CN107140958B - 用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法，它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成。本发明通过铁线浇注料和渣线浇注料的原材料与组分配比的优化，达到铁沟分区耐火材料衬使用功能匹配，改善铁沟浇注料衬的综合使用性能，降低耐火材料消耗成本与环境污染、提高铁沟综合使用性能、延长铁沟使用寿命等综合目的。
Description
技术领域
本发明涉及用于高炉炼铁的耐火材料领域，具体地指一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法。
背景技术
高炉出铁沟是高炉出铁过程中引导高温铁水和熔渣流动的通道，因而，高炉出铁沟内衬在实际生产过程中与高温铁水、熔渣直接接触，承受流动铁水和熔渣的冲刷、磨损、化学侵蚀以及频繁交替出铁引起的急冷急热，导致铁水和熔渣对耐火材料表层的冲刷磨损、侵蚀熔损、应力裂纹、渗透和结构破损。因此，对高炉出铁沟用耐火材料的高温力学强度、耐化学侵蚀性和热震稳定性提出了严格的技术要求。
随着高炉冶炼技术的不断发展，高炉向大型化、高效化、自动化和长寿命方向发展，单次出铁量与出铁流速增大、出铁时间延长，出铁温度上升，导致铁沟使用工况条件不断恶化，加剧了出铁沟耐火材料的损毁进程及其长寿化的难度。为此，国内学者在高炉出铁沟用Al2O3～SiC～C质浇注料的性能改进方面做了大量的工作，并大力地推进了我国高炉铁沟长寿化的技术进步，如：“一种Al2O3～SiC～C质铁沟浇注料及其制备方法”(CN103011868A)专利技术公开了一种添加催化剂的铁沟浇注料的制备方法，此方法利用高温下催化剂的作用原位生成碳晶须从而提高铁沟料的高温使用性能，碳晶须具有强度和弹性模量高、耐高温、耐腐蚀等优点，能够提高铁沟浇注料的使用性能以及延长使用寿命，但其主要缺陷在于碳晶须的生成量有限，催化剂的价格昂贵，不利于实现工业化生产。“一种含碳纤维的高炉出铁沟用浇注料及其制备方法”(CN 104072177 A)公开了一种碳纤维添加量为0.2～0.6wt％的铁沟浇注料及其制备方法，主要碳源仍为球状沥青，其中，碳纤维是经纤维开纤工艺制成碳纤维单丝，再在惰性气氛下进行TiO2溶胶浸渍改性；因而，浇注料制备工艺复杂，也未提供碳纤维均匀分散的具体方法。“改良的高炉出铁沟用耐火浇注料”(CN1260372C)公开了一种主骨料由致密电熔刚玉、烧结板状刚玉和电熔棕刚玉构成的铁沟浇注料，通过三种刚玉的互补协调作用，改善浇注料热震稳定性，减少浇注料热震裂纹与剥落破损，但对其他组分公开不充分，也未充分公开其他性能指标情况，不利于技术的大规模推广。
由中大型高炉出铁过程可知，铁水与炉渣从出铁口一同排入储铁式主沟，经过主沟敝渣器实现渣铁分离，此后，铁水再经过支沟流入铁水罐，熔渣经过渣沟进入冲渣装置，因而，高炉铁沟包括主沟和支沟，其中，储铁式主沟耐火材料衬以铁水线为分界线，铁水线以下的耐火材料衬与铁水接触，而铁水线以上则与高炉熔渣或大气接触，由此可见，两个区域的耐火材料衬的工况条件差异较大、损毁机理不同，因而对耐火材料的使用性能要求也应不同。根据相关资料与专利报道，目前高炉出铁沟耐火材料衬普遍整体采用Al2O3～SiC～C质浇注料，未能按照不同区域进行区分，导致出铁沟铁水线上下区域的耐火材料衬破损状况显著差异，尤其是铁水线以上的渣线部位，熔渣侵蚀、热震龟裂、裂纹渗透破损尤为严重，往往因渣线损毁严重而终止使用，严重制约了铁沟综合使用性能的发挥，缩短了铁沟的使用寿命，造成耐火材料消耗成本虚高；此外，目前高炉出铁沟普遍采用的Al2O3～SiC～C质浇注料，主要原料为高纯度刚玉，主要碳源是球状沥青，且最大粒度达1mm；虽然这些主要原材料为浇注料提供了优良的高温性能与抗侵蚀性能，但高纯度刚玉质材料价格高，不利于浇注料的低成本化，也不利于浇注料使用工况条件下的陶瓷结合的形成与热震稳定性的改善；同时，球状沥青在烘烤过程中会释放有毒烟雾，形成黄烟，造成环境污染；热裂解后的残碳含量低、抗氧化性能较差、残留孔洞大，并且，在浇注料烘烤过程中，球状沥青软化渗透，造成浇注料通孔堵塞、烘烤水蒸汽排出困难，易产生浇注体爆裂，不利于铁沟的长寿化。由此可见，根据铁沟不同区域使用工况条件，开发不同类别的铁沟浇注料，以满足铁沟不同区域的使用性能要求，是延长铁沟整体使用寿命、降低耐火材料消耗成本、改善操作环境的重要手段。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供了一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法，其具有原材料来源广泛、成本低廉、高温力学强度大、耐化学侵蚀性能优、热震稳定性好和使用寿命长等特点。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；
所述铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；其中，
所述铁线浇注料主料的原料按重量百分比计由22～27％的特级高铝熟料、22～27％的二级棕刚玉、15～20％的一级棕刚玉、15～20％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；
所述渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述渣线浇注料主料由28～38％的一级棕刚玉、22～27％的致密电熔刚玉、23～27％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成。
进一步地，所述外加剂由长短切碳纤维、碳纤维粉、金属硅粉、球状沥青、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素粉、有机硅消泡剂粉、三聚磷酸钠和减水剂FS20组成，其中，铁线浇注料主料/渣线浇注料主料与外加剂各组分的重量比依次为100份的铁线浇注料主料/渣线浇注料主料∶0.15～0.5份长短切碳纤维∶0.3～1.5份的碳纤维粉∶2～3.5份的金属硅粉∶0～2份的球状沥青∶0.1～0.2％的聚丙烯纤维∶0.01～0.03份的羧甲基纤维素粉∶0.01～0.05份的有机硅消泡剂粉∶0.1～0.2份的三聚磷酸钠∶0.05～0.15份的减水剂FS20。
再进一步地，所述铁线浇注料主料中，特级高铝熟料中Al2O3含量≥88％，
特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为13～17％、3～7％和3～7％。
再进一步地，所述铁线浇注料主料中，二级棕刚玉中Al2O3含量≥90％，二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％、3～7％和6～10％。
再进一步地，所述铁线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～8％。
再进一步地，所述渣线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为20～25％和8～15％。
再进一步地，所述渣线浇注料主料中，致密电熔刚玉中Al2O3含量≥98.6％；
致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为5～10％、8～12％和5～8％。
再进一步地，所述碳化硅中SiC含量≥97wt％；所述铁线浇注料主料中，碳化硅按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的碳化硅占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～10％；
所述渣线浇注料主料中，碳化硅按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的碳化硅占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为5～10％、8～12％和6～12％。
再进一步地，所述长短切碳纤维的长度为1～3mm、直径为5～10μm；其中，长短切碳纤维中C含量≥95％；
所述碳纤维粉的粒度为50目，碳纤维粉的纤维直径为5～10μm，其中，碳纤维粉中C含量≥95％；
所述金属硅粉的粒度为180目；
所述球状沥青的C含量≥50wt％，球状沥青的粒度为0.10～0.42mm。
本发明还提供了一种上述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料的制备方法，所述制备方法包括两大步，分别为铁线浇注料的制备和渣线浇注料的制备；具体步骤如下：
1)铁线浇注料的制备，包括以下步骤：
a.按铁线浇注料主料的原料重量百分数比称取特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉、碳化硅、氧化硅微粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥；
b.向外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第一混合物；
c.向第一混合物中特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到铁线浇注料，并包装入库分类存放；
2)渣线浇注料的制备，包括以下步骤：
a.按渣线浇注料主料的原料重量百分数比称取一级棕刚玉、致密电熔刚玉、碳化硅、氧化硅微粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥；
b.向外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第二混合物；
c.向第二混合物中一级棕刚玉、致密电熔刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到渣线浇注料，并包装入库分类存放。
本发明的有益效果在于：
基于高炉出铁沟耐火材料衬高温侵蚀、热震裂纹、熔渣与铁水渗透、机械冲刷等损毁因素，针对现有Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料未能按照高炉铁沟分区耐火材料衬损毁机理不同进行分类以及球状沥青、高纯度刚玉使用带来的不足，发明了以Al2O3含量不同的原材料复配、碳纤维和小颗粒球状沥青复合碳源为特征的铁线浇注料或渣线浇注料，实现出铁沟分区用复合碳纤维增强铁沟浇注料的分类，达到充分发挥各种原材料性能、铁沟分区耐火材料衬使用功能匹配、降低铁沟耐火材料消耗与环境污染、延长铁沟使用寿命的综合效果。
基于铁沟分区耐火材料衬的使用性能要求，通过Al2O3含量不同的原材料的复配，充分发挥各种原材料的特点，协调原材料之间的性能差异，改善浇注料的高温性能与热震稳定性能，满足铁沟不同区域的使用功能要求。通过碳化硅原材料的多级配加，改善浇注料的整体抗侵蚀性能与热震稳定性能。通过碳纤维和小颗粒球状沥青为复合碳源，大幅度降低球状沥青加入量，并通过控制球状沥青粒度为0.10～0.42mm，避免大量大颗粒球状沥青烘烤软化与高温热裂解所带来的不足，提高浇注料中碳含量保持率和浇注料中碳素材料分布均匀性，改善浇注料抗渣浸润与侵蚀性能；通过短切碳纤维与碳纤维粉的复合添加，耦合不同长径比短切碳纤维与碳纤维粉的拉拔增强增韧机制，提高浇注料高温力学性能与热震稳定性能，改善浇注料抗铁水与熔渣的渗透性能，防止浇注料的热震剥落与结构剥落。通过浇注料中聚丙烯纤维的使用，提高浇注料烘烤过程的防爆裂性能，防止少量球状沥青烘烤软化带来的不足。通过添加剂中金属硅粉的加入，防止碳纤维的高温氧化烧蚀。通过三聚磷酸钠、减水剂FS20的使用，减少浇注料加水量，提高浇注料流动性能、施工性能与浇注密实性能。通过羧甲基纤维素粉与有机硅消泡剂的复合添加，改善短切碳纤维与碳纤维粉的浸润性与分散性，克服碳纤维水浸润困难的不足，避免浇注料加水搅拌过程中气泡的形成，防止碳纤维上浮、偏析、分层等，改善浇注料流动性，强化碳纤维与浇注料基体间的结合紧密性及其增强增韧效应，提高浇注密实度与力学强度。通过铁线浇注料和渣线浇注料的原材料与组分配比的优化，达到铁沟分区耐火材料衬使用功能匹配，改善铁沟浇注料衬的综合使用性能，降低耐火材料消耗成本与环境污染、提高铁沟综合使用性能、延长铁沟使用寿命等综合目的。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
原料的购买
长短切碳纤维和碳纤维粉购于沧州中丽新材料科技有限公司；其中，
长短切碳纤维的长度为1～3mm、直径为5～10μm；其中，长短切碳纤维中C含量≥95％；
碳纤维粉的粒度为50目，碳纤维粉的纤维直径为5～10μm，其中，碳纤维粉中C含量≥95％；
其它原料均购于市面，
特级高铝熟料中Al2O3含量≥88％，二级棕刚玉中Al2O3含量≥90％，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，致密电熔刚玉中Al2O3含量≥98.6％，金属硅粉的粒度为180目，
碳化硅中SiC含量≥97wt％；球状沥青中C含量≥50wt％，球状沥青的粒度为0.10～0.42mm。
实施例1
用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料1的制备方法，所述制备方法包括两大步，分别为铁线浇注料1的制备和渣线浇注料1的制备；具体步骤如下：
1)铁线浇注料1的制备(铁线浇注料1的重量为105.04kg)，包括以下步骤：
a.称取0.2kg的长短切碳纤维、1kg的碳纤维粉、2.5kg的金属硅粉、0.5kg的球状沥青、0.1kg的聚丙烯纤维、0.02kg的羧甲基纤维素粉、0.02kg的有机硅消泡剂粉、0.1kg的三聚磷酸钠和0.1kg的减水剂FS20；混合均匀、得到第一外加剂；
b.称取25kg的特级高铝熟料、25kg的二级棕刚玉、16kg的一级棕刚玉、18kg的碳化硅、3kg的氧化硅微粉、8kg的α-Al2O3微粉和5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料的重量分别为15kg、5kg和5kg；
二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉的重量分别为10kg、6kg和9kg；
一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为10kg和6kg；
碳化硅按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的碳化硅的重量分别为10kg和8kg；
c.向第一外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第一混合物；
d.向第一混合物中特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到铁线浇注料1，并包装入库分类存放；
2)渣线浇注料1的制备(105.06kg)，包括以下步骤：
a.称取0.2kg的长短切碳纤维、1.4kg的碳纤维粉、3kg的金属硅粉、0.1kg的聚丙烯纤维、0.03kg的羧甲基纤维素粉、0.03kg的有机硅消泡剂粉、0.15kg的三聚磷酸钠和0.15kg的减水剂FS20，混合均匀、得到第二外加剂；
b.称取35kg的一级棕刚玉、24kg的致密电熔刚玉、25kg的碳化硅、3kg的氧化硅微粉、8kg的α-Al2O3微粉和5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为22kg和13kg。
致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉的重量分别为8kg、10kg和6kg。
碳化硅按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的碳化硅的重量分别为7kg、10kg和8kg；
c.向第二外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第二混合物；
c.向第二混合物中一级棕刚玉、致密电熔刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到渣线浇注料1，并包装入库分类存放。
与常规铁沟浇注料相比，1450℃水冷次数提高4次，110℃×24h与1100℃×3h、1450℃×3h热处理后抗折强度分别提高30～50％、20～30％和30～40％
实施例2
用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料2的制备方法，所述制备方法包括两大步，分别为铁线浇注料2的制备和渣线浇注料2的制备；具体步骤如下：
1)铁线浇注料2的制备(铁线浇注料2的重量为105.48kg)，包括以下步骤：
a.称取0.3kg的长短切碳纤维、0.3kg的碳纤维粉、2.5kg的金属硅粉、2kg的球状沥青、0.15kg的聚丙烯纤维、0.015kg的羧甲基纤维素粉、0.015kg的有机硅消泡剂粉、0.15kg的三聚磷酸钠和0.05kg的减水剂FS20；混合均匀、得到第一外加剂；
b.称取25kg的特级高铝熟料、25kg的二级棕刚玉、16kg的一级棕刚玉、18kg的碳化硅、3kg的氧化硅微粉、8kg的α-Al2O3微粉和5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料的重量分别为15kg、5kg和5kg；
二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉的重量分别为10kg、6kg和9kg；
一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为10kg和6kg；
碳化硅按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的碳化硅的重量分别为10kg和8kg；
c.向第一外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第一混合物；
d.向第一混合物中特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到铁线浇注料2，并包装入库分类存放；
2)渣线浇注料2的制备(103.74kg)，包括以下步骤：
a.称取0.4kg的长短切碳纤维、0.4kg的碳纤维粉、2kg的金属硅粉、0.5kg的球状沥青、0.15kg的聚丙烯纤维、0.02kg的羧甲基纤维素粉、0.02kg的有机硅消泡剂粉、0.1kg的三聚磷酸钠和0.15kg的减水剂FS20，混合均匀、得到第二外加剂；
b.称取35kg的一级棕刚玉、24kg的致密电熔刚玉、25kg的碳化硅、3kg的氧化硅微粉、8kg的α-Al2O3微粉和5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为22kg和13kg。
致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉的重量分别为8kg、10kg和6kg。
碳化硅按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的碳化硅的重量分别为7kg、10kg和8kg；
c.向第二外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第二混合物；
c.向第二混合物中一级棕刚玉、致密电熔刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到渣线浇注料2，并包装入库分类存放。
与常规铁沟浇注料相比，1450℃水冷次数提高4次，110℃×24h与1100℃×3h、1450℃×3h热处理后抗折强度分别提高30～50％、20～30％和30～40％
实施例3
用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料3的制备方法，所述制备方法包括两大步，分别为铁线浇注料3的制备和渣线浇注料3的制备；具体步骤如下：
1)铁线浇注料3的制备(铁线浇注料3的重量为105.04kg)，包括以下步骤：
a.称取0.2kg的长短切碳纤维、1kg的碳纤维粉、2.5kg的金属硅粉、0.5kg的球状沥青、0.1kg的聚丙烯纤维、0.02kg的羧甲基纤维素粉、0.02kg的有机硅消泡剂粉、0.1kg的三聚磷酸钠和0.1kg的减水剂FS20；混合均匀、得到第一外加剂；
b.称取26kg的特级高铝熟料、23kg的二级棕刚玉、18kg的一级棕刚玉、16kg的碳化硅、2kg的氧化硅微粉、9kg的α-Al2O3微粉和5.5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料的重量分别为14kg、6kg和6kg；
二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉的重量分别为10.5kg、5kg和7.5kg；
一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为11kg和7kg；
碳化硅按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的碳化硅的重量分别为9kg和7kg；
c.向第一外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第一混合物；
d.向第一混合物中特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到铁线浇注料1，并包装入库分类存放；
2)渣线浇注料3的制备(105.06kg)，包括以下步骤：
a.称取0.2kg的长短切碳纤维、1.4kg的碳纤维粉、3kg的金属硅粉、0.1kg的聚丙烯纤维、0.03kg的羧甲基纤维素粉、0.03kg的有机硅消泡剂粉、0.15kg的三聚磷酸钠和0.15kg的减水剂FS20，混合均匀、得到第二外加剂；
b.称取33.5kg的一级棕刚玉、26kg的致密电熔刚玉、26kg的碳化硅、4kg的氧化硅微粉、9kg的α-Al2O3微粉和4.5kg的纯铝酸钙水泥；
其中，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉的重量分别为24kg和9.5kg。
致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉的重量分别为9kg、11kg和6kg。
碳化硅按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的碳化硅的重量分别为6kg、11kg和9kg；
c.向第二外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第二混合物；
c.向第二混合物中一级棕刚玉、致密电熔刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到渣线浇注料3，并包装入库分类存放。
与常规铁沟浇注料相比，1450℃水冷次数提高3次，110℃×24h与1100℃×3h、1450℃×3h热处理后抗折强度分别提高30～50％、20～30％和30～40％。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (9)
1.一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；
所述铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；其中，
所述铁线浇注料主料的原料按重量百分比计由22～27％的特级高铝熟料、22～27％的二级棕刚玉、15～20％的一级棕刚玉、15～20％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；
所述渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成；其中，
所述渣线浇注料主料由28～38％的一级棕刚玉、22～27％的致密电熔刚玉、23～27％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；其中，所述外加剂由长短切碳纤维、碳纤维粉、金属硅粉、球状沥青、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素粉、有机硅消泡剂粉、三聚磷酸钠和减水剂FS20组成，其中，铁线浇注料主料/渣线浇注料主料与外加剂各组分的重量比依次为100份的铁线浇注料主料/渣线浇注料主料∶0.15～0.5份长短切碳纤维∶0.3～1.5份的碳纤维粉∶2～3.5份的金属硅粉∶0～2份的球状沥青∶0.1～0.2％的聚丙烯纤维∶0.01～0.03份的羧甲基纤维素粉∶0.01～0.05份的有机硅消泡剂粉∶0.1～0.2份的三聚磷酸钠∶0.05～0.15份的减水剂。
2.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，特级高铝熟料中Al2O3含量≥88％，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为13～17％、3～7％和3～7％。
3.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，二级棕刚玉中Al2O3含量≥90％，二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％、3～7％和6～10％。
4.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～8％。
5.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述渣线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为20～25％和8～15％。
6.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述渣线浇注料主料中，致密电熔刚玉中Al2O3含量≥98.6％；
致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为5～10％、8～12％和5～8％。
7.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述碳化硅中SiC含量≥97wt％；所述铁线浇注料主料中，碳化硅按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的碳化硅占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～10％；
所述渣线浇注料主料中，碳化硅按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的碳化硅占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为5～10％、8～12％和6～12％。
8.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：
所述长短切碳纤维的长度为1～3mm、直径为5～10μm；其中，长短切碳纤维中C含量≥95％；
所述碳纤维粉的粒度为50目，碳纤维粉的纤维直径为5～10μm，其中，碳纤维粉中C含量≥95％；
所述金属硅粉的粒度为180目；
所述球状沥青中C含量≥50wt％，球状沥青的粒度为0.10～0.42mm。
9.一种权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括两大步，分别为铁线浇注料的制备和渣线浇注料的制备；具体步骤如下：
1)铁线浇注料的制备，包括以下步骤：
a.按铁线浇注料主料的原料重量百分数比称取特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉、碳化硅、氧化硅微粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥；
b.向外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第一混合物；
c.向第一混合物中特级高铝熟料、二级棕刚玉、一级棕刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到铁线浇注料，并包装入库分类存放；
2)渣线浇注料的制备，包括以下步骤：
a.按渣线浇注料主料的原料重量百分数比称取一级棕刚玉、致密电熔刚玉、碳化硅、氧化硅微粉、α-Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥；
b.向外加剂中加入氧化硅微粉、α-Al2O3微粉、纯铝酸钙水泥，分撒加入到旋转搅拌机平底容器内，用搅拌耙旋转搅拌混合20～30分钟，停止混合，得到第二混合物；
c.向第二混合物中一级棕刚玉、致密电熔刚玉和碳化硅；继续用搅拌耙旋转搅拌混合，混合均匀后，即得到渣线浇注料，并包装入库分类存放。
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