CN103553645B - 一种无水泥浇注料的使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢铁冶炼用无水泥浇注料的制备及其使用方法，其以氧化铝、氧化铬、氧化硅和碳化硅为主要原料，选取了合适的原料及其配比，以及相应的制备方法，通过控制氧化铬合理添加量以及在骨料中的固溶体形成程度，获得了性能优异的无水泥浇注料，通过适当的成型养护方法，得到高炉、转炉、电炉、热风炉、冶炼中间包等设备的耐热关键部位。
Description
技术领域
本发明涉及高温耐磨耐火浇注料技术领域，特别是一种钢铁冶炼用无水泥浇注料的使用方法。
背景技术
耐火浇注料是耐火材料中的重要组成部分，不仅性能优良，而且生产工艺简单、成本低，已经取代了传统的耐火砖材料而广泛应用于高炉、转炉、电炉、热风炉、冶炼中间包等钢铁冶炼用热工设备的易磨损、渗透及侵蚀部位，而这些部位是冶炼设备的关键部位，将直接影响着冶炼设备的使用寿命和利用效率。
由于钢铁的冶炼过程大量使用高温熔渣，而这些熔渣的温度通常在1400℃左右甚至更高，因此与这些熔渣接触的冶金设备的炉衬等关键部位必须能够耐受1400℃甚至更高的温度，同时熔渣成分主要是氧化钙、氧化镁等，碱度一般偏低，对于耐火浇注料的侵蚀非常严重，再加上钢铁冶炼中经常要在高温氧化等环境下使用，因此要求耐火浇注料必须具备出色的耐高温性、耐腐蚀性、抗氧化性、防爆裂性能等等。
而现有技术中Cr2O3、ZrO2等耐火原料具有优异的抗渗透和抗侵蚀的最佳原料，例如中国专利申请CN201010535390.4就公开了一种以氧化铝、氧化铬和氧化锆为主要原料的浇注料，然而其成分配比较为复杂，且需要添加纯铝酸钙水泥，不利于其使用温度的提高。文献《氧化铬对无水泥刚玉浇注料矿相、显微结构和强度的影响》也指出，高温下Cr2O3与Al2O3能够形成连续固溶体，因而铬刚玉制品的高温性能优于纯刚玉制品，其抗渣性能随Cr2O3含量的增加而增强，刚玉材料中加入氧化铬具有较多优异性能，并研究了氧化铬对无水泥刚玉基浇注料的矿相组成、显微结构以及抗折强度的影响。然而其也并未对浇注料的配比进行更为系统的研究。
本申请即在上述研究的基础上，研发一种组分相对简单，且具有优异性能的、能够完全应用于冶炼设备都的无水泥浇注料。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种具有优异性能的无水泥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：
一种无水泥浇注料的使用方法，其包括以下制备步骤：
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=79-82：4-7：14-16进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间20-30min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间25-30min；
二)，将得到的混合料在1540-1560℃下烧结2-2.5h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配40-45份的氧化铬微粉、5-10份的氧化铝微粉和3-5份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌30-60min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的3-5份的水，继续搅拌15-30min后振动倒入模具进行浇注，放置18-24h后脱模，检验合格得到浇注料成品；
四)，将浇注料成品浇注成型，在120-130℃温度下干燥24-36h，然而再在室温养护48-60h得到浇注成品。
本发明的优点是：采用了合适的原料及其配比，以及相应的制备及使用方法得到了性能优异的无水泥浇注料浇注制品。
具体实施方式
下面，通过具体的实验例对本发明中使用的浇注料进行详细说明。
实验例1.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=79：4：14进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1540℃下烧结2h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配40份的氧化铬微粉、10份的氧化铝微粉和3份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例2.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=80：5：15进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1550℃下烧结2.3h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配43份的氧化铬微粉、7份的氧化铝微粉和4份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例3.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=82：7：16进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1560℃下烧结2.5h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配45份的氧化铬微粉、5份的氧化铝微粉和5份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例4.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=80：5：10进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1550℃下烧结2.3h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配35份的氧化铬微粉、7份的氧化铝微粉和4份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例5.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=80：5：20进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1550℃下烧结2.3h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配50份的氧化铬微粉、7份的氧化铝微粉和4份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置18-24h后脱模得到产品。
实验例6.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=80：5：15进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1500℃下烧结2h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配43份的氧化铬微粉、7份的氧化铝微粉和4份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例7.
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉=80：5：15进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间30min；
二)，将得到的混合料在1600℃下烧结2.5h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配43份的氧化铬微粉、7份的氧化铝微粉和4份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
实验例8.
一)，选用氧化铝粗粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以重量份比例为氧化铝粗粉：氧化铬细粉=80：15进行配料，将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间25min；
二)，将得到的混合料在1550℃下烧结2.3h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配43份的氧化铬微粉和7份的氧化铝微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，将骨料和基质进行混合，搅拌50min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的4份的水，继续搅拌20min后振动倒入模具进行浇注，放置24h后脱模得到产品。
将浇注料浇注成型得到样品在120℃保温24h烘干备用。
抗热裂性：将样品加热到1500℃保持30min，随后取出样品掷入冷水中保持5分钟，样品取出后在常温放置30min后，重复上述加热、冷却操作20次后，称量样品失重，并计算失重率作为剥落率以考察抗热裂性。
抗侵蚀性及渗透性：采用含有氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化锰、氧化铜、氧化锌、三氧化硫，以及氟和氯元素的自造渣料作为熔渣，将样品放入回转炉中，同时用自造渣料覆盖样品，以10rpm／min的转速旋转回转炉，在通入氧气以及丙烷燃烧气的情况下，将炉温保持在1600℃下20h，期间每两小时更换炉渣熔渣一次，之后取出样品，观察并测量侵蚀层及渗透层厚度，并以实验例2的侵蚀厚度和渗透厚度为1计算其他样品的侵蚀率和渗透率。
显气孔率：经1600℃烧结3h后测得。
抗折强度：经1500℃烧结2h后测得。
表1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 剥落率(wt％) | 1.2 | 1.2 | 1.1 | 1.5 | 2.5 | 1.6 | 1.2 | 1.4 |
| 抗侵蚀性 | 0.95 | 1 | 1.02 | 2.10 | 1.05 | 1.05 | 1.10 | 1.33 |
| 抗渗透性 | 1.01 | 1 | 0.97 | 1.10 | 1.35 | 1.02 | 1.01 | 1.28 |
| 显气孔率(％) | 15.8 | 15.4 | 15.2 | 17.1 | 17.6 | 18.5 | 16.2 | 15.9 |
| 抗折强度(MPa) | 20 | 21 | 21 | 12 | 22 | 14 | 21 | 19 |
由表1中的结果可知，氧化铬在骨料中的添加量，以及骨料的烧结温度和时间，都对于浇注料的性能具有重要影响。
对于抗热裂性而言，氧化铬在骨料中需要充分形成固溶体，从而提高抗热裂性，然而氧化铬在骨料中的含量也不宜过高，否则会导致浇注料整体氧化铬含量偏高，反而导致抗热裂性变差。相应地，骨料的烧结温度和烧结时间也必须严格控制，以保证骨料中能够形成相当数量的固溶体但也残存一定数量的氧化铬。
对于抗侵蚀性而言，为了使得在浇注料骨料中能够充分形成固溶体，以及保证浇注料整体的氧化铬含量，以获得优异的性能，氧化铬在骨料中的比例不能过少，然而骨料中过多的氧化铬会使得骨料连续固溶体的抗侵蚀性过于优异而影响浇注料整体的抗侵蚀性，相应地，骨料的烧结温度和烧结时间也必须严格控制，以保证骨料中能够形成相当数量的固溶体但也残存一定数量的氧化铬。
对于抗渗透性而言，氧化铬在骨料中需要充分形成固溶体，以获得低的显气孔率，从而提高抗渗透性，然而氧化铬在骨料中的含量也不宜过高，否则会导致浇注料整体氧化铬含量偏高，反而导致抗渗透性变差。相应地，骨料的烧结温度和烧结时间也必须严格控制，以保证骨料中能够形成相当数量的固溶体但也残存一定数量的氧化铬。
对于强度而言，氧化铬在骨料中需要充分形成固溶体，以实现浇注料间更好的颗粒结合。
由上述结果分析可知，正是基于本申请合适的原料配比和制备工艺，得到了性能优异的无水泥浇注料，能够很好适用于冶金领域的严酷环境。
Claims (2)
1.一种无水泥浇注料的使用方法，其包括以下制备步骤：
一)，选用氧化铝粗粉、氧化硅细粉和氧化铬细粉作为原料制备浇注料骨料，其中氧化铝粗粉的粒度小于1mm，氧化硅细粉的粒度为10-20μm，氧化铬细粉的粒度为1-2μm，以三者的重量份比例为氧化铝粗粉：氧化硅细粉：氧化铬细粉＝80∶5：15进行配料，先将氧化铝粗粉和氧化铬细粉进行预混合，混合时间20-30min，然后再将氧化硅细粉加入预混合后的粉末中继续进行混合，混合时间25-30min；
二)，将得到的混合料在1540-1560℃下烧结2-2.5h，然后进行研磨，得到粒度为2-3mm的浇注料骨料；
三)，以二)步中浇注料骨料总量为100重量份计，再配40-45份的氧化铬微粉、5-10份的氧化铝微粉和3-5份的碳化硅微粉作为基质，其中氧化铬微粉的粒度为0.5-0.8μm，氧化铝微粉的粒度为3-6μm，碳化硅微粉的粒度为0.5-2μm，将骨料和基质进行混合，搅拌30-60min混匀，而后再配加以骨料总量为100重量份计的3-5份的水，继续搅拌15-30min后振动倒入模具进行浇注，放置18-24h后脱模，检验合格得到成品；
四)，将浇注料成品浇注成型，在120-130℃温度下干燥24-36h，然而再在室温养护48-60h得到浇注成品。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述浇注成品为高炉、转炉、电炉、热风炉、冶炼中间包设备的内衬。
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| 添加SiC对高温下铝铬体系中铬价态的影响;韩茂鲲等;《耐火材料》;20080415;第42卷(第2期);84、86 * |
| 铝铬质浇注料的研制和使用;朱秀英等;《耐火材料》;20021115;第32卷(第2期);110-111 * |
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