CN107417290A

CN107417290A - 一种铜溜槽浇注料及其制备方法

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Publication number: CN107417290A
Application number: CN201710884355.5A
Authority: CN
Inventors: 顾华志; 黄奥; 连朋飞; 董西岳; 董宏源; 刘秋生; 董红振
Original assignee: DENGFENG HONGYUAN REFRACTORIES Co Ltd; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: DENGFENG HONGYUAN REFRACTORIES Co Ltd; Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2017-12-01

Abstract

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。其技术方案：将5~15质量份的水溶性炭黑和0.5~5质量份的金属有机物溶于5~20质量份的硅溶胶中，得到混合液；将40~70质量份的碳化硅、10~20质量份的矾土颗粒、5~15质量份的氧化铝细粉、0.5~10质量份的单质硅、0.5~2质量份的氧氯化锆和0.2~1.5质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。本发明工艺简单和操作方便，制得的铜溜槽浇注料具有寿命长、节能环保、整体性强、高温强度大、抗氧化性能好、热震性能好和抗熔体渗透能力强的特点。

Description

一种铜溜槽浇注料及其制备方法

技术领域

本发明属于浇注料技术领域。具体涉及一种铜溜槽浇注料及其制备方法。

背景技术

钢铁行业的高炉铁沟、混铁炉、鱼雷车的溜槽、中间包的流钢槽和电炉的流钢槽因其消耗量大，故目前在该领域研究的较多，高技术产品已经能满足使用。而有色金属铜、铅和锌因其高温下粘度低和金属渗透性强，因此其溜槽使用寿命通常较低。

目前，铜冶炼厂阳极铜浇注溜槽大多采用耐火砖和胶泥砌筑，存在以下问题：冷铜残留多、粘结情况严重和清理时耐火层容易损坏；浇注溜槽使用1~2次就必须拆掉耐火砖重新砌筑，使用寿命低，造成了耐火材料消耗大，这势必会造成耐火资源的极大浪费，同时拆掉的粘结金属铜耐火砖和胶泥需重新回炉回收金属铜，也造成了燃气或工业用电的能源浪费；每出完一次铜后，即需要进行耐火材料的砌筑和烘烤，增加了工人的劳动强度。浇注溜槽耐火层脱落的杂质流入浇注机会造成阳极板质量不合格；浇注溜槽寿命极低，大大降低了生产效率。

“一种铜冶炼溜槽用浇注料的制备方法”（CN105272276A）专利技术，以碳化硅颗粒、碳化硅细粉、氮化硅细粉、改性碳素细粉、烧结莫来石细粉、铝酸盐水泥、硅灰和α-氧化铝微粉为原料，添加复合外加剂，混合，得到铜冶炼溜槽用浇注料。该专利技术虽具有抗铜侵蚀渗透性能好，铜冶炼溜槽整体性强、强度高和铜冶炼溜槽使用寿命长的优点，但改性碳素材料与复合添加剂需要预先制备，施工操作较为不便；由于碳化硅的高导热率，使铜溜槽热量散失较大，造成能量浪费。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和操作方便的铜溜槽浇注料制备方法，用该方法制备的铜溜槽浇注料寿命长、节能环保、整体性强、高温强度大、抗氧化性能好、热震性能好和抗熔体渗透能力强。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：将5~15质量份的水溶性炭黑和0.5~5质量份的金属有机物溶于5~20质量份的硅溶胶中，得到混合液；将40~70质量份的碳化硅、10~20质量份的矾土颗粒、5~15质量份的氧化铝细粉、0.5~10质量份的单质硅、0.5~2质量份的氧氯化锆和0.2~1.5质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述碳化硅的SiC含量>98wt%；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占所述碳化硅10~30wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占所述碳化硅30~50wt%，粒径小于1mm占所述碳化硅30~50wt%。

所述矾土颗粒的Al₂O₃含量≥85wt%；所述矾土颗粒的粒径小于3mm且大于等于1mm。

所述氧化铝细粉的Al₂O₃含量≥99wt%，所述氧化铝细粉的粒径≤88μm。

所述水溶性炭黑的粒径≤44μm。

所述单质硅的Si含量≥98wt%，所述单质硅的粒径≤44μm。

所述氧氯化锆的ZrOCl₂·8H₂O含量≥98wt%。

所述金属有机物为甲酸镍盐、乙醇钙、醋酸锆、四水合乙酸钴、醋酸亚铁中的一种或两种的混合物。

所述硅溶胶的SiO₂含量为20~30wt％，所述硅溶胶的pH值为2~3.5。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下积极效果：

本发明引入所述金属有机物在铜溜槽浇注料中，在弱还原气氛下烧成，高温下金属有机化合物分解生成金属氧化物与烧失残留微气孔。由于金属有机物在溶液中充分溶解，金属氧化物在还原性气氛下反应生成粒径为纳米级的铁、钴、镍、锆等金属单质，所述纳米级金属单质比表面积大、活性高和催化性能好。通过预先将硅溶胶、水溶性炭黑和金属有机物在液相中混合，使得主要硅源、碳源与生成的纳米级单质金属混合较均匀，在1100~1200℃能原位生成SiC晶须，并且金属有机物烧失残留微气孔更加有利于SiC晶须生成并减小铜溜槽浇注料导热率，节约能源。另外，氧氯化锆和金属有机物以及硅溶胶在高温下形成的网络结构能增加强度，同时生成的金属单质夺氧能力比碳化硅强，是碳化硅材料优异的抗氧化剂，提高了铜溜槽浇注料的抗氧化性能。铜溜槽浇注料在服役过程中，面临剧烈的传导与对流热交换，会产生较大温度梯度，造成热应力集中，而SiC晶须对于热应力损毁有极好的增韧效果，能显著提高铜溜槽浇注料的高温力学性能与寿命。

本发明中的碳化硅材料对熔渣和金属熔体的润湿角较大，能显著提高铜溜槽浇注料的抗熔体渗透性能。其次，硅溶胶与氧化铝细粉充分混合，在高温下生成莫来石，提高了高温结合强度，并提高基质的抗溶体渗透性能。

因此，本发明工艺简单和操作方便，制备的铜溜槽浇注料具有寿命长、节能环保、整体性强、高温强度大、抗氧化性能好、热震性能好和抗熔体渗透能力强的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：

本具体实施方式中：

所述水溶性炭黑的粒径≤44μm。

所述单质硅的Si含量≥98wt%，所述单质硅的粒径≤44μm。

所述氧氯化锆的ZrOCl₂·8H₂O含量≥98wt%。

实施例中不再赘述。

实施例1

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

将9~15质量份的水溶性炭黑和0.5~1质量份的金属有机物溶于5~12质量份的硅溶胶中，得到混合液；将40~56质量份的碳化硅、14~20质量份的矾土颗粒、9~15质量份的氧化铝细粉、5~10质量份的单质硅、0.5~1.2质量份的氧氯化锆和0.2~0.7质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述金属有机物为甲酸镍盐。

实施例2

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。除所述金属有机物外，其余同实施例1：

所述金属有机物为醋酸锆和四水合乙酸钴的混合物。

实施例3

将8~14质量份的水溶性炭黑和1~2质量份的金属有机物溶于7~14质量份的硅溶胶中，得到混合液；将45~55质量份的碳化硅、13~19质量份的矾土颗粒、8~14质量份的氧化铝细粉、4~9质量份的单质硅、0.7~1.4质量份的氧氯化锆和0.4~0.9质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述金属有机物为乙醇钙。

实施例4

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。除所述金属有机物外，其余同实施例3：

所述金属有机物为四水合乙酸钴和醋酸亚铁的混合物。

实施例5

将7~13质量份的水溶性炭黑和2~3质量份的金属有机物溶于9~16质量份的硅溶胶中，得到混合液；将50~60质量份的碳化硅、12~18质量份的矾土颗粒、7~13质量份的氧化铝细粉、3~8质量份的单质硅、0.9~1.6质量份的氧氯化锆和0.6~1.1质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述的金属有机物为醋酸锆。

实施例6

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。除所述金属有机物外，其余同实施例5：

所述金属有机物为甲酸镍盐和醋酸亚铁的混合物。

实施例7

将6~12质量份的水溶性炭黑和3~4质量份的金属有机物溶于11~18质量份的硅溶胶中，得到混合液；将55~65质量份的碳化硅、11~17质量份的矾土颗粒、6~12质量份的氧化铝细粉、2~7质量份的单质硅、1.1~1.8质量份的氧氯化锆和0.8~1.3质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述的金属有机物为四水合乙酸钴。

实施例8

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。除所述金属有机物外，其余同实施例7：

所述金属有机物为甲酸镍盐和乙醇钙的混合物。

实施例9

将5~11质量份的水溶性炭黑和4~5质量份的金属有机物溶于13~20质量份的硅溶胶中，得到混合液；将60~70质量份的碳化硅、10~16质量份的矾土颗粒、5~11质量份的氧化铝细粉、0.5~6质量份的单质硅、1.3~2质量份的氧氯化锆和1.0~1.5质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料。再将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

所述金属有机物为醋酸亚铁。

实施例10

一种铜溜槽浇注料及其制备方法。除所述金属有机物外，其余同实施例9：

所述金属有机物为乙醇钙和醋酸锆的混合物。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式引入所述金属有机物在铜溜槽浇注料中，在弱还原气氛下烧成，高温下金属有机化合物分解生成金属氧化物与烧失残留微气孔。由于金属有机物在溶液中充分溶解，金属氧化物在还原性气氛下反应生成粒径为纳米级的铁、钴、镍、锆等金属单质，所述纳米级金属单质比表面积大、活性高和催化性能好。通过预先将硅溶胶、水溶性炭黑和金属有机物在液相中混合，使得主要硅源、碳源与生成的纳米级单质金属混合较均匀，在1100~1200℃能原位生成SiC晶须，并且金属有机物烧失残留微气孔更加有利于SiC晶须生成并减小铜溜槽浇注料导热率，节约能源。另外，氧氯化锆和金属有机物以及硅溶胶在高温下形成的网络结构能增加强度，同时生成的金属单质夺氧能力比碳化硅强，是碳化硅材料优异的抗氧化剂，提高了铜溜槽浇注料的抗氧化性能。铜溜槽浇注料在服役过程中，面临剧烈的传导与对流热交换，会产生较大温度梯度，造成热应力集中，而SiC晶须对于热应力损毁有极好的增韧效果，能显著提高铜溜槽浇注料的高温力学性能与寿命。

本具体实施方式中的碳化硅材料对熔渣和金属熔体的润湿角较大，能显著提高铜溜槽浇注料的抗熔体渗透性能。其次，硅溶胶与氧化铝细粉充分混合，在高温下生成莫来石，提高了高温结合强度，并提高基质的抗溶体渗透性能。

因此，本具体实施方式工艺简单和操作方便，制备的铜溜槽浇注料具有寿命长、节能环保、整体性强、高温强度大、抗氧化性能好、热震性能好和抗熔体渗透能力强的特点。

Claims

1.一种铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于：将5~15质量份的水溶性炭黑和0.5~5质量份的金属有机物溶于5~20质量份的硅溶胶中，得到混合液；将40~70质量份的碳化硅、10~20质量份的矾土颗粒、5~15质量份的氧化铝细粉、0.5~10质量份的单质硅、0.5~2质量份的氧氯化锆和0.2~1.5质量份的聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；然后将所述混合液与所述预混料混合，搅拌均匀，制得铜溜槽浇注料。

2.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述碳化硅的SiC含量>98wt%；所述碳化硅的颗粒级配是：粒径小于5mm且大于等于3mm占所述碳化硅10~30wt%，粒径小于3mm且大于等于1mm占所述碳化硅30~50wt%，粒径小于1mm占所述碳化硅30~50wt%。

3.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述矾土颗粒的Al₂O₃含量≥85wt%；所述矾土颗粒的粒径小于3mm且大于等于1mm。

4.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述氧化铝细粉的Al₂O₃含量≥99wt%，所述氧化铝细粉的粒径≤88μm。

5.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述水溶性炭黑的粒径≤44μm。

6.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述单质硅的Si含量≥98wt%，所述单质硅的粒径≤44μm。

7.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述氧氯化锆的ZrOCl₂·8H₂O含量≥98wt%。

8.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述金属有机物为甲酸镍盐、乙醇钙、醋酸锆、四水合乙酸钴、醋酸亚铁中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于所述的硅溶胶的SiO₂含量为20~30wt％，所述硅溶胶的pH值为2~3.5。

10.一种铜溜槽浇注料，其特征在于所述铜溜槽浇注料是根据权利要求1~9项中任一项所述的铜溜槽浇注料的制备方法所制备的铜溜槽浇注料。