CN102617169A - 一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。其方案是先将1~10wt%镁铝尖晶石细粉、5~10wt%电熔白刚玉细粉、5~10wt%α-Al2O3微粉、2~8wt%纯铝酸钙水泥、0.06~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.1wt%有机纤维共混,预制成混合粉料;再将6~18wt%部分稳定氧化锆颗粒或锆酸钙颗粒、45~70wt%板状刚玉颗粒和1~10wt%镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~6wt%水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1750℃,保温2~4h。所制备的刚玉尖晶石浇注料热震稳定性好,高温强度大,热震后强度保持率高,使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,主要涉及一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。
技术背景
刚玉尖晶石浇注料具有优异的高温强度、抗渣侵蚀性和耐剥落性,广泛应用于钢包中使用条件苛刻的部位(如钢包衬、透气砖系统和包底冲击区等)。随着冶炼工艺的提高,特别是炉外精炼技术的快速发展,刚玉尖晶石浇注料的使用环境日益苛刻,主要表现在热应力集中,如在盛接钢水前后,钢包透气砖反复承受剧烈温度变化,且气道和远离气道区域的巨大温差导致材料中产生热应力。此外,由于使用温度较高,材料的高温强度一般较常温强度有所下降,其使用性能降低。因此,进一步提高刚玉尖晶石浇注料的热震稳定性和高温强度对保证炉外精炼工艺的可靠性和安全性起着至关重要的作用。
现有提高浇注料热震稳定性的方法较多,但制备的浇注料常温强度和高温强度有所下降,如:“含纳米碳酸镁的刚玉-尖晶石浇注料”(ZL200910064482.6)专利技术,制得的浇注料流动性和施工性能好,但碳酸镁的分解一方面降低了材料的致密性,另一方面降低了材料的强度,特别是高温强度;“抗热震刚玉-尖晶石浇注料”(ZL200910180707.4)专利技术主要将单斜ZrO2引入浇注料中,利用其在高温下相变后的微裂纹增韧,但其相变后裂纹的尺寸难以控制,且与基质的结合界面较差,当温度急剧变化时,微裂纹在缺少有效阻挡的情况下快速扩展,破坏了材料的显微结构,恶化了其力学性能,根据贾全利等人的研究表明ZrO2的引入会降低材料的烧结性,降低其使用性能,且1600℃高温抗折强度下降[贾全利, 叶方保, 钟香崇. ZrO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响[J]. 耐火材料, 2009, 43(1): 27~30]。
此外,部分浇注料中引入能促进烧结的物质,虽然增大了材料的致密度,但又不能提高浇注料的热震稳定性,如:“一种高热震刚玉-尖晶石耐火材料及其制备方法”(ZL200610053302.0)专利技术,将TiO2引入浇注料中,虽然促进了镁铝尖晶石浇注料烧结过程中的致密化效果,对热震稳定性有一定作用,但根据贾全利等人的研究表明,TiO2的加入对浇注料的热震稳定性的影响不大,且对高温抗折强度有不利影响,此外当TiO2加入量过大时会降低较低浇注料的常温强度[贾全利, 叶方保, 钟香崇. TiO2加入量对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响[J]. 耐火材料, 2009, 43(6):417~421]。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的在于提供一种抗热震性好,高温强度大,能延长使用寿命的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:先将1~10wt%的镁铝尖晶石细粉、5~10wt%的电熔白刚玉细粉、5~10wt%的α-Al2O3微粉、2~8wt%的纯铝酸钙水泥、0.06~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.1wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;然后将6~18wt%的部分稳定氧化锆颗粒和锆酸钙颗粒中的一种与45~70wt%的板状刚玉颗粒和1~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,再加入所述混合粉料混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~6wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1750℃,保温2~4h。
所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%;以d表示粒度,板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为10~20wt%,3mm>d≥1mm为15~20wt%,1mm>d≥0.5mm为10~15wt%,0.5mm>d≥0.1mm为10~15wt%。
所述部分稳定氧化锆颗粒中ZrO2含量≥94wt%,部分稳定氧化锆颗粒为氧化钙部分稳定氧化锆颗粒或氧化镁部分稳定氧化锆颗粒;部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~6wt%,1mm>d≥0.5mm为2~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~6wt%。
所述锆酸钙颗粒中ZrO2含量≥70wt%;锆酸钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~6wt%,1mm>d≥0.5mm为2~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~6wt%。
所述镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量≥80wt%,粒度为0.5mm~1mm。
所述镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量≥80wt%,粒度﹤0.088mm。
所述电熔白刚玉细粉的Al2O3含量≥98wt%,粒度﹤0.045mm。
所述α-Al2O3微粉的粒度﹤2μm。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量≥70wt%。
由于采用上述技术方案,当温度达到1100℃~1200℃时,氧化钙部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆或锆酸钙颗粒中的ZrO2发生马氏体相变,出现体积变化,并产生微裂纹,通过改变锆源的粒度和含量,能有效控制材料中裂纹的尺寸和数量,从而提高了材料的抗热震性。与此同时,氧化钙部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆或锆酸钙颗粒中的钙、镁分别与基质中的氧化铝反应,形成良好的结合界面,提高了材料的烧结性能和致密度,且对裂纹具有阻挡作用,使得微裂纹被限制在颗粒之中,一方面提高了材料的强度,特别是高温强度;另一方面减少了微裂纹的扩展,提高了材料的使用性能。
因此,本发明所制备的刚玉尖晶石浇注料抗热震性好,高温强度高,延长了使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制。
为了避免重复,先将本具体实施方式中所涉及原料的技术参数统一描述如下,实施例中不再赘述:
板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%;氧化钙部分稳定氧化锆颗粒和氧化镁部分稳定氧化锆颗粒的ZrO2含量≥94wt%;锆酸钙颗粒中ZrO2含量≥70wt%;镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量≥80wt%,粒度为0.5mm~1mm;镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量≥80wt%,粒度﹤0.088mm;电熔白刚玉细粉的Al2O3含量≥98wt%,粒度﹤0.045mm;α-Al2O3微粉的粒度﹤2μm;纯铝酸钙水泥的Al2O3含量≥70wt%。
实施例1
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将7~10wt%的镁铝尖晶石细粉、5~7wt%的电熔白刚玉细粉、8~10wt%的α-Al2O3微粉、6~8wt%的纯铝酸钙水泥、0.06~0.1wt%的聚羧酸类减水剂和0.06~0.1wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将45~54wt%的板状刚玉颗粒、6~11wt%的氧化钙部分稳定氧化锆颗粒和7~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料5~6wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1550℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配(d表示粒度,下同):5mm>d≥3mm为10~13wt%,3mm>d≥1mm为15~17wt%,1mm>d≥0.5mm为10~12wt%,0.5mm>d≥0.1mm为10~12wt%;氧化钙部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~4wt%,1mm>d≥0.5mm为2~4wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~3wt%。
实施例2
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将4~7wt%的镁铝尖晶石细粉、7~8wt%的电熔白刚玉细粉、7~8wt%的α-Al2O3微粉、4~6wt%的纯铝酸钙水泥、0.1~0.14wt%的聚羧酸类减水剂和0.03~0.06wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将54~62wt%的板状刚玉颗粒、9~13wt%的氧化钙部分稳定氧化钙颗粒和4~7wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料4~5wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1550~1650℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为13~17wt%,3mm>d≥1mm为17~18 wt %,1mm>d≥0.5mm为12~13wt%,0.5mm>d≥0.1mm为12~14wt%;氧化钙部分稳定氧化钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为3~4wt%,1mm>d≥0.5mm为3~5wt%,0.5mm>d≥0.1mm为3~4wt%。
实施例3
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将1~4wt%的镁铝尖晶石细粉、8~10wt%的电熔白刚玉细粉、5~7wt%的α-Al2O3微粉、2~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.14~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.03wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将61~70wt%的板状刚玉颗粒、12~18wt%的氧化钙部分稳定氧化钙颗粒和1~4wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~4wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1650~1750℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为17~20wt%,3mm>d≥1mm为18~20 wt %,1mm>d≥0.5mm为13~15wt%,0.5mm>d≥0.1mm为13~15wt%;氧化钙部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为4~6wt%,1mm>d≥0.5mm为4~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为4~6wt%。
实施例4
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将7~10wt%的镁铝尖晶石细粉、5~7wt%的电熔白刚玉细粉、8~10wt%的α-Al2O3微粉、6~8wt%的纯铝酸钙水泥、0.06~0.1wt%的聚羧酸类减水剂和0.06~0.1wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将45~54wt%的板状刚玉颗粒、6~11wt%的氧化镁部分稳定氧化锆颗粒和7~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料5~6wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1550℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为10~13wt%,3mm>d≥1mm为15~17 wt%,1mm>d≥0.5mm为10~12wt%,0.5mm>d≥0.1mm为10~12wt%;氧化镁部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~4wt%,1mm>d≥0.5mm为2~4wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~3wt%。
实施例5
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将4~7wt%的镁铝尖晶石细粉、7~8wt%的电熔白刚玉细粉、7~8wt%的α-Al2O3微粉、4~6wt%的纯铝酸钙水泥、0.1~0.14wt%的聚羧酸类减水剂和0.03~0.06wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将54~62wt%的板状刚玉颗粒、9~13wt%的氧化镁部分稳定氧化钙颗粒和4~7wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料4~5wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1550~1650℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为13~17wt%,3mm>d≥1mm为17~18 wt %,1mm>d≥0.5mm为12~13wt%,0.5mm>d≥0.1mm为12~14wt%;氧化镁部分稳定氧化钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为3~4wt%,1mm>d≥0.5mm为3~5wt%,0.5mm>d≥0.1mm为3~4wt%。
实施例6
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将1~4wt%的镁铝尖晶石细粉、8~10wt%的电熔白刚玉细粉、5~7wt%的α-Al2O3微粉、2~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.14~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.03wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将61~70wt%的板状刚玉颗粒、12~18wt%的氧化镁部分稳定氧化钙颗粒和1~4wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~4wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1650~1750℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为17~20wt%,3mm>d≥1mm为18~20 wt %,1mm>d≥0.5mm为13~15wt%,0.5mm>d≥0.1mm为13~15wt%;氧化镁部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为4~6wt%,1mm>d≥0.5mm为4~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为4~6wt%。
实施例7
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将7~10wt%的镁铝尖晶石细粉、5~7wt%的电熔白刚玉细粉、8~10wt%的α-Al2O3微粉、6~8wt%的纯铝酸钙水泥、0.06~0.1wt%的聚羧酸类减水剂和0.06~0.1wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将45~54wt%的板状刚玉颗粒、6~11wt%的锆酸钙颗粒和7~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料5~6wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1550℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为10~13wt%,3mm>d≥1mm为15~17 wt%,1mm>d≥0.5mm为10~12wt%,0.5mm>d≥0.1mm为10~12wt%;锆酸钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~4wt%,1mm>d≥0.5mm为2~4wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~3wt%。
实施例8
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将4~7wt%的镁铝尖晶石细粉、7~8wt%的电熔白刚玉细粉、7~8wt%的α-Al2O3微粉、4~6wt%的纯铝酸钙水泥、0.1~0.14wt%的聚羧酸类减水剂和0.03~0.06wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将54~62wt%的板状刚玉颗粒、9~13wt%的锆酸钙颗粒和4~7wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料4~5wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1550~1650℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为13~17wt%,3mm>d≥1mm为17~18 wt %,1mm>d≥0.5mm为12~13wt%,0.5mm>d≥0.1mm为12~14wt%;锆酸钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为3~4wt%,1mm>d≥0.5mm为3~5wt%,0.5mm>d≥0.1mm为3~4wt%。
实施例9
一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。先将1~4wt%的镁铝尖晶石细粉、8~10wt%的电熔白刚玉细粉、5~7wt%的α-Al2O3微粉、2~4wt%的纯铝酸钙水泥、0.14~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.03wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;再将61~70wt%的板状刚玉颗粒、12~18wt%的锆酸钙颗粒和1~4wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,然后加入所述混合粉料,混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~4wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1650~1750℃,保温2~4h。
本实施例中:板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为17~20wt%,3mm>d≥1mm为18~20 wt %,1mm>d≥0.5mm为13~15wt%,0.5mm>d≥0.1mm为13~15wt%;锆酸钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为4~6wt%,1mm>d≥0.5mm为4~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为4~6wt%。
本实施例1~9采用不同含锆原料、刚玉颗粒及细粉、尖晶石颗粒及细粉、氧化铝微粉等混合制成浇注料。当温度达到1100℃~1200℃时,氧化钙部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆或锆酸钙颗粒中的ZrO2发生马氏体相变,出现体积膨胀,并产生微裂纹,提高了材料的抗热震性。与此同时,氧化钙部分稳定氧化锆、氧化镁部分稳定氧化锆或锆酸钙颗粒中的钙或镁与基质反应,形成良好的结合界面,一方面提高了材料的强度,特别是高温强度;另一方面减少了微裂纹的扩展,提高了材料的使用性能。所制备的刚玉尖晶石浇注料具有工艺简单、抗热震性好、高温强度高等特点,使得刚玉尖晶石浇注料的性能更加优越。
本具体实施方式所制备的浇注料烧后力学性能指标如下:1100℃热震(水冷)10次均未断裂,且10次热震后的抗折强度为6.3~7.6MPa,热震次数比原有刚玉尖晶石浇注料(经3次热震后断裂)增加70%。此外,常温抗折强度为19.0~20.1MPa,1450~1750℃高温抗折强度21.98~26.73MPa,高温抗折强度高于常温抗折强度15.7~40.7%。
因此,本具体实施方式所制备的刚玉尖晶石浇注料抗热震性好,高温强度高,延长了使用寿命。
Claims (10)
1.一种刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于:先将1~10wt%的镁铝尖晶石细粉、5~10wt%的电熔白刚玉细粉、5~10wt%的α-Al2O3微粉、2~8wt%的纯铝酸钙水泥、0.06~0.2wt%的聚羧酸类减水剂和0.01~0.1wt%的有机纤维共混,预制成混合粉料;然后将6~18wt%的部分稳定氧化锆颗粒和锆酸钙颗粒中的一种与45~70wt%的板状刚玉颗粒和1~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料干混4~6分钟,再加入所述混合粉料混碾15~30分钟;最后加入所述混合粉料和骨料3~6wt%的水,混碾3~5分钟,振动浇注成型,养护20~26h,脱模,经100~120℃烘烤20~26h,升温至1450~1750℃,保温2~4h。
2.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%;以d表示粒度,板状刚玉颗粒的级配:5mm>d≥3mm为10~20wt%,3mm>d≥1mm为15~20 wt %,1mm>d≥0.5mm为10~15wt%,0.5mm>d≥0.1mm为10~15wt%。
3.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述部分稳定氧化锆颗粒中ZrO2含量≥94wt%,部分稳定氧化锆颗粒为氧化钙部分稳定氧化锆颗粒或氧化镁部分稳定氧化锆颗粒;部分稳定氧化锆颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~6wt%,1mm>d≥0.5mm为2~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~6wt%。
4.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述锆酸钙颗粒中ZrO2含量≥70wt%;锆酸钙颗粒的级配:3mm>d≥1mm为2~6wt%,1mm>d≥0.5mm为2~6wt%,0.5mm>d≥0.1mm为2~6wt%。
5.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量≥80wt%,粒度为0.5mm~1mm。
6.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量≥80wt%,粒度﹤0.088mm。
7.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述电熔白刚玉细粉的Al2O3含量≥98wt%,粒度﹤0.045mm。
8.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述α-Al2O3微粉的粒度﹤2μm。
9.根据权利要求1所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法,其特征在于所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量≥70wt%。
10.根据权利要求1~9项中任一项所述的刚玉尖晶石浇注料的制备方法所制备的刚玉尖晶石浇注料。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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