CN105645937B - 炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂及其制备方法和应用。该炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，按质量份计，包含：氧化钛粉10～20份；球状沥青10～30份；碳涂覆的岩石纤维10～30份；金属铝粉3～10份以及氧化铝微粉40～60份。本发明的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂加入炉缸造衬用Al2O3‑SiC体系纳米溶胶结合自流料，在生产使用中与铁水接触，原位形成均匀高温粘滞层，达到钒钛护炉的目的，有效节省炼铁成本，延长高炉炉缸使用寿命，具有增加铁水抗侵蚀能力和节省钒钛护炉工艺的效果。

Description

炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术
高炉是连续进行高温作业的炼铁主要设备，其炉缸是高炉生产过程中安全长寿的关键部位，其性能优越决定高炉服役的寿命。炉缸长期受到铁水物理旋流和涡流冲刷和化学侵蚀，造成炉缸熔损和破坏；同时炉缸砌筑过程中大量砖缝存在，造成局部缺陷和损毁不均匀，甚至由于砖缝侵蚀出现炉缸的炉底或侧壁砖漂浮，炉缸的安全受到威胁，长寿高效炼铁目标难以实现。延长高炉炉缸使用寿命是冶炼工程技术人员一直关心的课题。目前国内外高炉炉缸新建或维修采用碳砖或碳砖-陶瓷杯结构，先进的炉缸整体造衬工艺通过支模泵送浇筑成型，对炉缸进行新建或维修造衬；与传统砌砖方法相比，具有整体性强、施工方便、耗时少、投产快、使用寿命长、环境污染小等特点。
高炉炉缸整体造衬工艺所用纳米硅溶胶结合炉缸自流料以Al2O3-SiC体系为主，用于新建/维修炉缸炉底到风口上沿部位，通过支模泵送浇筑成型，炉缸形成一个没有任何缝隙的整体。纳米硅溶胶结合炉缸自流料成分复杂，获得高致密度、结构均匀、性能优良、施工高效的泵送自流料，依赖于自流料结合剂纳米硅溶胶选择及多种微粉、超微粉和外加剂的使用。这种骨料-细粉混合物在高炉冶炼过程中要充分发挥其各个组分的作用，必须要求粉料混合均匀，现场施工加结合剂纳米溶胶搅拌后流动性优良，能迅速自动找平，材料不偏析，硬化时间适宜，泵送浇筑成型后材料性能优良，同质异质结合性能同一。
炉缸作为高炉最薄弱环节，提高炉缸材料性能是保证高炉长寿高效服役的基础，钒钛护炉工艺在国内外高炉日常生产中得到广泛应用，作用的效果是形成高温粘滞层，阻止铁水进一步侵蚀炉缸材料。
目前，高炉炉缸整体造衬工艺所用材料尚还存在如下问题：
1)抗铁水侵蚀能力差，
2)高温粘滞层形成不均匀，
3)需要长期钒钛护炉。
因此，对于高炉炉缸整体造衬工艺所用材料存在改进和优化的需要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，该原位抗蚀剂加入炉缸造衬用Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料，在生产使用中与铁水接触，原位形成均匀高温粘滞层，达到钒钛护炉的目的，有效节省炼铁成本，延长高炉炉缸使用寿命。
本发明的另一目的是提供上述炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂的制备方法。
本发明的又一目的是提供上述炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，按质量份计，包含：
在本发明优选的实施方案中，本发明的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，按质量份计，包含：
在本发明中，所述氧化钛粉为工业级锐钛矿二氧化钛粉，TiO2含量≥98％，粒度<0.075mm；
所述球状沥青，粒度在0.3～0.8mm之间，结焦值≥58％，灰分<0.3％；
所述碳涂覆的岩石纤维，例如，可以为碳涂覆的玄武岩纤维，密度2.6～2.8g/cm3，其中碳含量为该纤维的0.1wt％～0.3wt％；
所述金属铝粉，Al含量≥99％，粒度<0.075mm；
所述氧化铝微粉为α-Al2O3微粉，Al2O3含量≥99.9％，粒度<5μm，例如，可以为CL370或CTC20型号的α-Al2O3微粉。
根据本发明的另一方面，提供本发明的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂的制备方法，包括：将氧化钛粉、球状沥青、碳涂覆的岩石纤维、金属铝粉以及氧化铝微粉按照各自质量份在室温条件下分别加入到搅拌机中，强制搅拌10～15min确保混合均匀，转子转速为500～600转/分，转盘转速为180转/分，得到本发明的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂。
根据本发明的又一方面，提供上述炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂在炉缸整体造衬中作为原位抗蚀剂的应用，在炉缸整体造衬中将所述原位抗蚀剂加入到炉缸自流料中，特别是加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料中，且原位抗蚀剂的最佳加入量为炉缸自流料重量的5％。
本发明的原位抗蚀剂在炉缸整体造衬工艺用自流料实际应用中具有如下效果：
1、增加铁水抗侵蚀能力
本发明与普通炉缸整体造衬用纳米溶胶结合自流料相比，原位抗蚀剂的加入使炉缸材料在使用过程中，原位生成高温物质Ti(C,N)，与铁水接触的粘滞层中Ti(C,N)含量更加均匀，有效阻止铁水对炉缸材料的进一步侵蚀，从而增强炉缸材料对铁水抗侵蚀能力。抗铁水侵蚀效果如表1所示，可见加入本发明的原位抗蚀剂后铁水侵蚀率降低约40％。
表1铁水侵蚀率比较
2、节省钒钛护炉工艺
原位抗蚀剂的加入，高炉在冶炼过程中炉缸原位生成Ti(C,N)，如图1所示，在与铁水接触的粘滞层中Ti(C,N)含量不但均匀且连续，而钒钛护炉只是在表面生成，且生成量有限，效果不明显。原位抗蚀技术的应用，可以大大提高炉缸的安全利用系数，同时节省钒钛护炉工艺，起到节约能源的效果。
附图说明
图1是说明普通的钒钛护炉工艺与添加本发明的原位抗蚀剂的原位抗蚀技术的炉缸护炉示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，下面各实施例仅用于举例说明本发明，而本发明的范围不局限于这些实施例。
在下面的实施例中，所用氧化钛粉为工业级锐钛矿二氧化钛粉，TiO2含量≥98％，粒度<0.075mm；
所用球状沥青，粒度在0.3～0.8mm之间，结焦值≥58％，灰分<0.3％；
所述碳涂覆的岩石纤维为碳涂覆的玄武岩纤维，密度2.6～2.8g/cm3，其中碳含量为该纤维的0.1～0.3wt％，由四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司生产；
所用金属铝粉，Al含量≥99％，粒度<0.075mm；
所用氧化铝微粉为CL370或CTC20型号的α-Al2O3微粉。
实施例1
炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂制备流程为：
在高效混合设备中，设定搅拌时间为10min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入45份的氧化铝微粉，20份的碳涂覆的玄武岩纤维，15份的球状沥青，15份的氧化钛粉，以及5份的金属铝粉，均匀混合后得到炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂。
所得到的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂按自流料重量的5％加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料(组成如附表1所示)中，通过支模浇筑形成整体炉缸，铁水侵蚀率按GB/T 24201-2009测定试样的抗铁水熔蚀指数。表2列出了炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率。
表2炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率的比较
实施例2
炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂制备流程为：
在高效混合设备中，设定搅拌时间为10min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入50份的氧化铝微粉，10份的碳涂覆的玄武岩纤维，15份的球状沥青，20份的氧化钛粉，以及5份的金属铝粉，均匀混合后得到炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂。
所得到的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂按自流料重量的5％加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料(组成如附表1所示)中，通过支模浇筑形成整体炉缸，铁水侵蚀率按GB/T 24201-2009测定试样的抗铁水熔蚀指数。表3列出了炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率。
表3炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率比较
实施例3：
炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂制备流程为：
在高效混合设备中，设定搅拌时间为10min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入45份的氧化铝微粉，20份的碳涂覆的玄武岩纤维，20份的球状沥青，10份的氧化钛粉，以及5份的金属铝粉，均匀混合后得到炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂。
所得到的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂按自流料重量的5％加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料(组成如附表1所示)中，通过支模浇筑形成整体炉缸，铁水侵蚀率按GB/T 24201-2009测定试样的抗铁水熔蚀指数。表4列出了炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率。
表4炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率比较
实施例4：
炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂制备流程为：
在高效混合设备中，设定搅拌时间为10min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入45份的氧化铝微粉，15份的碳涂覆的玄武岩纤维，20份的球状沥青，15份的氧化钛粉，以及5份的金属铝粉。
所得到的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂按自流料重量的5％加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料(组成如附表1所示)中，通过支模浇筑形成整体炉缸，铁水侵蚀率按GB/T 24201-2009测定试样的抗铁水熔蚀指数。表5列出了炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率。
表5炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率比较
实施例5：
炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂制备流程为：
在高效混合设备中，设定搅拌时间为10min，转子转速为500转/min，转盘转速为180转/min。在室温条件下，依次往搅拌机中加入40份的氧化铝微粉，15份的碳涂覆的玄武岩纤维，25份的球状沥青，15份的氧化钛粉，以及5份的金属铝粉。
所得到的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂按自流料重量的5％加入到Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料(组成如附表1所示)中，通过支模浇筑形成整体炉缸，铁水侵蚀率按GB/T 24201-2009测定试样的抗铁水熔蚀指数。表6列出了炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率。
表6炉缸材料添加和未添加原位抗蚀剂的铁水侵蚀率比较
附表1Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料组成
原料名称 质量份数
棕刚玉 79份
97碳化硅 10份
氧化铝微粉 3份
二氧化硅微粉 2份
球状沥青 1份
外加溶胶固化剂(硫酸铝：氢氧化镁＝1:1) 0.02份
外加分散剂(三聚磷酸钠) 0.05份
纳米硅溶胶 7份

Claims (5)

1.一种炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，按质量份计，组成为：
所述氧化钛粉为工业级锐钛矿二氧化钛粉，TiO2含量≥98％，粒度<0.075mm，
所述球状沥青的粒度在0.3～0.8mm之间，结焦值≥58％，灰分<0.3％，
所述碳涂覆的岩石纤维为碳涂覆的玄武岩纤维，密度2.6～2.8g/cm3，其中碳含量为该纤维0.1wt％～0.3wt％，
所述金属铝粉的Al含量≥99％，粒度<0.075mm，
所述氧化铝微粉为α-Al2O3微粉，Al2O3含量≥99.9％，粒度<5μm。
2.根据权利要求1所述的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂，按质量份计，包含：
3.一种权利要求1或2所述的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂的制备方法，包括：将氧化钛粉、球状沥青、碳涂覆的岩石纤维、金属铝粉以及氧化铝微粉按照各自质量份在室温条件下分别加入到搅拌机中，强制搅拌10～15min确保混合均匀，转子转速为500～600转/分，转盘转速为180转/分，得到所述的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂。
4.一种权利要求1或2所述的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂在炉缸整体造衬中作为原位抗蚀剂的应用，其特征是，在炉缸整体造衬中将所述原位抗蚀剂加入到炉缸自流料中。
5.根据权利要求4所述的炉缸整体造衬工艺用原位抗蚀剂在炉缸整体造衬中作为原位抗蚀剂的应用，其特征是，所述炉缸自流料为Al2O3-SiC体系纳米溶胶结合自流料，所述原位抗蚀剂的加入量为炉缸自流料重量的5％。
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