CN104387093A - 一种用于高炉渣生产矿棉控流的水口及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高炉渣生产矿棉控流的水口及其生产工艺，属于耐火材料领域。本发明在于材料组分设计，配方为粒度3～1mm的电熔锆刚玉3～6％、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉20～25％、粒度1～0.5mm的绿碳化硅25～35％、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅5～15％、粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅20～25％、粒度0.5～0.21mm的熔融石英3～5％、粒度0.21～0.088mm的熔融石英1～2％、粒度≤0.020mm的膨胀石墨1～2％、粒度≤0.020mm的铬绿2～3％、粒度≤0.010mm的硅粉1～2％。外加酚醛树脂结合剂+2～4％。生产工艺过程包括混料、困料、等静压成形、干燥、烧成、探伤、喷釉等。本发明的水口具有优异的抗侵蚀性、抗热震性、抗氧化性能，使用寿命达到20天以上，远远高于石墨质水口的寿命(约4天)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高炉渣生产矿棉控流的水口及其生产工艺，属于耐火材料领域。
背景技术
钢铁生产过程中产生的大量高温熔融渣(或叫高炉渣，约占铁产量的1/3)，排放温度高达1400～1500℃，由于我国钢铁企业通常采用水淬工艺处理高炉矿渣，热态渣携带的热量没有得到利用，反而浪费了宝贵的水资源，水淬过程中产生的污水和有害气体对环境造成污染。面对高炉渣的排放量日益增多堆积，占用了大量土地，目前熔融渣处理工艺存在的能源、资源浪费和环境污染等问题。利用热态高炉渣液制备矿棉等建筑保温材料不仅解决高炉渣废品利用问题，同时也利用了高炉渣液的余热，生产的矿棉廉价、保温效果好，具有阻燃作用，是替代有机隔热产品的理想材料。
在高炉渣生产矿棉时，控制高炉渣液的向吹棉机的流速采用类似冶金连铸中间包的水口和塞棒设备。塞棒和上水口受到渣液的严重侵蚀、热冲击和氧化作用，一般材料难以承受其恶劣的工况环境，目前采用的石墨材质的塞棒和水口的寿命非常短暂(一般不到4天)，严重的影响炉子的运行效率和运行安全。本发明就是为了适应高炉渣侵蚀严重的特点，采用电熔锆刚玉、绿碳化硅、熔融石英、膨胀石墨、铬绿、硅粉等为主要原料，制备高抗侵蚀、高耐磨、高抗氧化的水口，在新某铸管厂使用寿命达到20天以上。
发明内容
本发明的目的在于研究一种用于高炉渣生产矿棉控流的水口及其生产工艺，原料主要有电熔锆刚玉、绿碳化硅、熔融石英、膨胀石墨、铬绿、硅粉等，采用酚醛树脂作为结合剂结合，等静压成型。电熔锆刚玉由刚玉与锆斜石的共析体和玻璃相组成，具有优异的抗高炉渣侵蚀和高炉渣冲刷的功能；绿碳化硅具有高强、耐磨的特点，有利于提高水口的强度和冲刷，用电熔锆刚玉和绿碳化硅组合成复合材料，相比高炉铁钩用的刚玉-碳化硅材料具有更好的抗高炉渣侵蚀和抗高炉渣冲刷性能；低膨胀系数熔融石英不仅有利于降低了水口的热胀性，且因熔融石英颗粒与基质相热膨胀系数的差异使得浇注料在温度剧变时产生了微裂纹，由于低热膨胀和大量微裂纹增韧双重机制，提高水口的抗热震性能和解决热剥落难题，提高了水口的使用寿命；膨胀石墨具有良好的活性，并含有已知最薄、最坚硬的纳米材料石墨烯，能提高水口的低温强度，同时利用纳米材料的高反应活性，快速和硅粉反应生成陶瓷晶须结合相，提高材料的中高温强度和可靠性；铬绿性能极稳定，耐候性优良，提高水口的抗侵蚀性能和延长使用寿命；硅粉作为抗氧化剂引入，保护绿碳化硅，防止绿碳化硅氧化；将水口采用喷釉工艺，提高材料的抗氧化能力。本发明的优点是生产的用于高炉渣生产矿棉的水口具有优异的抗侵蚀性、抗热震性、抗氧化性能，应用在新某铸管厂使用寿命达到20天以上，其寿命远远高于目前采用的石墨质水口的寿命(约4天)，为矿棉的连续生产创造了条件，对于高炉废渣回收利用具有重要的经济价值和环境价值。
本发明的配方(重量和粒度含量)如下：
(1)粒度3～1mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，3～6％；
(2)粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，20～25％；
(3)粒度1～0.5mm的绿碳化硅，25～35％；
(4)粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅，5～15％；
(5)粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅，20～25％；
(6)粒度0.5～0.21mm的熔融石英，3～5％；
(7)粒度0.21～0.088mm的熔融石英，1～2％；
(8)粒度≤0.020mm的膨胀石墨，1～2％；
(9)粒度≤0.020mm的铬绿，2～3％；
(10)粒度≤0.010mm的硅粉，1～2％；
外加酚醛树脂结合剂，+2～4％；
生产工艺过程包括以下几部分：
(1)将粉料预混。粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅和熔融石英、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉、粒度≤0.020mm石墨烯和铬绿、粒度≤0.010硅粉进行强力预混，预混时间在15～20分钟。
(2)将颗粒料混碾。粒度3～1mm的电熔锆刚玉、粒度1～0.5mm的绿碳化硅、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅和熔融石英，强力混碾15～20分钟。
(3)混料。在混碾后的颗粒料混碾15～20分钟后，继续混碾，同时加入酚醛树脂2～4％，然后加入预混好的粉料，强力混碾20～30分钟。
(4)筛分。混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块。
(5)困料。放入恒温恒湿车间密闭困料24～36小时。
(6)等静压成形。30～40分钟升压至100～120MPa，保压15～20分钟后，10～15分钟缓慢卸压，压制成形。
(7)干燥。制品在220℃下干燥24～48小时。
(8)烧成。干燥后的制品在920～1100℃电窑中烧成24～36小时.
(9)探伤。用X射线无损探伤仪进行检测。
(10)喷釉。喷涂预先配好的釉料浆(50％钾长石，26％苏州土，7％石英球磨成1～2微米的细粉，然后加入17％水调匀)，入160～180℃的干燥窑干燥12～24小时。
具体实施方式
实施例1
采用的原料配方如下：
(1)粒度3～1mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，4％；
(2)粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，20％；
(3)粒度1～0.5mm的绿碳化硅，33％；
(4)粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅，7％；
(5)粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅，25％；
(6)粒度0.5～0.21mm的熔融石英，5％；
(7)粒度0.21～0.088mm的熔融石英，1％；
(8)粒度≤0.020mm的膨胀石墨，1％；
(9)粒度≤0.020mm的铬绿，2％；
(10)粒度≤0.010mm的硅粉，2％；
具体的生产工艺如下：
(1)将粉料预混。粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅和熔融石英、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉、粒度≤0.020mm石墨烯和铬绿、粒度≤0.010硅粉进行强力预混，预混时间在15分钟。
(2)将颗粒料混碾。粒度3～1mm的电熔锆刚玉、粒度1～0.5mm的绿碳化硅、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅和熔融石英，强力混碾15分钟。
(3)混料。在混碾后的颗粒料混碾15分钟后，继续混碾，同时加入酚醛树脂4％，然后加入预混好的粉料，强力混碾20分钟。
(4)筛分。混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块。
(5)困料。放入恒温恒湿车间密闭困料24小时。
(6)等静压成形。30分钟升压至100MPa，保压20分钟后，15分钟缓慢卸压，压制成形。
(7)干燥。制品在220℃下干燥24小时。
(8)烧成。干燥后的制品在920℃电窑中烧成36小时.
(9)探伤。用X射线无损探伤仪进行检测。
(10)喷釉。喷涂预先配好的釉料浆(50％钾长石，26％苏州土，7％石英球磨成1～2微米的细粉，然后加入17％水调匀)，入160℃的干燥窑干燥24小时。
表1列出用于高炉渣生产矿棉的水口实施例1的性能，水口具有优异耐磨性，表现为具有较高的耐压强度和的抗折强度(25℃，耐压强度78MPa；25℃，抗折强度强度25.5MPa；1100℃×0.5h，抗折强度24.2MPa)，并具有优异的抗热震性能(1100℃×0.5h，水冷，31次循环后断裂)。在新某铸管厂高炉渣矿棉生产线连续使用20天，从使用效果上看，亦具有优异的抗高炉渣侵蚀性能，远远高于石墨质的水口寿命(约4天)。
表1一种用于高炉渣生产矿棉的水口砖的实例和性能
实施例2
采用的原料配方如下：
(1)粒度3～1mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，6％；
(2)粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，23％；
(3)粒度1～0.5mm的绿碳化硅，29％；
(4)粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅，10％；
(5)粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅，21％；
(6)粒度0.5～0.21mm的熔融石英，4％；
(7)粒度0.21～0.088mm的熔融石英，2％；
(8)粒度≤0.020mm的膨胀石墨，1％；
(9)粒度≤0.020mm的铬绿，3％；
(10)粒度≤0.010mm的硅粉，1％；
具体的生产工艺如下：
(1)将粉料预混。粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅和熔融石英、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉、粒度≤0.020mm石墨烯和铬绿、粒度≤0.010硅粉进行强力预混，预混时间在20分钟。
(2)将颗粒料混碾。粒度3～1mm的电熔锆刚玉、粒度1～0.5mm的绿碳化硅、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅和熔融石英，强力混碾20分钟。
(3)混料。在混碾后的颗粒料混碾20分钟后，继续混碾，同时加入酚醛树脂3％，然后加入预混好的粉料，强力混碾30分钟。
(4)筛分。混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块。
(5)困料。放入恒温恒湿车间密闭困料36小时。
(6)等静压成形。40分钟升压至120MPa，保压15分钟后，15分钟缓慢卸压，压制成形。
(7)干燥。制品在220℃下干燥48小时。
(8)烧成。干燥后的制品在1100℃电窑中烧成24小时.
(9)探伤。用X射线无损探伤仪进行检测。
(10)喷釉。喷涂预先配好的釉料浆(50％钾长石，26％苏州土，7％石英球磨成1～2微米的细粉，然后加入17％水调匀)，入180℃的干燥窑干燥12小时。
表1列出用于高炉渣生产矿棉的水口实施例2的性能，水口具有优异耐磨性，表现为具有较高的耐压强度和的抗折强度(25℃，耐压强度80MPa；25℃，抗折强度强度26.3MPa；1100℃×0.5h，抗折强度26.0MPa)，并具有优异的抗热震性能(1100℃×0.5h，水冷，34次循环后大裂纹)。在新某铸管厂高炉渣矿棉生产线连续使用20天，从使用效果上看，亦具有优异的抗高炉渣侵蚀性能，远远高于石墨质的水口寿命(约4天)。
实施例3
采用的原料配方如下：
(1)粒度3～1mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，5％；
(2)粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，25％；
(3)粒度1～0.5mm的绿碳化硅，26％；
(4)粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅，13％；
(5)粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅，20％；
(6)粒度0.5～0.21mm的熔融石英，3％；
(7)粒度0.21～0.088mm的熔融石英，2％；
(8)粒度≤0.020mm的膨胀石墨，2％；
(9)粒度≤0.020mm的铬绿，1％；
(10)粒度≤0.010mm的硅粉，1％；
具体的生产工艺如下：
(1)将粉料预混。粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅和熔融石英、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉、粒度≤0.020mm石墨烯和铬绿、粒度≤0.010硅粉进行强力预混，预混时间在20分钟。
(2)将颗粒料混碾。粒度3～1mm的电熔锆刚玉、粒度1～0.5mm的绿碳化硅、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅和熔融石英，强力混碾15分钟。
(3)混料。在混碾后的颗粒料混碾15分钟后，继续混碾，同时加入酚醛树脂2％，然后加入预混好的粉料，强力混碾30分钟。
(4)筛分。混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块。
(5)困料。放入恒温恒湿车间密闭困料36小时。
(6)等静压成形。40分钟升压至120MPa，保压20分钟后，10分钟缓慢卸压，压制成形。
(7)干燥。制品在220℃下干燥36小时。
(8)烧成。干燥后的制品在920℃电窑中烧成36小时.
(9)探伤。用X射线无损探伤仪进行检测。
(10)喷釉。喷涂预先配好的釉料浆(50％钾长石，26％苏州土，7％石英球磨成1～2微米的细粉，然后加入17％水调匀)，入180℃的干燥窑干燥12小时。
表1列出用于高炉渣生产矿棉的水口实施例3的性能，水口具有优异耐磨性，表现为具有较高的耐压强度和的抗折强度(25℃，耐压强度77MPa；25℃，抗折强度强度26.7MPa；1100℃×0.5h，抗折强度25.1MPa)，并具有优异的抗热震性能(1100℃×0.5h，水冷，32次循环后断裂)。在新某铸管厂高炉渣矿棉生产线连续使用20天，从使用效果上看，亦具有优异的抗高炉渣侵蚀性能，远远高于石墨质的水口寿命(约4天)。
Claims (2)
1.一种用于高炉渣生产矿棉控流的水口，其特征在于：其原料配方的重量百分比和粒度为：
(1)粒度3～1mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，3～6％；
(2)粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉(AZS41#)，20～25％；
(3)粒度1～0.5mm的绿碳化硅，25～35％；
(4)粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅，5～15％；
(5)粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅，20～25％；
(6)粒度0.5～0.21mm的熔融石英，3～5％；
(7)粒度0.21～0.088mm的熔融石英，1～2％；
(8)粒度≤0.020mm的膨胀石墨，1～2％；
(9)粒度≤0.020mm的铬绿，2～3％；
(10)粒度≤0.010mm的硅粉，1～2％；
外加酚醛树脂结合剂，+2～4％。
2.一种生产权利要求1所述水口的工艺，其特征在于：
(1)将粉料预混，粒度0.21～0.088mm的绿碳化硅和熔融石英、粒度≤0.088mm的电熔锆刚玉、粒度≤0.020mm石墨烯和铬绿、粒度≤0.010硅粉进行强力预混，预混时间在15～20分钟；
(2)将颗粒料混碾，粒度3～1mm的电熔锆刚玉、粒度1～0.5mm的绿碳化硅、粒度0.5～0.21mm的绿碳化硅和熔融石英，强力混碾15～20分钟；
(3)混料，在混碾后的颗粒料混碾15～20分钟后，继续混碾，同时加入酚醛树脂2～4％，然后加入预混好的粉料，强力混碾20～30分钟；
(4)筛分，混合料出料后，用5mm的筛子筛分，去除团聚大块；
(5)困料，放入恒温恒湿车间密闭困料24～36小时；
(6)等静压成形，30～40分钟升压至100～120MPa，保压15～20分钟后，10～15分钟缓慢卸压，压制成形；
(7)干燥，制品在220℃下干燥24～48小时；
(8)烧成，干燥后的制品在920～1100℃电窑中烧成24～36小时；
(9)探伤，用X射线无损探伤仪进行检测；
(10)喷釉，喷涂预先配好的釉料浆(50％钾长石，26％苏州土，7％石英球磨成1～2微米的细粉，然后加入17％水调匀)，入160～180℃的干燥窑干燥12～24小时。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |