CN101857446A - 脱硫搅拌器用耐火浇注料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫搅拌器用耐火浇注料，由浇注料基料和适量的添加剂混合而成。其中，所述浇注料基料的组分重量百分比为：烧结锆莫来石26～33％、普通电熔莫来石26～35％、焦宝石5～9％、蓝晶石4～7％、特级高铝矾土熟料5～10％、硅微粉3～5％、α-Al₂O₃微粉3～5％、ρ-Al₂O₃微粉5～8％、纯铝酸钙水泥1.5～3.5％、致密刚玉细粉1.5～3.5％；所述添加剂为耐热钢纤维、聚丙烯纤维、金属铝粉、三聚磷酸钠和三聚氰胺中的三种或三种以上，且以所述浇注料基料的重量为基准，所述添加剂的各组分占浇注料基料重量的百分比为：耐热钢纤维1～2％、聚内烯纤维0～0.15％、金属铝粉0～0.5％、三聚磷酸钠0～0.3％、三聚氰胺0～0.5％。该耐火浇注料性能优良、成本低廉、原材料来源广；与现有技术相比，可使KR脱硫搅拌器的平均使用寿命提高100次以上。

Description

脱硫搅拌器用耐火浇注料

技术领域

本发明属于铁水罐中铁水脱硫预处理用耐火材料，具体地涉及一种脱硫搅拌器用耐火浇注料。

背景技术

目前，围内外冶金企业转炉炼钢前铁水炉外搅拌脱硫所使用的脱硫搅拌器是由搅拌金属芯和耐火材料衬体构成。其中，搅拌器衬体用耐火材料均是莫来石质耐火浇注料。以武汉钢铁(集团)公司第二炼钢厂KR铁水脱硫搅拌器为例，由其制作规程可知，所使用的耐火浇注料的主要成分按重量百分比为Al₂O₃≥60％、Si O₂占30～35％；其物理性能为：抗压强度110℃×24h≥24Mpa、1500℃×3h≥60Mpa，体积密度110℃×24h≥2.6g/cm³、1500℃×3h≥2.5g/cm³；烧后线变化：1500℃×3h为±0.5％；其使用的主要原材料为高纯电熔莫来石。该耐火浇注料在KR脱硫搅拌器的实际应用中存在易剥落、冲蚀和开裂的问题，导致搅拌器使用寿命较短。同时，高纯电熔莫来石原材料的采用，也大大增加了耐火浇注料的制作成本。

针对上述不足，授权公告号为CN100351209C的中国发明专利说明书提供了一种铁水脱硫搅拌器用耐火浇注料，该耐火浇注料按重量百分比的组成为：普通电熔莫来石55～65％，焦宝石3～10％，蓝晶石3～7％、特级高铝矾土熟料7～15％、硅微粉3～6％、α-Al₂O₃微粉5～10％、纯铝酸钙水泥3～10％、致密刚玉细粉1.5～2.5％，并外加2～2.5％的钢纤维和少量的添加剂。该发明通过选择烧结温度较低的普通电熔莫来石与焦宝石为骨料，以改善浇注料骨料与粉料间的烧结状况，提高使用条件下搅拌器耐火材料衬体的密实度和抗熔渣渗透能力，降低浇注料成本，并在100吨铁水包上应用，使搅拌器使用寿命由350～450次提高到500～550次。宋玉海译“铁水脱硫搅拌器用浇注料的改进”，《国外耐火材料》，2006，(31)4，报道了一种改进型搅拌器用浇注料，其主要成分为Al₂O₃：45％、SiO₂：32％、SiC：16％、CaO：2.5％，外加钢纤维6％和少量增强剂，通过A、B两厂的工业性试验，与改进前相比，搅拌器使用寿命分别由260次和160次提高到325次和223次。公开号为CN101337821A、名称为《KR搅拌桨用低密度耐火浇注料》的中国发明专利说明书提供了一种体积密度为2.3～2.7g/cm³的搅拌桨用低密度耐火浇注料，它由60～80％的骨料和20～40％的粉料构成，并外加0.03～0.35％的添加剂、0.02～0.5％的防爆剂与0～7％的钢纤维，并分别在120吨、150吨和180吨铁水包上应用，使KR搅拌桨的使用寿命由160次、220次和180次分别提高到320次、380次和350次。虽然上述技术方案通过浇注料性能的改进，在实际应用中取得了延长搅拌器使用寿命的效果，但采取的均是增加钢纤维添加量的改善手段。由于钢纤维存在高温氧化严重的问题，制约了其对提高浇注料强度、热震稳定性等效果的充分发挥，导致搅拌器浇注料工作衬热震龟裂与裂纹剥落仍十分严重；此外，由于碳化硅材料的烧结温度高，高比例的加入不利于浇注料力学性能的改善与浇注料高温处理的致密化，导致高温熔体渗透与组织劣化，引起浇注料工作衬的结构剥落。基于上述原因，上述现有技术方案最终均影响了浇注料的改进效果与搅拌器使用寿命的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足，提供一种性能优良、成本低廉、原材料来源广的脱硫搅拌器用耐火浇注料。在不改变搅拌器结构与使用条件下，与现有技术相比，可使KR脱硫搅拌器的平均使用寿命提高100次以上。

为实现上述目的，本发明提供的一种脱硫搅拌器用耐火浇注料由浇注料基料和适量的添加剂混合而成。其中，所述浇注料基料的组分重量百分比为：烧结锆莫来石26～33％、普通电熔莫来石26～35％、焦宝石5～9％、蓝晶石4～7％、特级高铝矾土熟料5～10％、硅微粉3～5％、α-Al₂O₃微粉3～5％、ρ-Al₂O₃微粉5～8％、纯铝酸钙水泥1.5～3.5％、致密刚玉细粉1.5～3.5％；所述添加剂为耐热钢纤维、聚丙烯纤维、金属铝粉、三聚磷酸钠和三聚氰胺中的三种或三种以上，且以所述浇注料基料的重量为基准，所述添加剂的各组分占浇注料基料重量的百分比为：耐热钢纤维1～2％、聚丙烯纤维0～0.15％、金属铝粉0～0.5％、三聚磷酸钠0～0.3％、三聚氰胺0～0.5％。

所述烧结锆莫来石的粒度为5～15mm，所述普通电熔莫来石的粒度为0.1～5mm，所述焦宝石的粒度为0.1～1mm，所述蓝晶石的粒度为150目，所述特级高铝矾土熟料的粒度为180目和325目，所述致密刚玉细粉的粒度为325目。

所述烧结锆莫来石优选为板条状颗粒。

本发明是通过对铁水搅拌脱硫用搅拌器实际使用过程的跟踪观察，发现搅拌器的主要破损形式是耐火材料衬体的热应力龟裂与剥落、高温熔体侵蚀与渗透引起的结构剥落、搅拌器金属芯熔蚀、耐火材料衬体的磨损、搅拌器粘渣清理引起的机械破损等，并随着铁水脱硫预处理技术要求的不断提高，单罐次铁水脱硫搅拌时间延长，搅拌器破损进程不断加剧，使用寿命不断缩短。基于上述铁水搅拌脱硫的工艺技术要求与搅拌器破损状况，进行了搅拌器破损机理分析。该分析认为，由于单罐次铁水喷吹预处理时间长，导致搅拌器铁水加热时间长、综合整体温度高，从而加剧了金属芯与耐火材料衬体之间的不匹配热膨胀，引起金属芯与耐火材料衬体接合面的机械应力破损；同时，当搅拌结束，搅拌器提升从而露出铁水液面时，表面急剧散热引起耐火材料衬体表层温度梯度大，尤其是搅拌叶的边角部位，其外凸扩展的结构扩展了散热面积、提高了散热强度与耐火材料衬体的导热温度梯度，巨大的拉伸热应力易导致耐火材料衬体表层裂纹破损，并通过搅拌过程中铁水与脱硫渣的裂纹渗透与侵蚀，引起耐火材料衬体的结构剥落；随着脱硫技术要求与铁水脱硫比例的不断提高，单罐次搅拌时间延长，导致两罐次搅拌脱硫之间的间隔时间大幅缩短，使搅拌器的在线维护质量难以保证，进一步加剧了搅拌器耐火材料衬体的破损进程，导致搅拌器使用寿命缩短；此外，由于搅拌旋转向心力的作用，导致脱硫渣与脱硫剂中心聚集，并在搅拌轴、搅拌叶根部侵蚀粘结，导致搅拌器重量增加、搅拌区域缩小，在一定的搅拌强度下搅拌转速加快、搅拌动力消耗上升，加剧了搅拌器耐火材料衬体的磨损与搅拌过程的摆动，促使耐火材料衬体机械剥落。由此可见，进一步提高搅拌器耐火材料衬体的热震稳定性能、高温力学强度与抗侵蚀性能以及降低金属芯与耐火材料衬体接合面机械应力将能起到延缓搅拌器破损进程的作用。

为此，本发明通过胶凝性能优良的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，降低了纯铝酸钙水泥的加入量和浇注料中CaO的含量，达到提高浇注料的抗侵蚀性能与高温强度的目的。采用烧结锆莫来石为浇注料大骨料，利用锆质材料与熔渣反应困难以及固熔或反应产物高温性能劣化小的优点，提高了浇注料的综合抗侵蚀性能，降低了搅拌器的粘渣程度；利用烧结锆莫来石骨料中气孔、裂隙多的特点，提高浇注料的热震稳定性能；通过板条状烧结锆莫来石骨料的选用，进一步提高浇注料中骨料的骨架稳定性及其与基质粘接强度，提高了浇注料的力学性能，并通过板条状骨料的止裂增韧作用，提高浇注料的热震稳定性，减少耐热钢纤维加入量，延缓搅拌器耐火材料衬体的热应力裂纹与剥落破损进程，降低钢纤维高温氧化对浇注料性能的劣化影响；通过采用焦宝石细骨料，并利用焦宝石中的低熔点杂质，改善了搅拌器耐火材料衬体在使用条件下的烧结状况，提高了耐火材料衬体的致密性与抗渗透性。总体说来，通过搅拌器用耐火浇注料各种原材料的合理选择与综合性能的改善，最终达到了延长搅拌器使用寿命的目的。

本发明的脱硫搅拌器用耐火浇注料具有如下优点：

1.本发明根据铁水搅拌脱硫的工艺过程和搅拌器的结构特点，选择了价格低廉、来源广泛的烧结锆莫来石、普通电熔莫来石与焦宝石为主要原料，并且，烧结锆莫来石以板条状大骨料的形式加入，降低了烧结锆莫来石用量，从而降低了浇注料的生产成本。本发明所用原材料均为市售，原材料来源广阔。

2.本发明在搅拌脱硫的使用条件下烧结状况优良，结合强度高。该耐火浇注料通过选择烧结温度较低的普通电熔莫来石与焦宝石为骨料，以改善浇注料骨料与粉料间的烧结状况，提高了使用条件下搅拌器耐火材料衬体的密实度和抗熔渣渗透能力；利用板条状烧结锆莫来石大骨料的结构特点，扩大了骨料与粉料之间的结合面积，提高了骨料堆积骨架的稳定性与浇注料的结合强度。

3.本发明通过原材料的合理选择与配比和添加剂的合理选用，使浇注料具有良好的施工性能和优良的使用性能。

4.采用本发明生产的KR脱硫搅拌器性能优良、成本低廉，在不调整搅拌器结构和其它生产与应用条件的情况下，平均使用寿命可提高100次以上。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的脱硫搅拌器用耐火浇注料作进一步的详细描述：

实施例1：

以制作101.65kg耐火浇注料为例。其中，浇注料基料100kg，添加剂1.65kg。浇注料基料的各组分及重量为：烧结锆莫来石：33kg(其中：粒度为5～8mm的占18kg、粒度为8～15mm的占15kg)，普通电电熔莫来石：26kg(其中：粒度为0.1～1mm的占3kg、粒度为1～3mm的占8kg、粒度为3～8mm的占15kg)，焦宝石：9kg(粒度为0.1～1mm)，蓝晶石：4kg(粒度为150目)，特级高铝矾土熟料：10kg(其中：粒度为180目的占5kg、粒度为325目的占5kg)，硅微粉：3kg，α-Al₂O₃微粉：3kg，ρ-Al₂O₃微粉：8kg，纯铝酸钙水泥：1.5kg，致密刚玉细粉：2.5kg(粒度为325目)；添加剂的各组分及重量为：耐热钢纤维：1kg，聚丙烯纤维：0.15kg，三聚氰胺：0.5kg。

将上述耐火浇注料在200吨铁水罐脱硫搅拌器上进行了工业性试验，搅拌器的使用寿命由原来的250次提高到了435次。

实施例2：

以制作102.85kg耐火浇注料为例。其中，浇注料基料100kg，添加剂2.85kg。浇注料基料的各组分及其重量为：烧结锆莫来石：26kg(其中：粒度为5～8mm的占14kg、粒度为8～15mm的占12kg)，普通电熔莫来石：35kg(其中：粒度为0.1～1mm的占4kg，粒度为1～3mm的占11kg，粒度为3～8mm的占20kg)，焦宝石：5kg(粒度为0.1～1mm)，蓝晶石：7kg(粒度为150目)，特级高铝矾土熟料：7kg(其中：粒度为180目的占3kg、粒度为325目的占4kg)，硅微粉：5kg，α-Al₂O₃微粉：5kg，ρ-Al₂O₃微粉：5kg，纯铝酸钙水泥：3.5kg，致密刚玉细粉：1.5kg(粒度为325目)。添加剂的各组分及重量为：耐热钢纤维2kg，金属铝粉0.35kg，三聚磷酸钠0.15kg，三聚氰胺0.35kg。

将上述耐火浇注料在100吨铁水罐脱硫搅拌器上进行了工业性试验，搅拌器的使用寿命由原来的550次提高到了657次。

实施例3：

以制作102.3kg耐火浇注料为例。其中，浇注料基料100kg，添加剂2.3kg。浇注料基料的各组分及其重量为：烧结锆莫来石：30kg(其中：粒度为5～8mm的占16kg、粒度为8～15mm的占14kg)，普通电熔莫来石：32kg(其中：粒度为0.1～1mm的占4kg，粒度为1～3mm的占10kg，粒度为3～8mm的占18kg)，焦宝石：8kg(粒度为0.1～1mm)，蓝晶石：6kg(粒度为150目)，特级高铝矾土熟料：5kg(其中：粒度为180目的占2kg、粒度为325目的占3kg)，硅微粉：3.5kg，α-Al₂O₃微粉：3.5kg，ρ-Al₂O₃微粉：6kg，纯铝酸钙水泥：2.5kg，致密刚玉细粉：3.5kg(粒度为325目)。添加剂的各组分及重量为：耐热钢纤维1.5kg，金属铝粉0.5kg，三聚磷酸钠0.3kg。

将上述耐火浇注料在100吨铁水罐脱硫搅拌器上进行了工业性试验，搅拌器的使用寿命由原来的450次提高到了635次。

本发明浇注料适用于急冷急热工况条件下热工设备与热构件的耐火材料衬体的整体浇注，尤其是铁水预处理领域中的KR脱硫搅拌器耐火材料衬体的整体浇注。

Claims (3)

1.一种脱硫搅拌器用耐火浇注料，由浇注料基料和适量的添加剂混合而成，其特征在于：所述浇注料基料的组分重量百分比为：烧结锆莫来石26～33％、普通电熔莫来石26～35％、焦宝石5～9％、蓝晶石4～7％、特级高铝矾土熟料5～10％、硅微粉3～5％、α-Al₂O₃微粉3～5％、ρ-Al₂O₃微粉5～8％、纯铝酸钙水泥1.5～3.5％、致密刚玉细粉1.5～3.5％；所述添加剂为耐热钢纤维、聚丙烯纤维、金属铝粉、三聚磷酸钠和三聚氰胺中的三种或三种以上，且以所述浇注料基料的重量为基准，所述添加剂的各组分占浇注料基料重量的百分比为：耐热钢纤维1～2％、聚丙烯纤维0～0.15％、金属铝粉0～0.5％、三聚磷酸钠0～0.3％、三聚氰胺0～0.5％。

2.根据权利要求1所述的脱硫搅拌器用耐火浇注料，其特征在于：所述烧结锆莫来石的粒度为5～15mm，所述普通电熔莫来石的粒度为0.1～5mm，所述焦宝石的粒度为0.1～1mm，所述蓝晶石的粒度为150目，所述特级高铝矾土熟料的粒度为180目和325目，所述致密刚玉细粉的粒度为325目。

3.根据权利要求2所述的脱硫搅拌器用耐火浇注料，其特征在于：所述烧结锆莫来石为板条状颗粒。