CN104355630B

CN104355630B - 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法

Info

Publication number: CN104355630B
Application number: CN201410560773.5A
Authority: CN
Inventors: 李富朝; 孙庚辰; 张玉涛; 樊旭光
Original assignee: ZHENGZHOU ANNEC INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: ZHENGZHOU ANNEC INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-10-21
Also published as: CN104355630A

Abstract

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法，内衬的原料由20.65~31.85%基质、65~72%骨料、0.05~0.15%防爆纤维、3~7%结合剂和0.1~0.2%分散剂组成；其制备方法使将原料与一定重量的水混合成浇注料，浇注后经养护、热处理制得送风支管内衬。本发明中，基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉组成，骨料由粘土熟料颗粒和3~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成。在使用过程中，红柱石转化成的莫来石能够与其它原料形成交织结构，能够起到桥接增韧的作用，提高原料制品的抗热震性；莫来石化的膨胀效果持久，体积稳定性好，内衬的使用寿命长。

Description

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体的说是一种用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法。

背景技术

炼铁高炉送风装置即所谓的送风支管，是高炉炉前设备中至关重要的组成部件，也是热风炉管道系统中的薄弱环节，是决定高炉能否正常生产的关键。目前，国内高炉普遍存在着外表温度高、发红、使用寿命短以及因漏风造成热能损失过大的诸多弊端，使用寿命一般在一年以内，与使用寿命为20~30年的热风炉不匹配，难以满足高炉冶炼对送风装置的使用要求；而且，还限制了热风温度、富氧率和煤粉喷吹量的提高。

这种现象主要是由送风支管内衬性能不能长期满足高风温风压下高耐磨性能和高温抗热震的工作条件引起的。那么寻找新型的、行之有效的送风装置内衬势在必行，也是强化冶炼的必要手段之一。申请号为01133638.2的中国发明专利，公开了一种高炉送风管道（鹅颈管、弯管、直吹管）用耐火浇注料，其采用的烧结矾土和镁砂在高温使用过程中生成铝镁尖晶石，虽其初期的膨胀作用利于体积稳定，但在铝镁尖晶石反应完全后，因其结晶长大，体积收缩，易产生裂纹，该内衬材料使用时间不持久，使用寿命短。申请号为2005100177252的发明专利公开了一种高炉进风管道专用耐火浇注料及其成型方法，该浇注料加入的膨胀剂为硅石粉或粉状蓝晶石，在进风管道的高温作用下，粉料的蓝晶石在1100℃开始发生莫来石化，在温度为1250℃的高风温下能够完全莫来石化，其转化过程短暂，在莫来石化完成后，由于内衬中该莫来石化过程产生富余SiO₂，或硅石粉中的SiO₂，多于内衬材料中的Al₂O₃，该浇注料的膨胀不持久，继续使用易因体积收缩产生裂纹。而且，该浇注料中仅加入0.1~4份的硅灰，而加水量为8~17份，会影响浇注料的高温强度；且高铝水泥加入量较多，其与SiO₂反应生成含硅铝钙的低熔点化合物，降低浇注料的高温性能，影响内衬的体积稳定性和抗冲刷性能。其该浇注料中水泥含量多，水泥化合物多，在制作送风装置时，其热处理温度达500℃，对钢壳是不利的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服传统送风支管的耐火内衬存在高温性能差的缺陷，提供了一种用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法，能够使高炉送风支管在高风温风压的条件下满足高耐磨和抗热震的工作条件。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量百分比是：基质20.65~31.85%、骨料65~72%、防爆纤维0.05~0.15%、结合剂3~7%和分散剂0.1~0.2%；所述的基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉组成，基质中各物料的重量占基质总重量的百分比是：红柱石19~31%、刚玉31~35%、α-Al₂O₃微粉15~19%和SiO₂微粉23~27%；所述的骨料由粘土熟料颗粒和3~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成，骨料中各物料的重量占骨料总重量的百分比是：粘土熟料颗粒50~62%和红柱石颗粒38~50%；所述的结合剂由纯铝酸钙水泥和ρ-Al₂O₃组成，结合剂中各物料的重量占结合剂总重量的百分比是：纯铝酸钙水泥55~65%和ρ-Al₂O₃35~45%；所述的分散剂由三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠组成。

本发明的纯铝酸钙水泥和ρ-Al₂O₃，在使用过程中能够与水发生水化反应，所产生的结合作用：纯铝酸钙水泥＞ρ-Al₂O₃，通过对二者的重量比进行调整，可获得流动性好的浇注料。本发明中，刚玉细粉的粒径为300目，α-Al₂O₃微粉粒径≤5微米，SiO₂微粉粒径≤1微米。微粉比表面积较大、有较好的粘聚性能，可改善坯体的成型强度。

进一步的，本发明中，3~0.074mm粒度等级的红柱石又分为3~1mm和1~0.074mm两种等级，3~1mm和1~0.074mm两种粒度的重量比17~22：21~28。

所述的粘土熟料颗粒分为8~5mm和5~3mm两种粒度等级，两种粒度的重量比为25~31：25~31。

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，预先将浇注模芯置于送风支管的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入≤200℃的热处理室中保温4h。

有益效果：1、红柱石的莫来石化过程中体积膨胀，本发明中，红柱石分为3~0.074mm和200目两种粒度等级，且红柱石颗粒料的重量份数多于红柱石细粉，红柱石高温分解出的富氧化硅玻璃相游离出红柱石颗粒料的路径较为曲折，迁移较慢，在裂纹扩展时，富氧化硅玻璃相能够弥合裂缝，其制品在1250℃时的耐压强度能够达到100MPa，1200℃时的耐磨性能够达到4.0cm³；红柱石细粉较易反应，而红柱石颗粒转化速度慢，二者的颗粒级配能够使红柱石保持未完全莫来石化，形成莫来石潜能，即莫来石化是一个持续的过程，该持续的莫来石化过程能够补偿原料制品因受应力作用产生的体积收缩，提高其高温机械性能，其制品的荷重软化温度大于1650℃，抗蠕变性好，0.2MPa×1250℃×0-50h下的蠕变量达-0.55%左右；同时，该持续的莫来石化过程有利于制备原料在使用过程中，各原料膨胀系数的复配而提高抗热震性，原料制品在1100℃水冷的热震稳定性大于100次；

2、本发明的浇注料为红柱石质，且红柱石的莫来石化开始转化温度为1200℃，与现有技术相比，比蓝晶石的莫来石化开始温度高，粗颗粒的红柱石分解进程较慢，其分解出的SiO₂可与基质中游离的Al₂O₃、刚玉和α-Al₂O₃反应生成莫来石。因此，莫来石化的膨胀效果持久，体积稳定性好，不会产生裂纹，内衬的使用寿命长。

3、该浇注料加入的微粉多，填充性好，加水量少，使该浇注料具有很好的流动性，有利于浇注料强度的提高；该浇注料加入的纯铝酸钙水泥少，生成的低熔物少，高温性能好，又辅以ρ-Al₂O₃结合剂，低温热处理强度高；水泥含量少，水泥化合物少，且加有有机防爆纤维，抗爆裂性好，因此，该浇注料形成送风支管的内衬时，其热处理温度一般≤200℃，表面温度低，对送风支管的钢壳无伤害作用；而且，该内衬低导热，在加大喷煤量的同时，能够最大限度的使用高风温，避免热能流失，该内衬还能够提高热风装置的蓄热能力，延长其使用寿命。

具体实施方式

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量百分比是：基质20.65~31.85%、骨料65~72%、防爆纤维0.05~0.15%、结合剂3~7%和分散剂0.1~0.2%；其中，所述的基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉组成，基质中各物料的重量占基质总重量的百分比是：红柱石19~31%、刚玉31~35%、α-Al₂O₃微粉15~19%和SiO₂微粉23~27%；所述的骨料由粘土熟料颗粒和3~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成，骨料中各物料的重量占骨料总重量的百分比是：粘土熟料颗粒50~62%和红柱石颗粒38~50%；所述的结合剂由纯铝酸钙水泥和ρ-Al₂O₃组成，结合剂中各物料的重量占结合剂总重量的百分比是：纯铝酸钙水泥55~65%和ρ-Al₂O₃35~45%；所述的分散剂由三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠组成。

本发明中，3~0.074mm粒度等级的红柱石又分为3~1mm和1~0.074mm两种等级，3~1mm和1~0.074mm两种粒度的重量比为17~22：21~28。

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，预先将浇注模芯置于送风支管的钢壳内，然后将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重在混砂机内混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出大气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入≤200℃的热处理室中保温4h即可。

本发明的原料用于送风支管时，送风支管管道内部的温度为1000~1250℃，在1200℃时，红柱石（Al₂O₃·SiO₂）→一次莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）＋游离SiO₂，原料中的红柱石生成一次莫来石和游离的SiO₂，一次莫来石呈针状或柱状，在原料制品中能够起到纤维增韧的效果，增强制品的机械性能；而SiO₂微粉和/或部分游离的SiO₂与原料中的α-Al₂O₃微粉和/或刚玉细粉发生反应，生成二次莫来石，3Al₂O₃＋2SiO₂→二次莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）。二次莫来石呈针状，均匀分布于整个原料制品中，起到颗粒增韧的作用。红柱石转化成的柱状和针状的莫来石能够与其它原料形成交织结构，结合牢固，当原料制品由于热应力和其它机械应力而发生断裂时，能够起到桥接增韧的作用，提高原料制品的抗热震性。

本发明中，该红柱石颗粒料转化为一次莫来石，表现为体积膨胀；一次莫来石化过程中富余的游离SiO₂能够分别与基质中游离的Al₂O₃、刚玉细粉、α-Al₂O₃反应生成二次莫来石，所产生的微膨胀效应能够抵消制品使用过程中因高温负荷作用造成的制品体积收缩；一次莫来石和二次莫来石形成交织结构，提高原料制品的热态强度。红柱石和生成的一次莫来石处于固态，SiO₂玻璃相处于液态，原料中的红柱石颗粒难以全部容纳生成的SiO₂玻璃相，因而使得部分的SiO₂玻璃相排挤到裂纹缝隙中，起到结合作用，抑制裂纹的产生，提高了原料制品的抗热震性。

实施例1：

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质31.85%、骨料65%、防爆纤维0.05%、结合剂3%和三聚磷酸钠0.1%；其中，所述的基质由9.85%的200目粒度等级的红柱石细粉、9.88%的300目粒度等级的刚玉细粉、4.78%的α-Al₂O₃微粉和7.34%的SiO₂微粉组成；所述的骨料由16.25%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、19.5%的5~3mm粒度等级的粘土熟料颗粒、13%的3~1mm粒度等级的红柱石颗粒和16.25%的1~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成；所述的结合剂由1.95%的纯铝酸钙水泥和1.05%的ρ-Al₂O₃组成。

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，将浇注模芯置于送风支管的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入≤200℃的热处理室中保温4h。

本发明中，ρ-Al₂O₃作为原料的结合剂，能够与水发生水化反应生成Al(OH)₃，并在热风炉的高温作用下能够分解转化为α-Al₂O₃，并与SiO₂微粉和/或红柱石分解生成的游离SiO₂发生莫来石化反应，可以根据α-Al₂O₃和ρ-Al₂O₃的重量比调配二者的加入比例，最大限度的提高原料的流动性，改善其高温性能。

实施例2：

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质20.65%、骨料72%、防爆纤维0.15%、结合剂7%和分散剂0.2%；其中，所述的基质由6.25%的200目粒度等级的红柱石细粉、11.05%的300目粒度等级的刚玉细粉、6.05%的α-Al₂O₃微粉和8.5%的SiO₂微粉组成；所述的骨料由16.25%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、16.25%的5~3mm粒度等级的粘土熟料颗粒、14.3%的3~1mm粒度等级的红柱石颗粒和18.2%的1~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成；所述的结合剂由3.85%的纯铝酸钙水泥和3.15%的ρ-Al₂O₃组成；所述的分散剂由0.05%的三聚磷酸钠和0.15%的六偏磷酸钠组成。

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，将所述的原料按照配比称重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；送风支管内衬具体的制备过程参照实施例1。

实施例3：

用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质26.25%、骨料68.5%、防爆纤维0.1%、结合剂5%和六偏磷酸钠0.15%；其中，所述的基质由6.56%的200目粒度等级的红柱石细粉、8.66%的300目粒度等级的刚玉细粉、4.46%的α-Al₂O₃微粉和6.57%的SiO₂微粉组成；所述的骨料由21.2%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、21.2%的5~3mm粒度等级的粘土熟料颗粒、11.65%的3~1mm粒度等级的红柱石颗粒和14.45%的1~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成；所述的结合剂由3%的纯铝酸钙水泥和2%的ρ-Al₂O₃组成。

表1：实施例1~3耐火制品的理化检验结果

实施例1~3耐火制品的理化检验结果如上表1所示，由表1可知，与现有技术的耐火材料相比，本发明形成的浇注料具有较高的体积密度、抗折和耐压强度、荷重软化温度，优良的高温耐磨性能，抗蠕变性好。本发明的浇注料在高炉热风炉送风装置领域使用时，红柱石的莫来石化持久，红柱石和生成的莫来石的热膨胀系数较低，其抗热震性好。

红柱石莫来石化后生成的SiO₂玻璃相绝大部分处于莫来石晶体网络之中，只有小部分处在颗粒表面。该玻璃相对莫来石有良好的润湿性，可缓和红柱石分解引起的体积膨胀效应。在高温下，莫来石晶内液化的SiO₂玻璃相能够吸收热应力；这种玻璃相可与浇注料中的Al₂O₃反应生成二次莫来石，强化基质。这使得由红柱石转化而得到的莫来石比用其它原料时有更好的高温性能，尤其是热震稳定性和抗渣性。莫来石呈针柱状穿插结构，有利于热态强度的提高。本发明的制备原料制成的高炉热风炉送风支管可减薄减重，提高寿命，便于修补。

其中，有机防爆纤维作为本发明内衬原料的增强材料，除了在常温下应具有较高的抗拉强度及与浇注料基体有良好的粘结性能外，还具有在高温条件下保持增强作用的性能，具有较高的化学稳定性和可混性，不产生对耐火浇注料有害的作用，也不降低本身的性能。有机防爆纤维能够使材料在热处理时留下气孔，抗爆裂性好，抗热震性好。二者所作出的贡献：（1）增强韧性，提高抗应力—应变能力，提高抗机械冲击性；（2）提高抗热震性，提高抗开裂与剥落性；（3）抑制在干燥、热处理及养护后的线收缩。

Claims

1.用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、有机防爆纤维、结合剂和分散剂组成，其特征在于：各物料的重量百分比是：基质20.65~31.85%、骨料65~72%、有机防爆纤维0.05~0.15%、结合剂3~7%和分散剂0.1~0.2%；

其中，所述的基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、α-Al₂O₃微粉和SiO₂微粉组成，基质中各物料的重量占基质总重量的百分比是：红柱石19~31%、刚玉31~35%、α-Al₂O₃微粉15~19%和SiO₂微粉23~27%；

所述的骨料由粘土熟料颗粒和3~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成，骨料中各物料的重量占骨料总重量的百分比是：粘土熟料颗粒50~62%和红柱石颗粒38~50%；所述3~0.074mm粒度等级的红柱石又分为3~1mm和1~0.074mm两种等级，3~1mm和1~0.074mm两种粒度的重量比为17~22：21~28；

所述的结合剂由纯铝酸钙水泥和ρ-Al₂O₃组成，结合剂中各物料的重量占结合剂总重量的百分比是：纯铝酸钙水泥55~65%和ρ-Al₂O₃35~45%；

所述的分散剂由三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠组成。

2.根据权利要求1所述的用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其特征在于：所述的粘土熟料颗粒分为8~5mm和5~3mm两种粒度等级，两种粒度的重量比为25~31：25~31。

3.一种如权利要求1所述的用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，其特征在于：将浇注模芯置于送风支管的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入≤200℃的热处理室中保温4h。