CN106904980A - 一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料 - Google Patents

一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石10～75％，叶蜡石5～15％，锆石1～5％，氧化铝微粉1～10％，硅微粉1～5％，碳化硅5～25％，氮化硅铁5～25％，钛白粉1～5％，高铝水泥1～5％，金属铝粉1～5％，金属硅粉1～5％，减水剂1～3％。本发明通过调整浇注料原料及其配比，改善浇注料的性能，提高出铁沟抗渣侵蚀能力，增加出铁沟的出铁时间，减少修补次数及修补量，降低维护成本，提高工作效率。

Description

一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料
技术领域
本发明涉及耐火浇注料技术领域，具体涉及一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料及其制备方法。
背景技术
我国已是世界产铁大国，拥有大中型炼铁高炉多座。高炉出铁沟是高炉炼铁生产系统的重要组成部分，是高炉生产中耐火材料消耗较多的区域之一，是铁水从炉内经铁口流向铁罐的通道，是高温铁水和铁渣实现分离的区域，因此高炉出铁沟的性能及使用寿命直接决定着高炉能否正常有序有节奏高效地进行炼铁生产。随着现代高炉冶炼技术的发展，大型化、长寿化、高温高压操作引起铁水温度的升高，出铁量和渣量增大，出铁时间延长，铁水流速增加，铁水对出铁沟沟衬的冲刷、磨损加剧，铁沟内衬反复受到铁水和渣液的高温、机械和化学侵蚀而产生裂纹，而这些裂纹促进了铁水和渣液的进一步渗透和结构破坏，出铁沟的使用寿命逐渐变短。在生产中往往会采用铺垫、修补、烘烤铁水沟衬的方式，来延长出铁沟的寿命，但是这样会打乱高炉的正常生产，从而增加生产成本，影响工作效率，因此为减少出铁沟修补的次数及时间，提高工作效率，出铁沟用耐火材料需具备更加优异的性能和较长的使用寿命，以适应高炉发展的要求。
目前，铁沟浇注料主要以棕刚玉、矾土为主要原料，但是材料中的棕刚玉容易和渣中的氧化钙发生反应，在使用过程中发现，渣线位置侵蚀较严重，使用寿命短，需要多次修补，限制了铁沟的出铁时间和出铁量，且需要更多的材料和人力物力的投入，设备维护成本高，且棕刚玉的成本高从而提高了耐火浇注料的开发成本，现有出铁沟浇注料的抗渣侵蚀性能已不能满足日益增长的高炉冶炼技术的需求。
经研究表明，镁铝尖晶石具有熔点(2135℃)高、耐高温熔体化学侵蚀性好、热应力低、热震稳定性好等优点，同时镁铝尖晶石能吸收熔渣中的FeO，有利于减少铁水和渣液对材料的侵蚀。因此，本发明以镁铝尖晶石为骨料替代传统棕刚玉浇注料，提供一种性能优异、使用寿命长、节能环保的高炉出铁沟用抗渣侵蚀的浇注料，以提高出铁沟的抗渣侵蚀能力，增加铁沟的出铁时间，减少修补次数及修补量，降低维护成本，提高工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，通过调整浇注料原料及其配比，提高出铁沟抗渣侵蚀能力，增加出铁沟的出铁时间，减少修补次数及修补量，降低维护成本，提高工作效率。
本发明一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石10～75％，叶蜡石5～15％，锆石1～5％，氧化铝微粉1～10％，硅微粉1～5％，碳化硅5～25％，氮化硅铁5～25％，钛白粉1～5％，高铝水泥1～5％，金属铝粉1～5％，金属硅粉1～5％，减水剂1～3％；其中，所述镁铝尖晶石由粒度为5～3mm、3～1mm、≤0.088mm的三种粒径段组成，各粒径段按照以下重量百分数混合：5～3mm镁铝尖晶石45％～55％，3～1mm镁铝尖晶石30％～35％，≤0.088mm镁铝尖晶石10％～25％。
在上述原料中：1、镁铝尖晶石粉的化学性质比棕刚玉稳定，不易与渣中的氧化钙发生反应，因此本发明利用镁铝尖晶石替代出铁沟料中棕刚玉，并针对镁铝尖晶石的性能加入叶蜡石、锆石等原料，改善浇注料的成型密度，提高浇注料的致密性，较好的阻止熔渣向浇注料的进一步渗透，使浇注料的抗渣侵蚀能力得到明显提高，从而有效降低了铁水和渣液对渣线部分的侵蚀作用；2、叶蜡石因其特有的矿物结构和组成表现出六大性能，具有高耐火度、耐强酸腐蚀、无毒性等，叶蜡石的耐火度高于1650℃，研究表明，用叶蜡石和其他耐火原料混制成的材料具有高温下不收缩以及在温度剧变之下不碎裂的性能，能经受钢渣和金属的冲击，有较强的蠕变能力；且叶蜡石来源较为广泛，有效节约了开发成本；3、在原料中引入少量的锆石，能促使原料在较低温情况下生成耐火相；4、加入适量的钛白粉能够在不影响浇注料高温耐火性能的情况下，降低出铁沟的气孔率，提高体积密度，降低由于出铁冷热频繁交替或高温长时间作用下的应力裂纹；5、在原料中加入适量的氮化硅铁，能明显改善浇注料的物理性能和抗渣性能，这是因为氮化硅铁在高温情况下部分反应生成N2和SiO2，抑制了渣、铁向材料中渗透，能有效地防止了SiC和C的氧化。
优选地，一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其原料及含量如下：镁铝尖晶石40～70％，叶蜡石5～10％，锆石1～5％，氧化铝微粉2～4％，硅微粉2～4％，碳化硅10～20％，氮化硅铁5～10％，钛白粉1～3％，高铝水泥1～3％，金属铝粉1～3％，金属硅粉1～3％，减水剂1～3％。
优选地，一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其原料及含量如下：镁铝尖晶石65％，叶蜡石8％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。
优选地，所述减水剂为六偏磷酸钠或甲基纤维素或聚乙烯醇或焦磷酸钠或聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂或三聚磷酸钠中的一种或多种。
优选地，所述叶蜡石、锆石的粒径≤0.5mm。
将上述原料制成本发明的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料的制备方法，包括如下步骤：Ⅰ.按上述原料和成分配料，将镁铝尖晶石干混辗2～3min后加入叶蜡石、锆石快速混合2～5min，再慢速混合2～5min；Ⅱ.加入氧化铝微粉、碳化硅、氮化硅铁、高铝水泥原料，慢速混20～25min；Ⅲ.加入金属铝粉和金属硅粉、粘结剂，将材料温度控制在45～60℃，混合16～20min，热压成型；Ⅳ.将上述配合料在埋炭N2气氛于1200～1500℃条件下烧成浇注粗料；Ⅴ.将反应得到的镁铝尖晶石浇注粗料进行冷却和粉粹，得到所述镁铝尖晶石浇注粉料。
采用上述浇注料制备方法，有利于原料中耐火抗渣相的形成，提高浇注料的综合性能。
优选地，所述的镁铝尖晶石采用Al2O3含量76％以上的优质矾土和MgO含量95％以上的优质轻烧镁粉，经过多级均化工艺，在超高温隧道窑中经1800℃以上高温烧结而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过改变所用原料的微观结构、调整原料组成，提高了浇注料的抗渣水侵蚀能力，利用本发明浇注料制成的出铁沟组织均匀、致密、耐用性好；(2)降低了吨铁的耐火材料损耗，减少了修补的次数，节省劳动力，节约了维护成本；(3)本发明原材料来源广泛，节约了开发成本；(4)施工和使用中不产生有害气体，不污染环境。
具体实施方式
本发明的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ.按上述原料和成分配料，将镁铝尖晶石干混辗2～3min后加入叶蜡石、锆石快速混合2～5min，再慢速混合2～5min；
Ⅱ.加入氧化铝微粉、碳化硅、氮化硅铁、高铝水泥原料，慢速混20～25min；
Ⅲ.加入金属铝粉和金属硅粉、粘结剂，将材料温度控制在45～60℃，混合16～20min，热压成型；
Ⅳ.将上述配合料在埋炭N2气氛于1200～1500℃条件下烧成浇注粗料；
Ⅴ.将反应得到的镁铝尖晶石浇注粗料进行冷却和粉粹，得到所述镁铝尖晶石浇注粉料。
所述镁铝尖晶石由粒度为5～3mm、3～1mm、≤0.088mm的三种粒径段组成，各粒径段按照以下重量百分数混合：5～3mm镁铝尖晶石45％～55％，3～1mm镁铝尖晶石30％～35％：≤0.088mm镁铝尖晶石10％～25％。
经验证，在上述范围内各粒径段镁铝尖晶石及制备方法制备的本发明高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料都属于本发明最优的方案，各粒径段镁铝尖晶石的含量及浇注料的制备方法对本发明浇注料的抗渣性能、结构致密性、强度等性能均未产生任何影响，故在下述实施例中仅列举其中一种镁铝尖晶石配料的一种制备方法用于制备本发明的高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，而该镁铝尖晶石配料及浇注料的制备方法并不作为本发明实施例的进一步限定。
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石65％，叶蜡石8％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。所述镁铝尖晶石由粒度为5～3mm、3～1mm、≤0.088mm的三种粒径段组成，各粒径段按照以下重量百分数混合：5～3mm镁铝尖晶石50％，3～1mm镁铝尖晶石30％：≤0.088mm镁铝尖晶石20％。
所述高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料的制备方法，包括如下步骤：
Ⅰ.按上述原料和成分配料，将镁铝尖晶石干混辗2min后加入叶蜡石、锆石快速混合3min，再慢速混合5min；
Ⅱ.加入氧化铝微粉、碳化硅、氮化硅铁、高铝水泥原料，慢速混20min；
Ⅲ.加入金属铝粉和金属硅粉、粘结剂，将材料温度控制在50℃，混合20min，热压成型；
Ⅳ.将上述配合料在埋炭N2气氛于1200～1500℃条件下烧成浇注粗料；
Ⅴ.将反应得到的镁铝尖晶石浇注粗料进行冷却和粉粹，得到所述镁铝尖晶石浇注粉料。
实施例2
一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石40％，叶蜡石10％，锆石5％，氧化铝微粉4％，硅微粉4％，碳化硅20％，氮化硅铁6％，钛白粉2％，高铝水泥2％，金属铝粉3％，金属硅粉3％，减水剂1％。所述高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料中的镁铝尖晶石及浇注料制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石70％，叶蜡石5％，锆石1％，氧化铝微粉1％，硅微粉1％，碳化硅5％，氮化硅铁10％，钛白粉1％，高铝水泥3％，金属铝粉1％，金属硅粉1％，减水剂1％。所述高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料中的镁铝尖晶石及浇注料制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石75％，叶蜡石5％，锆石1％，氧化铝微粉1％，硅微粉1％，碳化硅5％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉1％，减水剂3％。所述高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料中的镁铝尖晶石及浇注料制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石10％，叶蜡石15％，锆石1％，氧化铝微粉10％，硅微粉5％，碳化硅25％，氮化硅铁25％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉5％，金属硅粉1％，减水剂1％。所述高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料中的镁铝尖晶石及浇注料制备方法与实施例1相同。
对比例1
本高炉出铁沟用抗渣侵蚀的浇注料与实施例1的区别仅在于：将镁铝尖晶石用棕刚玉替换，也即本浇注料原料及其含量如下：棕刚玉65％，叶蜡石8％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。
对比例2
本高炉出铁沟用抗渣侵蚀的浇注料与实施例1的区别仅在于：不含叶蜡石，也即本浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石73％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。
对比例3
本高炉出铁沟用抗渣侵蚀的浇注料与实施例1的区别仅在于：不含氮化硅铁，也即本浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石70％，叶蜡石8％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。
对比例4
本高炉出铁沟用抗渣侵蚀的浇注料与实施例1的区别仅在于：所述镁铝尖晶石仅由粒度为5～3mm一种粒径段组成。
实验验证：在实验室中用坩埚法将实施例及对比例制成的浇注料进行抗渣侵蚀检测试验，将实施例1～5和对比例1～4的浇注料制成质量及结构相同的坩埚，放入相同量的渣，在实验温度1450℃的条件下保温48小时，待坩埚冷却后取出，沿中线切开，测量并对比渣侵蚀的深度。具体实验数据见下表：
浇注料 渣线侵蚀深度(mm)
实施例1 1.10
实施例2 1.20
实施例3 1.15
实施例4 1.72
实施例5 1.95
对比例1 2.50
对比例2 1.99
对比例3 2.02
对比例4 2.10
以上数据表明：采用本发明实施例浇注料制备的坩埚，渣线侵蚀深度明显低于对比例中各浇注料，采用本发明给出的各组分及其比例配制的浇注料的性能均优于棕刚玉浇注料。
另外对本发明实施例1浇注料制备的坩埚的其他性能进行了测试，实验数据：实施例1浇注料的流动性大于130mm，硬化时间3小时，110℃烘干抗折强度30兆帕，耐压强度90兆帕，气孔率13％，体密2.9g/cm3；1450℃后的抗折强度16兆帕，耐压强度59兆帕，线变化率为+0.1％，气孔率7％，体密2.9g/cm3。实验数据表明：本发明浇注料抗渣水侵蚀能力强，利用本发明浇注料制成的出铁沟组织均匀、致密、耐用性好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石10～75％，叶蜡石5～15％，锆石1～5％，氧化铝微粉1～10％，硅微粉1～5％，碳化硅5～25％，氮化硅铁5～25％，钛白粉1～5％，高铝水泥1～5％，金属铝粉1～5％，金属硅粉1～5％，减水剂1～3％；其中，所述镁铝尖晶石由粒度为5～3mm、3～1mm、≤0.088mm的三种粒径段组成，各粒径段按照以下重量百分数混合：5～3mm镁铝尖晶石45％～55％，3～1mm镁铝尖晶石30％～35％，≤0.088mm镁铝尖晶石10％～25％。
2.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石40～70％，叶蜡石5～10％，锆石1～5％，氧化铝微粉2～4％，硅微粉2～4％，碳化硅10～20％，氮化硅铁5～10％，钛白粉1～3％，高铝水泥1～3％，金属铝粉1～3％，金属硅粉1～3％，减水剂1～3％。
3.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述浇注料原料及其含量如下：镁铝尖晶石65％，叶蜡石8％，锆石2％，氧化铝微粉2％，硅微粉2％，碳化硅10％，氮化硅铁5％，钛白粉1％，高铝水泥1％，金属铝粉1％，金属硅粉2％，减水剂1％。
4.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述减水剂为六偏磷酸钠或甲基纤维素或聚乙烯醇或焦磷酸钠或聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂或三聚磷酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述叶蜡石、锆石的粒径≤0.5mm。
6.权利要求1～3任一所述的一种高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：Ⅰ.按上述原料和成分配料，将镁铝尖晶石干混辗2～3min后加入叶蜡石、锆石快速混合2～5min，再慢速混合2～5min；Ⅱ.加入氧化铝微粉、碳化硅、氮化硅铁、高铝水泥原料，慢速混20～25min；Ⅲ.加入金属铝粉和金属硅粉、粘结剂，将材料温度控制在45～60℃，混合16～20min，热压成型；Ⅳ.将上述配合料在埋炭N2气氛于1200～1500℃条件下烧成浇注粗料；Ⅴ.将反应得到的镁铝尖晶石浇注粗料进行冷却和粉粹，得到所述镁铝尖晶石浇注粉料。
7.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用抗渣侵蚀的镁铝尖晶石浇注料，其特征在于：所述：所述的镁铝尖晶石采用Al2O3含量76％以上的优质矾土和MgO含量95％以上的优质轻烧镁粉，经过多级均化工艺，在超高温隧道窑中经1800℃以上高温烧结而成。
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