CN103172395B - 具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。其技术方案是：将45~82wt%的板状刚玉颗粒和1~15wt%的镁铝尖晶石颗粒干混为混合骨料，将1~10wt%的镁铝尖晶石细粉、4~12wt%的刚玉细粉、5~15wt%的α-Al2O3微粉、2~8wt%的纯铝酸钙水泥和0.1~0.5wt%的SiO2微粉干混为混合粉料；然后向混合粉料加入占骨料和粉料0.2~1.0wt%的减水剂、3.5~4.5wt%的水和5~15wt%的泡沫，搅拌，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌，浇注成型，养护，脱模，烘烤，升温至1450~1760℃，保温2~4小时。本发明具有制备工艺简单、便于施工和易于工业化生产的特点，所制备的刚玉尖晶石浇注料综合性能高、抗热震性好和使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于刚玉尖晶石浇注料技术领域，具体涉及一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。
技术背景
随着现代炼钢工业的发展，钢包的冶炼条件日趋严酷，对钢包内衬所使用的耐火材料的使用要求也越来越严苛，传统材质的浇注料已很难满足技术进步的需求。所以，研制开发新型的高性能钢包用浇注料势在必行。刚玉-尖晶石浇注料由于其良好的高温性能而得到了广泛应用，先后在日本等国得到普及。随着耐火材料的技术进步及炼钢工艺对耐火材料要求的提高，特别是精炼技术的快速发展，刚玉-尖晶石浇注料已被用于钢包中使用条件苛刻的部位，如包底冲击区、RH浸渍管、透气砖系统等，实际应用表明其具有良好的高温性能和抗侵蚀抗冲刷能力，但是，由于其高致密度的材料结构将极大的影响材料的抗热震稳定性。因此，进一步改善刚玉尖晶石浇注料的热震稳定性对于提高其使用寿命有着重要的意义。
目前，刚玉尖晶石浇注料的研究已经日趋成熟，提高其热震稳定性的方法也比较多，“一种刚玉尖晶石浇注料及其制备方法”（CN102617169A）专利技术，该技术通过改变锆源的粒度和含量，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。该方法的不足在于：（1）当温度急剧变化时，ZrO2发生马氏体相变，出现体积变化，并产生微裂纹，但是裂纹的尺寸和数量的稳定性很难得到保证；（2）ZrO2的价格昂贵，从经济利益角度考虑，通过不同的锆源引入ZrO2大幅增加了生产成本，提高了材料的价格。
此外，有些浇注料为了提高其流动性以便于施工而引入了一些纳米材料，如“含纳米碳酸镁的刚玉-尖晶石浇注料”（CN101508587A）专利技术，该技术所制得的浇注料流动性和施工性能虽有所改善，但其不足主要体现在碳酸镁的分解降低了材料的致密性从而降低了材料的强度，特别是高温强度。又如“一种纳米白玉石的刚玉尖晶石质浇注料”（CN102807379A）专利技术，该技术一方面避免了加入镁砂原位反应生成尖晶石时对浇注料流动性能和施工性能的不利影响，另一方面，加入纳米白云石生成的尖晶石粒度小，晶格缺陷多，反应活性高以及在浇注料中分散的更均匀，使浇注料具有优异的抗渣性能。但该技术中所采用的纳米白云石容易悬浮在空气中对空气造成污染，影响人体健康。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单，便于施工，易于工业化生产的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的制备方法，所制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料综合性能提高、抗热震性好和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以45~82wt%的板状刚玉颗粒和1~15wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以1~10wt%的镁铝尖晶石细粉、4~12wt%的刚玉细粉、5~15wt%的α-Al2O3微粉、2~8wt%的纯铝酸钙水泥和0.1~0.5wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料中加入占骨料和粉料0.2~1.0wt%的减水剂、3.5~4.5wt%的水和5~15wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模；经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1450~1760℃，保温2~4小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%；以d表示粒度，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为15~25wt%，5mm>d≥3mm为15~25wt%，3mm>d≥1mm为11~20wt%，1mm>d≥0.5mm为2~6wt%，0.5mm>d≥0mm为2~6wt%。
所述镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量≥70wt%，粒度为0.15~1mm。
所述镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量≥70wt%，粒度﹤0.088mm。
所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%，粒度﹤0.088mm。
所述刚玉细粉为板状刚玉细粉或为电熔白刚玉细粉，刚玉细粉中的Al2O3含量≥99wt%，粒度﹤0.088mm。
所述α-Al2O3微粉粒度﹤2μm。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量≥69wt%。
所述减水剂为ADS和ADW中的一种以上。
由于采用上述技术方案，本发明将泡沫引入刚玉尖晶石浇注料中，通过高温烧成后形成均匀的微纳孔结构。所制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料烧后的力学性能是：1100℃热震（水冷）30次均未断裂，且热震30次后的残余抗折强度为1.20~2.84MPa，热震次数比原有刚玉尖晶石浇注料（5次断裂）大幅提高，此外，常温抗折强度为20.81~40.08MPa，1400~1750℃高温抗折强度为9.02~23.86MPa。
本发明通过泡沫加入量的控制，材料的综合性能得到了提高。有效地控制了孔径的大小和分布，材料综合性能得到提高，不仅具有好的力学性能、抗渣侵蚀性能，而且大幅提高了其热震稳定性，使用寿命延长。
本发明用泡沫法所制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料生产工艺简单，整个过程不需要复杂昂贵的设备，保持了现有浇注料的生产工艺，适宜大规模工业化生产；加入泡沫也可以提高浇注料的流动性能，便于施工。
因此，本发明具有制备工艺简单、便于施工和易于工业化生产的特点，所制备的刚玉尖晶石浇注料综合性能得到提高，抗热震性好，能延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明制备的一种刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；
图2为本发明制备的另一种刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；
图3为本发明制备的又一种刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；
图4为本发明制备的再一种刚玉尖晶石浇注料的微观结构图。
具体实施方式
下面结合实施实例对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：
为了避免重复，先将本具体实施方式中所涉及到的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述镁铝尖晶石颗粒的Al2O3含量≥70wt%，粒度为0.15~1mm。
所述镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量≥70wt%，粒度﹤0.088mm。
所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%，粒度﹤0.088mm。
所述板状刚玉细粉和电熔白刚玉细粉中的Al2O3含量≥99wt%，粒度﹤0.088mm。
所述α-Al2O3微粉粒度﹤2μm。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量≥69wt%。
实施例1
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。以45~56wt%的板状刚玉颗粒和12~15wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以7~10wt%的镁铝尖晶石细粉、10~12wt%的刚玉细粉、12~15wt%的α-Al2O3微粉、6~8wt%的纯铝酸钙水泥和0.4~0.5wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料加入占骨料和粉料0.1~0.2wt%的ADS、0.7~0.8wt%的ADW、4.2~4.5wt%的水和5~7.5wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模；经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1450~1550℃，保温2~3小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%；以d表示粒度，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为15~18wt%，5mm>d≥3mm为15~18wt%，3mm>d≥1mm为11~14wt%，1mm>d≥0.5mm为2~3wt%，d﹤0.5mm为2~3wt%。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：：常温抗折强度为37.23~40.08MPa，1400~1750℃高温抗折强度19.22~23.86MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为1.20~1.44Mp。
实施例2
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。以56~64wt%的板状刚玉颗粒和8~13wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以5~8wt%的镁铝尖晶石细粉、8~10wt%的刚玉细粉、10~12wt%的α-Al2O3微粉、5~6wt%的纯铝酸钙水泥和0.3~0.4wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料加入占骨料和粉料0.1~0.2wt%的ADS、0.5~0.6wt%的ADW、4.0~4.2wt%的水和7.5~10wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模；经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1550~1600℃，保温2.5~3.5小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%；以d表示粒度，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为18~20wt%，5mm>d≥3mm为18~20wt%，3mm>d≥1mm为14~16wt%，1mm>d≥0.5mm为3~4wt%，d﹤0.5mm为3~4wt%。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为35.47~37.23MPa，1400~1750℃高温抗折强度15.37~20.52MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为2.66~2.84Mp。
实施例3
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。以64~72wt%的板状刚玉颗粒和4~9wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以3~7wt%的镁铝尖晶石细粉、6~9wt%的刚玉细粉、7~10wt%的α-Al2O3微粉、4~5wt%的纯铝酸钙水泥和0.2~0.3wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料加入占骨料和粉料0.4~0.6 wt%的ADW、3.7~4.0wt%的水和10~12.5wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模；经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1550~1650℃，保温2.8~3.8小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%；以d表示粒度，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为20~22wt%，5mm>d≥3mm为20~22wt%，3mm>d≥1mm为16~18wt%，1mm>d≥0.5mm为4~5wt%，d﹤0.5mm为4~5wt%。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为29.53~35.47MPa，1400~1750℃高温抗折强度11.64~15.37MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为2.07~2.42Mp。
实施例4
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。以72~82wt%的板状刚玉颗粒和1~5wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以1~4wt%的镁铝尖晶石细粉、4~7wt%的刚玉细粉、5~8wt%的α-Al2O3微粉、2~4wt%的纯铝酸钙水泥和0.1~0.2wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料加入占骨料和粉料0.2~0.4wt%的ADS、3.5~3.7wt%的水和12.5~15wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模；经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1650~1760℃，保温3~4小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
本实施例中：所述刚玉细粉为板状刚玉细粉；所述板状刚玉颗粒中的Al2O3含量≥99wt%；以d表示粒度，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为22~25wt%，5mm>d≥3mm为22~25wt%，3mm>d≥1mm为18~20wt%，1mm>d≥0.5mm为5~6wt%，d﹤0.5mm为5~6wt%。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为22.27~29.53MPa，1400~1750℃高温抗折强度9.71~11.64MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为1.72~1.90Mp。
实施例5
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。除刚玉细粉为电熔白刚玉细粉外，其余同实施例1。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为36.12~38.66MPa，1400~1750℃高温抗折强度18.63~23.35MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为1.69~1.81Mp。
实施例6
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。除刚玉细粉为电熔白刚玉细粉外，其余同实施例2。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为33.45~36.12MPa，1400~1750℃高温抗折强度15.85~18.63MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为1.63~2.01Mp。
实施例7
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。除刚玉细粉为电熔白刚玉细粉外，其余同实施例3。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为26.93~33.45MPa，1400~1750℃高温抗折强度12.44~15.85MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为2.28~2.76Mp。
实施例8
一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料及其制备方法。除刚玉细粉为电熔白刚玉细粉外，其余同实施例4。
本实施例制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，烧后的力学性能是：常温抗折强度为20.81~26.93MPa，1400~1750℃高温抗折强度9.02~12.44MPa，1100℃热震（水冷）30次均未断裂，热震30次后的残余抗折强度为1.97~2.32Mp。
本具体实施方式将泡沫引入刚玉尖晶石浇注料中，通过高温烧成后形成如图1~图4所示的均匀微纳孔结构。其中：图1为实施例1制备的一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；图2为实施例2制备的一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；图3为实施例3制备的一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的微观结构图；图4为实施例4制备的一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的微观结构图。
本具体实施方式所制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料烧后的力学性能是：1100℃热震（水冷）30次均未断裂，且热震30次后的残余抗折强度为1.20~2.84MPa，热震次数比原有刚玉尖晶石浇注料（5次断裂）大幅提高，此外，常温抗折强度为20.81~40.08MPa，1400~1750℃高温抗折强度为9.02~23.86MPa。本具体实施方式通过泡沫加入量的控制，材料的综合性能得到了提高。有效地控制了孔径的大小和分布，材料综合性能得到提高，不仅具有好的力学性能、抗渣侵蚀性能，而且大幅提高了其热震稳定性，使用寿命延长。
本具体实施方式用泡沫法所制备的具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料生产工艺简单，整个过程不需要复杂昂贵的设备，保持了现有浇注料的生产工艺，适宜大规模工业化生产；加入泡沫也可以提高浇注料的流动性能，便于施工。
因此，本具体实施方式具有制备工艺简单、便于施工和易于工业化生产的特点，所制备的刚玉尖晶石浇注料综合性能提高、抗热震性好和使用寿命长。
Claims (9)
1.一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的制备方法，其特征在于以45~82wt%的板状刚玉颗粒和1~15wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以1~10wt%的镁铝尖晶石细粉、4~12wt%的刚玉细粉、5~15wt%的α-Al2O3微粉、2~8wt%的纯铝酸钙水泥和0.1~0.5wt%的SiO2微粉为粉料；将骨料干混5~15分钟制得混合骨料，将粉料干混3~5分钟制得混合粉料；然后向混合粉料中加入占骨料和粉料0.2~1.0wt%的减水剂、3.5~4.5wt%的水和5~15wt%的泡沫，搅拌3~5分钟，制得混合泥浆；再将混合骨料倒入混合泥浆中，搅拌1.5~4.5分钟，振动浇注成型，养护18~28小时，脱模，经100~120℃烘烤18~28小时，升温至1450~1760℃，保温2~4小时，即得具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料。
2.根据权利要求1所述具有微纳孔结构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，板状刚玉颗粒的粒度级级配：10mm>d≥5mm为15~25wt%，5mm>d≥3mm为15~25wt%，3mm>d≥1mm为11~20wt%，1mm>d≥0.5mm为2~6wt%，0.5mm>d≥0mm为2~6wt%。
3.根据权利要求1所述具有微纳孔结构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≥70wt%，粒度为0.15~1mm。
4.根据权利要求1所述具有微纳孔结构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≥70wt%，粒度﹤0.088mm。
5.根据权利要求1所述具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的制备方法，其特征在于所述刚玉细粉为板状刚玉细粉或为电熔白刚玉细粉，刚玉细粉中的Al2O3含量≥99wt%，粒度﹤0.088mm。
6.根据权利要求1所述具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3微粉粒度﹤2μm。
7.根据权利要求1所述具有微纳孔结构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≥69wt%。
8.根据权利要求1所述具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为ADS和ADW中的一种以上。
9.一种具有微纳孔结构的刚玉尖晶石浇注料，其特征在于所述刚玉尖晶石浇注料是根据权利要求1~8项中任一项所述的具有微纳孔结构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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