CN102898168A - 铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其原料组成为：5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿、d₉₀＜0.088mm的镁铝尖晶石、d95＜0.020mm的α-氧化铝微粉、d90＜0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸。本发明所述的镁铝铬尖耐火浇注料，在铜冶炼中低温的工艺条件下，所研制的浇注料能够烧结并发挥抗热震、抗剥落、抗侵蚀、不粘渣等优越性能，满足铜冶炼中间包长期使用的耐火衬里的使用要求。

Description

铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料

技术领域

本发明属于耐火材料的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料。

背景技术

耐火浇注料的出现是耐火材料发展史上的里程杯，耐火浇注材料不仅性能优良，而且生产工艺简单、成本低，尤其是在钢包、转炉、电炉等高温设备上已经取代了耐火砖的使用，显著提高了设备的使用寿命。

铜冶炼中间包是铜冶炼过程中承上启下必不可少的关键设备，从反射炉流出的铜液流入中间包，在中间包停留10-15分钟后放出浇铸铜坯。中间包内衬原用耐火材料通常为铝硅质捣打料，存在的问题是抗铜液侵蚀性差、粘渣，使用周期短。这样不仅增加铜冶炼中间包用耐火材料单耗，不利于节能，增加中间包周转频率，而且因施工现场温度很高使得人工劳动强度增大。因此，开发一种新型铜冶炼中间包用不定形耐火材料成为亟待解决的问题。

刚玉-尖晶石质耐火浇注料是耐火浇注料中最具发展潜力的种类之一，适用范围最广，其产品形式主要有钢包包壁浇注料以及RH浸渍管浇注料等。但是由于铜渣的密度大，侵蚀力以及冲击力强，当刚玉-尖晶石质耐火浇注料应用于铜冶炼中间包时，由于热应力的作用容易导致耐火材料表面产生裂纹，从而导致铜渣的快速侵蚀和渗透，从而导致浇注料的耐火性能变差而导致失效。

现有技术中镁铝铬复合尖晶石砖具有优异的耐高温、抗蠕变和抗热震性能，并能够很好地抵抗中低碱度物料的侵蚀，因而该镁铝铬复合尖晶石材料被广泛用于钢铁、建材、有色工业的各类窑炉。但是，由于要求烧结温度很高，使用常规工艺很难制造出优异性能的不定形耐火材料。另外，镁铝铬尖晶石定型产品通常采用烧结工艺制造，即将镁铝尖晶石、镁铬尖晶石、镁砂骨料、镁砂或镁铝尖晶石细粉、铬矿颗粒、铬精矿砂、结合剂(亚硫酸纸浆废液)配合，再经混练、压制、干燥、烧成、检验等工序制成耐火制品。然而这种工艺的烧结温度高、烧结范围窄、烧结中易于出现变形、开裂、欠烧等现象，制备得到的材料并不适合现场浇注的不定形耐火材料。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，该耐火浇注料具有抗热震，抗铜液侵蚀，便于施工的优点，所制浇注料适用于铜冶炼中间包内衬。

为了解决上述技术问题并实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其原料各组分的质量百分比分别为：

其中，所述d₉₀是指粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸；所述d₉₅是指粉体中占总量95％小颗粒和占总量5％大颗粒的分界尺寸；所述镁砂中MgO的含量≥94.5wt％，所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于32wt％，所述铬精矿中Cr₂O₃的含量大于40wt％；所述镁铝尖晶石为市售耐火原料，其中MgO与Al₂O₃的原子比在1∶1～3∶7之间；所述α-氧化铝微粉中Al₂O₃的含量大于98.5wt％；所述硅微粉中SiO₂的含量≥96wt％；所述铝酸盐水泥为市售原料，并且其中Al₂O₃的含量为65～80wt％。

其中，作为优选地，所述减水剂为六偏磷酸钠减水剂、磺化萘甲醛聚合物减水剂以及聚羧酸系减水剂的混合物。

其中，作为优选地，所述镁砂中MgO的含量大于7wt％，CaO的含量小于0.8％，SiO₂的含量小于0.6wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

其中，作为优选地，所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于35wt％，CaO的含量小于1.0％，SiO₂的含量小于2.5wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

其中，作为优选地，所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于35wt％，CaO的含量小于1.0％，SiO₂的含量小于2.5wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

本发明的另一方面，还涉及一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇内衬的制备方法，其具体步骤为：

(1)配料：按照所述的各组分的配比关系，准备5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿、d₉₀＜0.088mm的镁铝尖晶石、d95＜0.020mm的α-氧化铝微粉、d90＜0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸；

(2)混料：先将5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿进行预混，混合均匀后再加入d₉₀＜0.088mm的镁铝尖晶石、d95＜0.020mm的α-氧化铝微粉、d90＜0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸继续混料至充分均匀；

(3)成型：在充分混匀的原料中加入约4～5％的外加水，待搅拌均匀后加入到模具中浇注成型，放置24小时脱模；

(4)养护：脱模后的试样在空气中，恒温恒湿条件下养护48小时；

(5)干燥：养护后的试样在110℃的条件下烘干，烘干时间为24小时；

(6)热处理：在1100℃的条件下保持3个小时。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用镁砂和铬矿骨料，镁铝尖晶石细粉、镁砂细粉以及α-氧化铝微粉为原料采用纯铝酸盐水泥作为结合剂制备得到的镁铝铬尖晶石浇注料，在铜冶炼中低温的工艺条件下，所研制的浇注料能够烧结并发挥抗热震、抗剥落、抗侵蚀、不粘渣等优越性能，满足铜冶炼中间包长期使用的耐火衬里的使用要求。

(2)本发明的镁铝铬耐火浇注材料，在900-1100℃的中低温使用过程中能够形成微小的孔隙，既能够抵抗铜渣的侵蚀和渗透，有可以有效的增强浇注材料的抗热震性能，能够有效防止浇注材料的开裂和脱落。

具体实施方式

为了更好的阐述本发明的技术方案，以下将结合具体实施方式对本发明的内容详细说明。

以下实施例中，所述d₉₀是指粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸；所述d₉₅是指粉体中占总量95％小颗粒和占总量5％大颗粒的分界尺寸；所述镁砂中MgO的含量≥94.5wt％，所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于32wt％，所述铬精矿中Cr₂O₃的含量大于40wt％；所述镁铝尖晶石为市售耐火原料，其中MgO与Al₂O₃的原子比在1∶1～3∶7之间；所述脱硅锆为市售脱硅二氧化锆，由锆英石还原脱硅熔融制得；所述α-氧化铝微粉中Al₂O₃的含量大于98.5wt％；所述硅微粉中SiO₂的含量≥96wt％；所述铝酸盐水泥为市售原料，并且其中Al₂O₃的含量为65～80wt％。

实施例1

采用5-1mm镁砂48％，5-1mm铬矿8％，1-0mm铬精矿10％，d90＜0.088mm镁铝尖晶石4％，d95＜0.020mmα氧化铝微粉5％，d90＜0.088mm镁砂细15％，硅微粉2％，铝酸盐水泥8％，外加六偏磷酸钠0.1，聚羧酸减水剂0.1％，硼酸0.15％，充分混匀后，外加水5％搅拌，浇注成型；试体24小时脱模；继续养护48小时；经110℃×24小时烘干，再经1100℃×3小时热处理，可获得如下性能：110℃烘干后体积密度2.8g/cm³，耐压强度110℃为68MPa，1100℃为90MPa；抗折强度110℃为8.6MPa，1100℃为13MPa；烧成线变化为-0.1％。

实施例2

采用5-1mm镁砂50％，5-1mm铬矿10％，1-0mm铬精矿10％，d90＜0.088mm镁铝尖晶石2％，d95＜0.020mmα氧化铝微粉8％，d90＜0.088mm镁砂细10％，硅微粉2％，铝酸盐水泥8％，外加六偏磷酸钠0.1，聚羧酸减水剂0.1％，硼酸0.2％，充分混匀后，外加水5％搅拌，浇注成型；试体24小时脱模；继续养护48小时；经110℃×24小时烘干，再经1100℃×3小时热处理，可获得如下性能：110℃烘干后体积密度2.8g/cm³，耐压强度110℃为60MPa，1100℃为70MPa；抗折强度110℃为8MPa，1100℃为12MPa；烧成线变化为-0.1％。实施例3

采用5-1mm镁砂45％，5-1mm铬矿9％，1-0mm铬精矿10％，d90＜0.088mm镁铝尖晶石4％，0.7mm以下的脱硅锆：2％，d95＜0.020mmα氧化铝微粉5％，d90＜0.088mm镁砂细15％，硅微粉2％，铝酸盐水泥8％，外加六偏磷酸钠0.1，聚羧酸减水剂0.1％，硼酸0.15％，充分混匀后，外加水5％搅拌，浇注成型；试体24小时脱模；继续养护48小时；经110℃×24小时烘干，再经1100℃×3小时热处理，可获得如下性能：110℃烘干后体积密度2.8g/cm³，耐压强度110℃为70MPa，1100℃为98MPa；抗折强度110℃为10MPa，1100℃为18MPa；烧成线变化为-0.1％。

我们发现含MgO、Cr₂O₃、Al₂O₃三元系耐火材料具有优良的抗铜渣侵蚀性能，以及抗热震、耐剥落和较好的高温体积稳定性、抗机械冲击等性能。含MgO、Cr₂O₃、Al₂O₃等非金属氧化物的不定形耐火材料，通常该成分组合必须经过1600℃以上烧结才会达到陶瓷结合形成MgO.Cr₂O₃尖晶石、MgO.Al₂O₃尖晶石等良好晶相，从而达到要求的优越性能。而铜冶炼温度较低，铜熔点是1083℃，从反射炉流入中间包的铜液温度只有900～1100℃左右，该温度下含MgO、Cr₂O₃、Al₂O₃系耐火材料难以涉及烧结，本发明通过各组分的组分含量设计以及原料设计克服了上述难题使本发明的产品具有优良的抗铜渣侵蚀性能，以及抗热震、耐剥落和较好的高温体积稳定性、抗热震性能，进而完成了上述发明。

除非另有定义，本申请文件中所述的所有技术术语和科学术语均为本领域的普通技术人员一般所理解的含义，并且其含义与常用字典或者技术词典中的含义基本一致，除非另有定义，对其内涵不应作缩小或过度扩大其含义的解释。

虽然具体实施方式部分已经通过具体实施方式对本发明的技术方案进行了详细阐述，但本领域的普通技术人员应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施。因此，本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其特征在于：原料各组分的质量百分比分别为：

其中，所述d₉₀是指粉体中占总量90％小颗粒和占总量10％大颗粒的分界尺寸；所述d₉₅是指粉体中占总量95％小颗粒和占总量5％大颗粒的分界尺寸；所述镁砂中MgO的含量≥94.5wt％，所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于32wt％，所述铬精矿中Cr₂O₃的含量大于40wt％；所述镁铝尖晶石为市售耐火原料，其中MgO与Al₂O₃的原子比在1∶1～3∶7之间；所述α-氧化铝微粉中Al₂O₃的含量大于98.5wt％；所述硅微粉中SiO₂的含量≥96wt％；所述铝酸盐水泥为市售原料，并且其中Al₂O₃的含量为65～80wt％。

2.权利要求1所述的铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其特征在于：所述减水剂为六偏磷酸钠减水剂、磺化萘甲醛聚合物减水剂以及聚羧酸系减水剂的混合物。

3.权利要求1所述的铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其特征在于：所述镁砂中MgO的含量大于7wt％，CaO的含量小于0.8％，SiO₂的含量小于0.6wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

4.权利要求1所述的铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其特征在于：所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于35wt％，CaO的含量小于1.0％，SiO₂的含量小于2.5wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

5.权利要求1所述的铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其特征在于：所述铬矿中Cr₂O₃的含量大于35wt％，CaO的含量小于1.0％，SiO₂的含量小于2.5wt％，Fe₂O₃的含量小于0.7wt％。

6.一种铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇内衬的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)配料：按照所述的各组分的配比关系，准备5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿、d₉₀＜0.088mm的镁铝尖晶石、d95＜0.020mm的α-氧化铝微粉、d90＜0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸；

(2)混料：先将5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿进行预混，混合均匀后再加入d₉₀＜0.088mm的镁铝尖晶石、d95＜0.020mm的α-氧化铝微粉、d90＜0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸继续混料至充分均匀；

(3)成型：在充分混匀的原料中加入约4～5％的外加水，待搅拌均匀后加入到模具中浇注成型，放置24小时脱模；

(4)养护：脱模后的试样在空气中，恒温恒湿条件下养护48小时；

(5)干燥：养护后的试样在110℃的条件下烘干，烘干时间为24小时；

(6)热处理：在1100℃的条件下保持3个小时。