CN105036774A

CN105036774A - 一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法

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Publication number: CN105036774A
Application number: CN201510469732.XA
Authority: CN
Inventors: 赵惠忠; 王立锋; 冯立; 李静捷; 张寒
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: CN105036774B

Abstract

本发明涉及一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。其技术方案是：以60~75wt%的钛铝酸钙颗粒、10~20wt%的钛铝酸钙细粉、2~7wt%的二氧化钛微粉、5~10wt%的α-Al₂O₃微粉和1~6wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和3.5~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。本发明具有生产成本低、节约资源和保护环境的特点；所制备的炼钒反射炉用钛铝酸钙预制件不仅高温强度大，且抗酸性钒渣侵蚀和渗透性能良好。

Description

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法

技术领域

本发明属于钛铝酸钙预制件技术领域。具体涉及一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。

背景技术

随着耐火材料行业的发展，优质的耐火原料已经匮乏，在节能环保的大环境下，将废物进行最大资源化利用意义重大。

钛铝酸钙作为一种冶炼钛铁合金的副产品，经物相和化学成分分析，其Al₂O₃含量为75~80wt%，CaO含量为10~15wt%，TiO₂含量为10~15wt%；是一种以钛酸钙和六铝酸钙为主、以二铝酸钙、金红石相和刚玉相为副的高熔点复相材料，其耐火度可达1790℃。由于具有低热导率、低线膨胀系数和良好热震稳定性等高温性能，可直接用来作为一种耐火原料。而目前，大多数的钛铝酸钙作为固体废弃物被简单处理掉，并未发挥其经济和社会效益。将钛铝酸钙应用于耐火材料工业可降低耐火材料制品的生产成本。

由于炼钒反射炉中强酸性的钒渣对耐火材料提出了苛刻的要求，目前炼钒反射炉内衬普遍采用高铝砖，其效果并不理想，酸渣侵蚀较为严重，降低了炉衬的使用寿命。此外，由于优质高铝矾土价格不断上升，使得炼钒行业成本提高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷。目的是提供一种生产成本低、节约资源和保护环境的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，用该方法制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件不仅高温强度大，且抗酸性钒渣侵蚀和渗透性能良好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以60~75wt%的钛铝酸钙颗粒、10~20wt%的钛铝酸钙细粉、2~7wt%的二氧化钛微粉、5~10wt%的α-Al₂O₃微粉和1~6wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和3.5~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

所述钛铝酸钙颗粒的密度为3.10~3.40g/cm³，吸水率为2~3wt%；所述钛铝酸钙颗粒的Al₂O₃含量≥70wt%，Fe₂O₃含量≤2wt%。所述钛铝酸钙的颗粒级配是：粒径为8~5mm占钛铝酸钙颗粒的10~20wt%，粒径小于5mm且大于等于3mm占钛铝酸钙颗粒的30~40wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占钛铝酸钙颗粒的30~40wt%，粒径小于1且大于0.088mm占钛铝酸钙颗粒的10~20wt%。

所述钛铝酸钙细粉中：Al₂O₃含量≥70wt%，Fe₂O₃含量≤2wt%；铝酸钙细粉的粒径≤0.088mm。

所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。

所述二氧化钛微粉中的TiO₂含量≥97wt%，二氧化钛微粉的粒径≤5μm。

所述α-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃含量≥99wt%，α-Al₂O₃微粉的粒径≤6μm。

所述ρ-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃的含量≥99wt%，ρ-Al₂O₃微粉的粒径≤5μm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

本发明采用冶炼钛铁合金剩余的渣即钛铝酸钙为主要原料，不仅节约了生产成本又减轻了环境污染，实现了资源的最大利用化；本发明所制备的钛铝酸钙预制件与目前炼钒反射炉内衬使用的定形高铝砖相比，省去烧成过程，进一步降低了生产成本。

本发明采用的骨料钛铝酸钙结构致密，能阻止酸性钒渣的侵蚀渗透；此外，在高温服役过程中，钛铝酸钙预制件通过物相组成间的热膨胀失衡形成微裂纹，抵消材料内部的热应力进而提高材料的热震稳定性。

本发明所制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.20g/cm³；显气孔率为12~16%；1100℃×3h烧成后抗折强度为16~20MPa；1100℃高温抗折强度为10~14MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为80~100MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数4~8%；渗透指数26~30%。

因此，本发明具有生产成本低、节约资源和保护环境的特点；所制备的炼钒反射炉用钛铝酸钙预制件不仅高温强度大，且抗酸性钒渣侵蚀和渗透性能良好。

具体实施方式

下面结合实施例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的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。

实施例1

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以60~63wt%的钛铝酸钙颗粒、18~20wt%的钛铝酸钙细粉、2~4wt%的二氧化钛微粉、9~10wt%的α-Al₂O₃微粉和5~6wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.25~0.30wt%的聚羧酸类减水剂和3.5~4.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.15~3.20g/cm³；显气孔率为12~13%；1100℃×3h烧成后抗折强度为19~20MPa；1100℃高温抗折强度为13~14MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为95~100MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数4~5%；渗透指数26~27%。

实施例2

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以63~66wt%的钛铝酸钙颗粒、16~18wt%的钛铝酸钙细粉、3~5wt%的二氧化钛微粉、8~9wt%的α-Al₂O₃微粉和4~5wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.20~0.25wt%的聚羧酸类减水剂和4.0~4.5wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.10~3.15g/cm³；显气孔率为13~14%；1100℃×3h烧成后抗折强度为18~19MPa；1100℃高温抗折强度为12~13MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为90~95MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数5~6%；渗透指数27~28%。

实施例3

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以66~69wt%的钛铝酸钙颗粒、14~16wt%的钛铝酸钙细粉、4~6wt%的二氧化钛微粉、7~8wt%的α-Al₂O₃微粉和3~4wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.15~0.20wt%的聚羧酸类减水剂和4.5~5.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.05~3.10g/cm³；显气孔率为14~15%；1100℃×3h烧成后抗折强度为17~18MPa；1100℃高温抗折强度为11~12MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为85~90MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数6~7%；渗透指数28~29%。

实施例4

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以69~72wt%的钛铝酸钙颗粒、12~14wt%的钛铝酸钙细粉、5~7wt%的二氧化钛微粉、6~7wt%的α-Al₂O₃微粉和2~3wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.10~0.15wt%的聚羧酸类减水剂和5.0~5.5wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.05g/cm³；显气孔率为15~16%；1100℃×3h烧成后抗折强度为16~17MPa；1100℃高温抗折强度为10~11MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为80~85MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数7~8%；渗透指数29~30%。

实施例5

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以72~75wt%的钛铝酸钙颗粒、10~12wt%的钛铝酸钙细粉、5~7wt%的二氧化钛微粉、5~10wt%的α-Al₂O₃微粉和1~2wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.05~0.10wt%的聚羧酸类减水剂和5.5~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.05~3.20g/cm³；显气孔率为12~15%；1100℃×3h烧成后抗折强度为17~20MPa；1100℃高温抗折强度为11~14MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为85~100MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数5~8%；渗透指数27~30%。

实施例6

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以60~63wt%的钛铝酸钙颗粒、18~20wt%的钛铝酸钙细粉、2~4wt%的二氧化钛微粉、9~10wt%的α-Al₂O₃微粉和5~6wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.25~0.30wt%的萘系减水剂和3.5~4.5wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.10~3.20g/cm³；显气孔率为12~14%；1100℃×3h烧成后抗折强度为18~20MPa；1100℃高温抗折强度为12~14MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为90~100MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数4~6%；渗透指数26~28%。

实施例7

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以63~66wt%的钛铝酸钙颗粒、16~18wt%的钛铝酸钙细粉、3~5wt%的二氧化钛微粉、8~9wt%的α-Al₂O₃微粉和4~5wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.20~0.25wt%的萘系减水剂和4.0~5.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.05~3.15g/cm³；显气孔率为13~15%；1100℃×3h烧成后抗折强度为17~19MPa；1100℃高温抗折强度为11~13MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为85~95MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数5~7%；渗透指数27~29%。

实施例8

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以66~69wt%的钛铝酸钙颗粒、14~16wt%的钛铝酸钙细粉、4~6wt%的二氧化钛微粉、7~8wt%的α-Al₂O₃微粉和3~4wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.15~0.20wt%的萘系减水剂和4.5~5.5wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.10g/cm³；显气孔率为14~16%；1100℃×3h烧成后抗折强度为16~18MPa；1100℃高温抗折强度为10~12MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为80~90MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数6~8%；渗透指数28~30%。

实施例9

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以69~72wt%的钛铝酸钙颗粒、12~14wt%的钛铝酸钙细粉、5~7wt%的二氧化钛微粉、6~7wt%的α-Al₂O₃微粉和2~3wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.10~0.15wt%的萘系减水剂和4.5~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.15g/cm³；显气孔率为13~16%；1100℃×3h烧成后抗折强度为16~19MPa；1100℃高温抗折强度为10~13MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为80~95MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数4~7%；渗透指数26~29%。

实施例10

一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法。以72~75wt%的钛铝酸钙颗粒、10~12wt%的钛铝酸钙细粉、5~7wt%的二氧化钛微粉、5~10wt%的α-Al₂O₃微粉和1~2wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.05~0.10wt%的萘系减水剂和5.0~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

本实施例制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.20g/cm³；显气孔率为12~15%；1100℃×3h烧成后抗折强度为17~19MPa；1100℃高温抗折强度为11~13MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为90~95MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数5~7%；渗透指数27~29%。

本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：

本具体实施方式采用冶炼钛铁合金剩余的渣即钛铝酸钙为主要原料，不仅节约了生产成本又减轻了环境污染，实现了资源的最大利用化；本具体实施方式所制备的钛铝酸钙预制件与目前炼钒反射炉内衬使用的定形高铝砖相比，省去烧成过程，进一步降低了生产成本。

本具体实施方式采用的骨料钛铝酸钙结构致密，能阻止酸性钒渣的侵蚀渗透；此外，在高温服役过程中，钛铝酸钙预制件通过物相组成间的热膨胀失衡形成微裂纹，抵消材料内部的热应力进而提高材料的热震稳定性。

本具体实施方式所制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件经检测：体积密度为3.00~3.20g/cm³；显气孔率为12~16%；1100℃×3h烧成后抗折强度为16~20MPa；1100℃高温抗折强度为10~14MPa；1100℃×3h烧后常温耐压强度为80~100MPa；1100℃静态坩埚法实验侵蚀指数4~8%；渗透指数26~30%。

因此，本具体实施方式具有生产成本低、节约资源和保护环境的特点；所制备的炼钒反射炉用钛铝酸钙预制件不仅高温强度大，且抗酸性钒渣侵蚀和渗透性能良好。

Claims

1.一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于以60~75wt%的钛铝酸钙颗粒、10~20wt%的钛铝酸钙细粉、2~7wt%的二氧化钛微粉、5~10wt%的α-Al₂O₃微粉和1~6wt%的ρ-Al₂O₃微粉为原料，外加所述原料0.05~0.30wt%的减水剂和3.5~6.0wt%的水，搅拌5~8min，振动成型，自然条件下养护18~24h，脱模，在90~110℃条件下保温18~24h，制得炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。

2.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述钛铝酸钙颗粒的密度为3.10~3.40g/cm³，吸水率为2~3wt%；所述钛铝酸钙颗粒的Al₂O₃含量≥70wt%，Fe₂O₃含量≤2wt%；

所述钛铝酸钙的颗粒级配是：粒径为8~5mm占钛铝酸钙颗粒的10~20wt%，粒径小于5mm且大于等于3mm占钛铝酸钙颗粒的30~40wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占钛铝酸钙颗粒的30~40wt%，粒径小于1且大于0.088mm占钛铝酸钙颗粒的10~20wt%。

3.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述钛铝酸钙细粉中：Al₂O₃含量≥70wt%，Fe₂O₃含量≤2wt%；铝酸钙细粉的粒径≤0.088mm。

4.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述减水剂为萘系减水剂或为聚羧酸类减水剂。

5.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述二氧化钛微粉中的TiO₂含量≥97wt%，二氧化钛微粉的粒径≤5μm。

6.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述α-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃含量≥99wt%，α-Al₂O₃微粉的粒径≤6μm。

7.根据权利要求1所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法，其特征在于所述ρ-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃的含量≥99wt%，ρ-Al₂O₃微粉的粒径≤5μm。

8.一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件，其特征在于所述炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件是根据权利要求1~7项中任一项所述的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件的制备方法所制备的炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件。