CN103011868B - 一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法 - Google Patents
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明具体涉及一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。其技术方案是：先以50～60wt%的电熔棕刚玉颗粒、8～12wt%的电熔棕刚玉细粉、3～10wt%的碳化硅颗粒、6～11wt%的碳化硅细粉，3～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.1～0.3wt%的分散剂为原料，外加所述原料0.1～3wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。本发明的制备成本较低，所制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料具有加水量低、流动值大、高温使用性能良好和热震稳定性强，使高炉铁沟通铁量大和耐火材料消耗少。
Description
技术领域
本发明属于铁沟浇注料技术领域。具体涉及一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着高炉冶炼技术的发展，冶炼强度不断加大，2011年全国高炉生铁已达6.28亿吨，高炉出铁沟耐火材料消耗量较大。Al2O3-SiC-C质浇注料具有强度高、耐冲刷、抗热震和使用寿命较长等特点，同时碳和碳化硅的高导热性、低膨胀率和渣非润湿性都赋予此材料体系良好的物理化学性能，从而广泛应用于高炉出铁沟系统。目前，高炉的容积不断增大，对一次性出铁量的要求不断提高，因此，Al2O3-SiC-C质铁沟料也相应的向着高通铁量、高稳定性、大流动值的方向发展。
为进一步提高铁沟浇注料的使用性能， 国内外学者纷纷通过优化基质来改善其使用性能。如“一种新型主铁沟浇注料”（CN201110044222.X）专利技术，公开了用改性纳米碳粉取代沥青，提高其抗氧化性能和残炭率，还能改良烘烤时抗爆裂性能，但是抗热震性能不太理想；“一种大于2500m3高炉主铁沟浇注料”（CN201210281186.3）专利技术，公开了加入锌铝尖晶石粉、纳米级硅酸锆、氧化锆空心球并以二氧化硅溶胶悬浮液做纳米结合剂，提高了浇注料的热震稳定性，但成本也相应提高了许多，且抗氧化还没有得到很好的解决；“一种铁沟浇注料及其制备方法”（CN201210098290.9）专利技术，公开了用改性石墨部分代替球状沥青，提高其抗氧化性能，减少环境污染，但高温抗折强度相应的减少。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本较低的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，用该方法制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的加水量少、流动值大、高温使用性能良好和热震稳定性强，高炉铁沟通铁量大和耐火材料消耗少。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以50～60wt%的电熔棕刚玉颗粒、8～12wt%的电熔棕刚玉细粉、3～10wt%的碳化硅颗粒、6～11wt%的碳化硅细粉，3～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.1～0.3wt%的分散剂为原料，外加所述原料0.1～3wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
所述电熔棕刚玉的Al2O3含量大于94wt%；电熔棕刚玉颗粒粒度为0.088～8mm，电熔棕刚玉细粉粒度小于0.088mm。
所述碳化硅的SiC含量大于97wt%；碳化硅颗粒粒度小于1mm，碳化硅细粉粒度小于0.088mm。
所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8μm。
所述二氧化硅微粉为挪威埃肯公司生产951型二氧化硅微粉。
所述铝酸钙水泥为凯诺斯公司生产的Secar 71型水泥。
所述催化剂为Fe粉、Co粉、Ni粉、FeCo合金粉、FeNi合金粉和CoNi合金粉中的一种，平均粒径为0.02～9μm。
所述金属抗氧化剂为金属Si、或为金属Al、或为金属Si和金属Al的混合物。
本发明制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的使用方法是：加4～6%的水湿混均匀后，振动浇注成型，室温养护24～28小时脱模，70～120℃干燥24～28小时。经1400～1500℃热处理2～3小时后出现碳晶须。经检测：加水量4～6%时，泥料流动值为140～160mm，110℃×24h体积密度2.90～3.00g/cm3，抗折强度13～14MPa，耐压强度45～48Mpa；1450℃×3h热处理后有碳晶须生成，线变化率0.14～0.26%，质量损失率-0.44～0%，体积密度2.85～3.00 g/cm3，抗折强度17～22MPa，耐压强度70～75MPa，两次热震后的残余强度达到56MPa。
采用上述技术方法，本发明通过在Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中以球状沥青为碳源，在催化剂作用下，含碳蒸气经分解沉淀在催化剂表面成核沉积，进而成长为碳晶须，通过原位生成的碳晶须起到增强增韧的效果，提高了铁沟浇注料的高温使用性能。
碳晶须为一种几个纳米到几十个微米的碳纤维，具有超高的强度、高的弹性模量、耐高温和耐腐蚀性好的优良性能，它能吸收断裂能量，阻止裂纹的迅速扩展和传播，是一种较为理想的增强材料；高温下能使得一部分玻璃态碳结构转化成石墨化碳结构，能减少碳的损失，提高浇注料的抗氧化性能和热震稳定性。
本发明与现有技术相比，能够带来以下积极效应：
(1) 碳晶须的原位生成能够提高高温强度和热震稳定性，大幅提高通铁量，保证高炉的正常运行，具有良好的经济效应。
(2) 碳晶须的原位生成使得铁沟浇注料具有良好的抗渣侵蚀性能和抗氧化性，提高了浇注料的使用寿命，减少耐火材料消耗，降低成本。
因此，本发明的制备成本较低，所制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料具有加水量低、流动值大、高温使用性能良好和热震稳定性强，使高炉铁沟通铁量大和耐火材料消耗少。
附图说明
图1是本发明所制备的一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料经1450℃×3h后的SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合图和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。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到原料的理化技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
电熔棕刚玉的Al2O3含量大于94wt%，电熔棕刚玉颗粒粒度为0.088～8mm，电熔棕刚玉细粉粒度小于0.088mm；碳化硅的SiC含量大于97wt%，碳化硅颗粒粒度小于1mm，碳化硅细粉粒度小于0.088mm；α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8μm；二氧化硅微粉为挪威埃肯公司生产的951型二氧化硅微粉；铝酸钙水泥为凯诺斯公司生产的Secar 71型水泥。
实施例1
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。先以50～55wt%的电熔棕刚玉颗粒、8～10wt%的电熔棕刚玉细粉、3～7wt%的碳化硅颗粒、6～8wt%的碳化硅细粉，3～5wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.1～0.2wt%的分散剂为原料，外加所述原料0.1～0.5wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝；催化剂为Fe粉，粒径为0.02～1μm。
实施例2
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例1：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属硅；催化剂为Ni粉，粒径为0.02～1μm。
实施例3
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例1：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝和金属硅的混合物；催化剂为FeNi合金粉，粒径为0.02～1μm。
实施例4
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。先以55～60wt%的电熔棕刚玉颗粒、10～12wt%的电熔棕刚玉细粉、6～10wt%的碳化硅颗粒、8～11wt%的碳化硅细粉，5～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.2～0.3wt%的分散剂为原料，外加所述原料0.5～1wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
本实施例中：金属抗氧化剂为金属硅；催化剂为Fe粉，粒径为1～9μm。
实施例5
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例4：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝和金属硅的混合物；催化剂为Ni粉，粒径为1～9μm。
实施例6
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例4：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝；催化剂为FeNi合金粉，粒径为1～9μm。
实施例7
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。先以50～55wt%的电熔棕刚玉颗粒、8～10wt%的电熔棕刚玉细粉、3～7wt%的碳化硅颗粒、6～8wt%的碳化硅细粉，3～5wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.1～0.2wt%的分散剂为原料，外加所述原料1～2wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝和金属硅的混合物；催化剂为Co粉，粒径为0.02～1μm。
实施例8
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例7：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝；催化剂为FeCo合金粉，粒径为0.02～1μm。
实施例9
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例7：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属硅；催化剂为CoNi合金粉，粒径为0.02～1μm。
实施例10
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。先以55～60wt%的电熔棕刚玉颗粒、10～12wt%的电熔棕刚玉细粉、6～10wt%的碳化硅颗粒、8～11wt%的碳化硅细粉，5～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.2～0.3wt%的分散剂为原料，外加所述原料2～3wt%的催化剂，干混均匀，即得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝；催化剂为Co粉，粒径为1～9μm。
实施例11
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例10：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属硅；催化剂为FeCo合金粉，粒径为1～9μm。
实施例12
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。除下述原料和催化剂外，其余同实施例10：
本实施例中：金属抗氧化剂为金属铝和金属硅的混合物；催化剂为CoNi合金粉，粒径为1～9μm。
本具体实施方式制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的使用方法是：加4～6%的水湿混均匀后，振动浇注成型，室温养护24～28小时脱模，70～120℃干燥24～28小时。经1400～1500℃热处理2～3小时后出现碳晶须。经检测：加水量4～6%时，泥料流动值为140～160mm，110℃×24h体积密度2.90～3.00g/cm3，抗折强度13～14MPa，耐压强度45～48Mpa；1450℃×3h热处理后有碳晶须生成，线变化率0.14～0.26%，质量损失率-0.44～0%，体积密度2.85～3.00 g/cm3，抗折强度17～22MPa，耐压强度70～75MPa，两次热震后的残余强度达到56MPa。
采用上述技术方法，本具体实施方式通过在Al2O3-SiC-C浇注料中以球状沥青为碳源，在催化剂作用下，含碳蒸气经分解沉淀在催化剂表面成核沉积，进而成长为碳晶须，通过原位生成的碳晶须起到增强增韧的效果，提高了铁沟浇注料的高温使用性能。
碳晶须为一种几个纳米到几十个微米的碳纤维，具有超高的强度、高的弹性模量、耐高温和耐腐蚀性好的优良性能，它能吸收断裂能量，阻止裂纹的迅速扩展和传播，是一种较为理想的增强材料；高温下能使得一部分玻璃态碳结构转化成石墨化碳结构，能减少碳的损失，提高浇注料的抗氧化性能和热震稳定性。
本具体实施方式与现有技术相比，能够带来以下积极效应：
(1) 碳晶须的原位生成能够提高高温强度和热震稳定性，大幅提高通铁量，保证高炉的正常运行，具有良好的经济效应。
(2) 碳晶须的原位生成使得铁沟浇注料具有良好的抗渣侵蚀性能和抗氧化性，提高了浇注料的使用寿命，减少耐火材料消耗，降低成本。
因此，本具体实施方式的制备成本较低，所制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料具有加水量低、流动值大、高温使用性能良好和热震稳定性强，使高炉铁沟通铁量大和耐火材料消耗少。
Claims (8)
1.一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于先以50～60wt%的电熔棕刚玉颗粒、8～12wt%的电熔棕刚玉细粉、3～10wt%的碳化硅颗粒、6～11wt%的碳化硅细粉，3～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球状沥青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的铝酸钙水泥、2～4wt%的金属抗氧化剂和0.1～0.3wt%的分散剂为原料，外加所述原料0.1～3wt%的催化剂，干混均匀，即得铁沟浇注料；
所述催化剂为Fe粉、Co粉、Ni粉、FeCo合金粉、FeNi合金粉和CoNi合金粉中的一种，平均粒径为0.02～9μm。
2.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述电熔棕刚玉的Al2O3含量大于94wt%；电熔棕刚玉颗粒粒度为0.088～8mm，电熔棕刚玉细粉粒度小于0.088mm。
3.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述碳化硅的SiC含量大于97wt%；碳化硅颗粒粒度小于1mm，碳化硅细粉粒度小于0.088mm。
4.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述α-氧化铝微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8μm。
5.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述二氧化硅微粉为挪威埃肯公司生产的951型二氧化硅微粉。
6.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述铝酸钙水泥为凯诺斯公司生产的Secar 71型水泥。
7.按照权利要求1所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于所述金属抗氧化剂为金属Si、或为金属Al、或为金属Si和金属Al混合物。
8.按照权利要求1～7项中任一项所述的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法所制备的Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140716 Termination date: 20150104 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |