,但多年来被作为固体废弃材料没有得到合理利用,占用大量的土地资源,而且还会对环境造成一定的破坏,对其充分利用,可降低炮泥生产成本,提高工业副产品的利用度。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成,经冶炼成的结晶体纯度高,硬度大,其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,相比于97碳化硅纯度高、杂质含量少、硬度高。促烧结剂,可促进出铁口孔洞两端炮泥烧结,提高炮泥强度。碳材料一方面可以提高炮泥的透气性,使工作过程中,高炉内侧的热气流可通过炮泥的气孔传到外侧,促进高炉外侧炮泥的烧结,另一方面高温后可促进烧结,提高炮泥强度。膨胀剂可抵抗炮泥在高温下的体积收缩。增塑剂可提高材料塑性,满足施工要求。
本发明实施例的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,还加入了金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉,钒、钛及其氧化物都属于高熔点物质,其与熔渣中的氧化钙、氧化铝在高温下生成钛酸钙、钛酸铝、钛铝酸钙、钒酸钙、钒酸铝等也属于高熔点物相,从而在铁口附近或者泥包位置聚集大量固态的高熔点物相,使炮泥的抗侵蚀、抗冲刷性能显著提高;金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉还均可以作为抗氧化剂,金属钛粉、金属钒粉在高温下分别可与碳材料反应生成碳化钛和碳化钒,一般与碳形成新物质后,新生成的相会包裹在碳表面,从而阻止了氧气与碳进一步反应,提高了碳的抗氧化性,金属铝粉可先于碳与氧气反应,从而减少了碳的氧化。此外,生成的碳化钛、碳化钒均属于硬度非常高的材料,可提高炮泥的整体高温强度性能。此外,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉在高温下也可生成钒钛铝合金,而钒钛铝合金也是高硬度材料,可使炮泥整体高温强度升高,抗冲刷性能提高。
在一些实施方式中,高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙22%~28%、铬刚玉23%~29%、棕刚玉9%~14%、绿碳化硅12%~15%、促烧结剂3%~6%、碳材料8%~12%、膨胀剂5%~7%、增塑剂2%~5%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂7%~10%。采用上述质量百分比时,可使钒钛炮泥的抗冲刷、抗侵蚀、高温强度性能更高。
在一些实施方式中,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙25%、铬刚玉25%、棕刚玉10%~12%、绿碳化硅14%、促烧结剂5%、碳材料10%、膨胀剂6%、增塑剂3%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂8%~10%。采用上述质量百分比时,可使钒钛炮泥的抗冲刷、抗侵蚀、高温强度性能更高。
在一些实施方式中,碳材料可以为焦炭粉、高温沥青粉等材料。优选地,碳材料采用焦炭粉与高温沥青粉的混合。焦炭粉和高温沥青粉都可以提高炮泥的通气性,便于加快炉内热量的传递,相比之下,焦炭粉的疏松程度更高,通气性更强,而高温沥青粉具有高温粘结性,在高温下还可促进炮泥烧结,提高炮泥强度,将二者混合作为碳材料,可同时兼具更好的透气性和促烧结性。由于焦炭粉通气性更强,高温沥青粉可促进炮泥烧结,而相比于焦炭粉,高温沥青粉的杂质含量更高。因此,优选地,焦炭粉与高温沥青粉的质量比为6~8:3。采用上述比例时,可获得更好的炮泥高温性能。
在一些实施方式中,膨胀剂可以为蓝晶石、石英粉等材料。优选地,所述膨胀剂为蓝晶石与石英粉的混合。蓝晶石在高温煅烧的条件下,主要在1400℃的温度下会发生分解,由原来的晶相转变为莫来石相,析出游离的SiO2,从而产生显著的体积膨胀,膨胀率可达16%-18%。石英粉的膨胀温度一般在1200℃左右,在这个温度范围内,石英粉会发生一系列的化学反应,逐渐扩张,产生一定的体积膨胀。蓝晶石与石英粉可在不同的温度下产生膨胀,并且膨胀率不同,二者配合后可缓解炮泥在不同温度范围内的体积收缩。由于蓝晶石与石英粉的膨胀率不同,二者不同配比可使炮泥产生不同的体积膨胀,并且石英粉加入过多可产生低熔相,使炮泥高温性能降低。因此,优选地,蓝晶石与石英粉的质量比为3~5:2。在该比例范围内,炮泥在高温下产生的体积收缩可与上述膨胀剂的膨胀相适应,且不会产生过多低熔相,降低高温性能。
在一些实施方式中,增塑剂可以为白粘土、甲基纤维素等。优选地,所述增塑剂为白粘土与甲基纤维素的混合。二者的增塑效果不同,优选地,白粘土与甲基纤维素的质量比为15~40:1。在该比例范围内,炮泥的施工性能更好。
在一些实施方式中,在炮泥未烧结之前,碳材料可提高炮泥气孔率,便于炉缸内部热气流的传递,促进外侧炮泥的烧结,而随着炉缸内部温度的升高,碳材料与金属钛粉、金属钒粉生成高硬度的材料碳化钛、碳化钒,提高炮泥高温强度,由于碳材料中的高温沥青粉可促进炮泥烧结,而金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉还可生成高硬度的钒钛铝合金,因此,金属钛粉、金属钒粉需要与碳材料生成适当的碳化钛、碳化钒,才可使炮泥的高温性能进一步提高。优选地,金属钒粉与金属钛粉的总质量与碳材料的质量的比为1~1.5:10。在该比例范围下,金属钒粉、金属钛粉与碳材料的反应量适当,炮泥高温性能更好。
在一些实施方式中,金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉高温下可生成钒钛铝合金,钒钛铝合金具有很高的硬度,可使炮泥高温强度性能提高。而金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉需要具有适当的质量比才可使三者之间生成性能更好的合金,并且金属钛粉、金属钒粉与碳材料的反应,金属铝粉与氧气的反应会造成金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的部分消耗。综合考虑上述问题,优选地,金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的质量比为0.5~1:0.5~1:0.5~1。在该质量范围下,炮泥的高温强度性能更好。
在一些实施方式中,钛铝酸钙包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1:1-2。在该粒度级配下,炮泥的高温强度性能和施工性能更好。
在一些实施方式中,铬刚玉包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1.5-4:1。在该粒度级配下,炮泥的高温强度性能和施工性能更好。
在一些实施方式中,促烧结剂为氮化硅铁。
在一些实施方式中,液体结合剂为酚醛树脂。
实施例1
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉10.5%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属钒粉0.5%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
实施例2
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉10%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属钒粉0.5%、金属铝粉1%,外加酚醛树脂9%。
实施例3
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉10%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉1%、金属钒粉0.5%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
实施例4
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉10%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属钒粉1%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
实施例5
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒12%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒9%、棕刚玉9%、绿碳化硅15%、氮化硅铁6%、焦炭粉5.5%、高温沥青粉2.5%、蓝晶石5%、石英粉2%、白粘土1.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属钒粉0.5%、金属铝粉1%,外加酚醛树脂9%。
实施例6
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒16.5%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒15%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒8%、棕刚玉12.5%、绿碳化硅12%、氮化硅铁3%、焦炭粉8%、高温沥青粉4%、蓝晶石3%、石英粉2%、白粘土3.8%、甲基纤维素0.2%、金属钛粉0.7%、金属钒粉0.8%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
实施例7
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒12%、棕刚玉6%、绿碳化硅17%、氮化硅铁8%、焦炭粉4%、高温沥青粉2%、蓝晶石6%、石英粉3%、白粘土0.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.3%、金属钒粉0.3%、金属铝粉0.4%,外加酚醛树脂9%。
实施例8
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒18%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒15%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉15%、绿碳化硅9%、氮化硅铁2%、焦炭粉10%、高温沥青粉4%、蓝晶石2%、石英粉1%、白粘土6.2%、甲基纤维素0.3%、金属钛粉1%、金属钒粉1%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
实施例9
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为6.7%,高温沥青粉为3.3%,其余组分与实施例1相同。即焦炭粉、高温沥青粉的总质量分数不变,二者质量比为2:1。
实施例10
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为7.2%,高温沥青粉为2.8%,其余组分与实施例1相同。即焦炭粉、高温沥青粉的总质量分数不变,二者质量比为2.6:1。
实施例11
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为6%,高温沥青粉为4%,其余组分与实施例1相同。即焦炭粉、高温沥青粉的总质量分数不变,二者质量比为1.5:1。
实施例12
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为8%,高温沥青粉为2%,其余组分与实施例1相同。即焦炭粉、高温沥青粉的总质量分数不变,二者质量比为4:1。
实施例13
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为蓝晶石为3.6%,石英粉为2.4%。即蓝晶石、石英粉的总质量分数不变,二者质量比为1.5:1。
实施例14
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为蓝晶石为4.2%,石英粉为1.8%。即蓝晶石、石英粉的总质量分数不变,二者质量比为2.3:1。
实施例15
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为蓝晶石为3%,石英粉为3%。即蓝晶石、石英粉的总质量分数不变,二者质量比为1:1。
实施例16
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为蓝晶石为4.5%,石英粉为1.5%。即蓝晶石、石英粉的总质量分数不变,二者质量比为3:1。
实施例17
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为6.4%,高温沥青粉为2.7%,金属钛粉为0.8%,金属钒粉为0.8%,金属铝粉为0.8%。即碳材料、金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉总质量分数不变,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉的质量比不变,而金属钛粉、金属钒粉的总质量与碳材料的质量比为1.48:10。
实施例18
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为6.6%,高温沥青粉为2.8%,金属钛粉为0.7%,金属钒粉为0.7%,金属铝粉为0.7%。即碳材料、金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉总质量分数不变,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉的质量比不变,而金属钛粉、金属钒粉的总质量与碳材料的质量比为1.76:10。
实施例19
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为焦炭粉为7.2%,高温沥青粉为3.1%,金属钛粉为0.4%,金属钒粉为0.4%,金属铝粉为0.4%。即碳材料、金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉总质量分数不变,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉的质量比不变,而金属钛粉、金属钒粉的总质量与碳材料的质量比为0.78:10。
实施例20
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为金属钛粉为0.3%,金属钒粉为0.7%,金属铝粉为0.5%。即金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉总质量分数不变,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉质量比为1:2.33:1.67。
实施例21
本实施例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,与实施例1相比,区别为金属钛粉为0.7%,金属钒粉为0.3%,金属铝粉为0.5%。即金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉总质量分数不变,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉质量比为2.33: 1:1.67。
对比例1
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒15%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒10%、棕刚玉12%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%,外加酚醛树脂9%。
对比例2
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒15%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒10%、棕刚玉11.5%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
对比例3
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉11.5%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
对比例4
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉11.5%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钒粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
对比例5
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉11%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
对比例6
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉11%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钛粉0.5%、金属钒粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
对比例7
本对比例所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,包括以下质量百分比的组分:
粒度>1mm且≤3mm的钛铝酸钙颗粒10%、粒度>0mm且≤1mm的钛铝酸钙颗粒15%、粒度>1mm且≤3mm的铬刚玉颗粒20%、粒度>0mm且≤1mm的铬刚玉颗粒5%、棕刚玉11%、绿碳化硅14%、氮化硅铁5%、焦炭粉7%、高温沥青粉3%、蓝晶石4%、石英粉2%、白粘土2.9%、甲基纤维素0.1%、金属钒粉0.5%、金属铝粉0.5%,外加酚醛树脂9%。
按上述各实施例、对比例中的质量百分比配置原料,混合后先搅拌2分钟,加入10%的树脂后再搅拌3分钟,震动浇注成型为40mm×40mm×160mm的样块,养护24小时,烘烤200℃×24h,在高温炉中烧1350℃×3h,做1400℃×0.5h热态抗折强度测试,测试结果如下表1所示。
由下表1数据可以看出,对比例1中未加入金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉,高温下炮泥中未生成钛酸钙、钛酸铝、钛铝酸钙、钒酸钙、钒酸铝等高熔点物相,其炮泥的高温性能较差。对比例2仅加入了金属铝粉,抗氧化性能比对比例1稍强,对比例3、4中分别只加入了金属钛粉、金属钒粉,高温下可生成钛酸钙、钒酸钙等,高温性能较对比例1稍强。对比例5、6、7中分别未加入金属钒粉、金属铝粉、金属钛粉,在高温下可生成钛酸钙、钛酸铝、钛铝酸钙、钒酸钙、钒酸铝等高熔点物相,也可有一定的抗氧化性,且生成高硬度的碳化钒、碳化钛,但不能生成钒钛铝合金,相比于各实施例,其高温性能仍稍差。 本发明各实施例的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,相比于各对比例,由于可生成碳化钛、碳化钒、钒钛铝合金高硬度物相,获得了优于各对比例的高温强度性能。
本发明各实施例中,实施例1-6相比于实施例7、8,各组分的质量百分比为更优选的范围,炮泥的高温性能优于实施例7、8,其中,实施例1-4为进一步优选的实施方式,性能优于实施例5、6,实施例1为最优选的实施方式。
实施例1、9-12相比,区别为焦炭粉与高温沥青粉的质量比不同。焦炭粉和高温沥青粉都可以提高炮泥的通气性,便于加快炉内热量的传递,相比之下,焦炭粉的疏松程度更高,通气性更强,而高温沥青粉具有高温粘结性,在高温下还可促进炮泥烧结,提高炮泥强度,但高温沥青粉的杂质含量更高。经实验发现,焦炭粉与高温沥青粉的质量比的调整会通过影响炮泥通气性、高温粘结性、杂质含量而影响炮泥性能。其中,实施例1、9、10中焦炭粉与高温沥青粉的质量比适宜,低温下通气性强,高温下促烧结性强,同时杂质含量可不影响炮泥性能,获得的炮泥高温性能比实施例11、12更好。
实施例1、13-16相比,区别为蓝晶石与石英粉的质量比不同。蓝晶石与石英粉可在不同的温度下发生晶相的转变,且产生不同大小的体积膨胀,二者配合后可缓解炮泥在不同温度范围内的体积收缩。由于蓝晶石与石英粉的膨胀率不同,二者不同配比可使炮泥产生不同的体积膨胀,并且石英粉加入过多可产生低熔相,使炮泥高温性能降低。其中,实施例1、13、14中蓝晶石与石英粉的质量比适宜,产生的体积膨胀可与炮泥的体积收缩相适应,且不会产生过多低熔相,获得的炮泥高温性能比实施例15、16更好。
实施例1、17-19相比,区别为金属钒粉与金属钛粉的总质量与碳材料的质量的比不同。碳材料与金属钛粉、金属钒粉可生成高硬度的材料碳化钛、碳化钒,提高炮泥高温强度,而碳材料中的高温沥青粉可促进炮泥烧结,金属钛粉、金属钒粉、金属铝粉还可生成高硬度的钒钛铝合金,因此,金属钛粉、金属钒粉需要与碳材料生成适当的碳化钛、碳化钒,才可使炮泥的高温性能进一步提高。其中,实施例1、17中金属钒粉与金属钛粉的总质量与碳材料的质量的比更适宜,获得的炮泥高温性能比实施例18、19更好。
实施例1、20、21相比,区别为金属钒粉、金属钛粉、金属铝粉的质量比不同。金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉需要具有适当的质量比才可使三者之间生成性能更好的合金,并且金属钛粉、金属钒粉与碳材料的反应,金属铝粉与氧气的反应会造成金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的部分消耗。实施例1中金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的质量比适宜,获得的炮泥高温性能比实施例20、21更好。
表1
200℃×24h烘后体积密度/g/cm3 | 200℃×24h烘后冷态抗折强度/ MPa | 200℃×24h烘后冷态耐压强度/ MPa | 1350℃×3h烧后冷态抗折强度/ MPa | 1350℃×3h烧后冷态耐压强度/ MPa | 1350℃×3h烧后永久线变化率 | 1400℃×0.5h热态抗折强度/ MPa | |
实施例1 | 2.3 | 2.7 | 26.9 | 3.5 | 45.2 | 0% | 1.9 |
实施例2 | 2.2 | 2.5 | 24.5 | 2.7 | 32.5 | 0.1% | 1.6 |
实施例3 | 2.1 | 2.4 | 24.3 | 2.9 | 33.5 | 0.1% | 1.5 |
实施例4 | 2.2 | 2.4 | 23.6 | 2.7 | 33.7 | 0.1% | 1.4 |
实施例5 | 2.2 | 2.1 | 22.8 | 2.6 | 30.2 | 0.1% | 1.2 |
实施例6 | 2.3 | 2.2 | 22.4 | 2.5 | 29.3 | 0.2% | 1.1 |
实施例7 | 2.1 | 2.0 | 20.1 | 2.3 | 28.6 | 0.3% | 1.0 |
实施例8 | 2.4 | 2.1 | 20.6 | 2.2 | 28.1 | 0.3% | 1.0 |
实施例9 | 2.3 | 2.8 | 26.8 | 3.3 | 42.2 | 0% | 1.8 |
实施例10 | 2.3 | 2.5 | 25.3 | 3.2 | 43.1 | 0% | 1.6 |
实施例11 | 2.3 | 2.9 | 26.9 | 2.5 | 37.6 | 0% | 1.2 |
实施例12 | 2.3 | 2.4 | 24.7 | 2.3 | 36.2 | 0.1% | 1.1 |
实施例13 | 2.3 | 2.6 | 26.4 | 3.4 | 41.5 | 0% | 1.7 |
实施例14 | 2.3 | 2.5 | 25.4 | 3.2 | 43.2 | 0% | 1.8 |
实施例15 | 2.3 | 2.7 | 26.7 | 2.7 | 38.2 | -0.1% | 1.3 |
实施例16 | 2.3 | 2.6 | 24.6 | 2.5 | 36.1 | 0% | 1.1 |
实施例17 | 2.3 | 2.6 | 26.2 | 3.3 | 42.1 | 0% | 1.6 |
实施例18 | 2.3 | 2.5 | 25.3 | 2.4 | 35.3 | 0.1% | 1.2 |
实施例19 | 2.3 | 2.5 | 26.6 | 2.6 | 34.6 | 0.1% | 1.0 |
实施例20 | 2.3 | 2.6 | 26.4 | 2.4 | 34.1 | 0% | 1.2 |
实施例21 | 2.3 | 2.6 | 26.2 | 2.7 | 36.5 | 0% | 1.1 |
对比例1 | 2 | 2 | 21.5 | 1.3 | 19 | -1% | 0.7 |
对比例2 | 2.2 | 2.1 | 23.2 | 1.7 | 22.9 | -1% | 1.1 |
对比例3 | 2.1 | 2.2 | 23.9 | 1.7 | 21.8 | -0.8% | 0.9 |
对比例4 | 2 | 2.2 | 24.1 | 1.8 | 22.4 | -0.6% | 1.2 |
对比例5 | 2 | 2.5 | 24.3 | 1.9 | 25.1 | -0.5% | 1.1 |
对比例6 | 2.1 | 2.2 | 24.1 | 2 | 27.2 | 0% | 1.3 |
对比例7 | 2.2 | 2.3 | 23.6 | 2.1 | 24.8 | 0.1% | 0.9 |
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙20%~30%、铬刚玉20%~32%、棕刚玉6%~18%、绿碳化硅9%~17%、促烧结剂2%~8%、碳材料6%~14%、膨胀剂3%~9%、增塑剂1%~7%、金属钛粉0.3%~1.5%,金属钒粉0.3%~1.5%,金属铝粉0.3%~1.5%;外加液体结合剂6%~12%。
2.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙22%~28%、铬刚玉23%~29%、棕刚玉9%~14%、绿碳化硅12%~15%、促烧结剂3%~6%、碳材料8%~12%、膨胀剂5%~7%、增塑剂2%~5%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂7%~10%。
3.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:
钛铝酸钙25%、铬刚玉25%、棕刚玉10%~12%、绿碳化硅14%、促烧结剂5%、碳材料10%、膨胀剂6%、增塑剂3%、金属钛粉0.5%~1%,金属钒粉0.5%~1%,金属铝粉0.5%~1%;外加液体结合剂8%~10%。
4.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
所述碳材料为焦炭粉和高温沥青粉的混合,焦炭粉与高温沥青粉的质量比为6~8:3。
5.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
所述膨胀剂为蓝晶石与石英粉的混合,蓝晶石与石英粉的质量比为3~5:2。
6.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:所述增塑剂为白粘土与甲基纤维素的混合,白粘土与甲基纤维素的质量比为15~40:1。
7.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
金属钒粉与金属钛粉的总质量与碳材料的质量的比为1~1.5:10。
8.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
金属铝粉、金属钛粉、金属钒粉的质量比为0.5~1:0.5~1:0.5~1。
9.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
钛铝酸钙包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1:1-2;
铬刚玉包括粒度>1mm且≤3mm的颗粒和粒度>0mm且≤1mm的颗粒;粒度>1mm且≤3mm的颗粒、粒度>0mm且≤1mm的颗粒的质量比为1.5-4:1。
10.根据权利要求1所述的高炉堵铁口用钒钛铝合金炮泥,其特征在于:
所述液体结合剂为酚醛树脂。
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