CN107963895A - 一种高炉出铁沟主沟浇注料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高炉出铁沟主沟浇注料，其是用合成铝砂颗粒部分替代致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒，包括20～40％的合成铝砂颗粒，5～15％的致密电熔刚玉颗粒，20～35％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，5～10％碳化硅颗粒和10～15％的碳化硅细粉，5～10％α‑氧化铝微粉，1～4％的高铝水泥，1～4％的碳素材料，以及复合防爆剂、分散剂和抗氧化剂。本发明采用低成本的合成铝砂颗粒部分替代价格昂贵的致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒，合成铝砂用于主沟浇注料中，使耐火浇注料具有良好的抗热震性能和抗侵蚀性能，并得到有效地回收利用，极大地降低了主沟浇注料的生产成本，具有极高的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种含氧化物、碳化物的耐火材料。
背景技术
高炉出铁沟是引导高炉内高温铁水和熔渣的通道，高炉出铁沟系统包括主沟、支沟和渣沟，其中主沟是高炉内流出来的高温渣铁混合物的共同通道。在主沟后段设计有撇渣器，从高炉里流出来的高温渣铁混合物到达蔽渣器时，由于体积密度不同，在主沟中分成上下两层，即上层的熔渣和下层的铁水，体积密度相对较小的熔渣从上面溢出进入渣沟，而体积密度相对较大的铁水则从撇渣器下面的通道穿过流进支沟。因此，主沟不但承受高温熔渣的侵蚀，而且也要承受高温铁水的冲刷，同时还要承受间歇式出铁引起的温度骤变对主沟的热震损毁，故而主沟使用环境很恶劣。随着钢铁冶炼技术的发展，高炉出铁沟主沟材料及其结构都随之发展，在其结构上设计为整体浇注的贮铁式结构，主沟浇注料的材质使用Al2O3-SiC-C质，材料的理化性能越来越优异，这种结构和材料的应用不仅降低了工人劳动的强度，而且大大降低了由于温度急变带来的对铁沟料的损毁，同时提高了出铁沟抵抗高温铁水的冲刷性，从而延长出铁沟的使用寿命。
目前，高炉出铁沟主沟浇注料都是用价格较高的致密电熔刚玉，优质电熔棕刚玉为主要原料生产而成。专利“一种Al2O3-SiC-C铁沟浇注料的制备方法(公开号：CN 1661117A)”中，使用的主要原料为：电熔致密刚玉为70～80％，SiC为8～15％，超细粉为5～10％，高铝水泥为1～5％，氮化硅为2～15％，金属硅为1～15％，分散剂为0.1～0.3％。在专利“改良的高炉出铁沟用耐火浇注料(公开号：CN 1641048 A)”中，主颗粒也是由25～60％的致密电熔刚玉，20～40％的烧结板状刚玉，20～40％的电熔棕刚玉复合组成。在日本和欧美等国的主沟浇注料中大都也是用致密电熔刚玉和电熔棕刚玉为主要原料制成，这些材料成本较高。在日益节约成本，节约能源，保护环境的大环境下，研究低成本主沟浇注料成为当务之急。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种低成本的高炉出铁沟主沟浇注料。用低成本的合成铝砂颗粒部分替代价格昂贵的致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒，通过调整主沟浇注料的基质成分，添加抗氧化添加剂，提高主沟浇注料的理化性能、抗氧化性能和高温使用性能。
本发明的另一目的是提出所述高炉出铁沟主沟浇注料的应用。
实现本发明上述目的的具体技术方案为：
一种高炉出铁沟主沟浇注料，用合成铝砂颗粒部分替代致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒。
合成铝砂是工业冶炼钛铁合金的副产品，其颗粒体积密度达到3.25g/cm3以上，其化学成分为Al2O3≥75％、TiO2≥10％、CaO≤10％、Fe2O3≤0.6％、R2O≤0.15％、SiO2≤0.5％，是六铝酸钙、二铝酸钙、钛酸铝、钛酸钙以及金红石相的固溶体。
所述的高炉出铁沟主沟浇注料，包括以下重量百分比的成分：20～40％的合成铝砂颗粒，5～15％的致密电熔刚玉颗粒，20～35％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，5～10％碳化硅颗粒和10～15％的碳化硅细粉，5～10％α-氧化铝微粉，1～4％的高铝水泥，1～4％的碳素材料，外加剂为1～3％的复合防爆剂，0.1～0.5％的分散剂，0.1～0.5％的抗氧化剂(所谓外加剂，是以其之外的物料之和为计量基础计算加入量，用量相对较少)。
其中，所述合成铝砂的成分为：TiO2 10～15％、CaO 2～10％、Fe2O3 0～0.6％、R2O(R代表钾钠和量)0～0.15％、SiO2 0～0.5％，颗粒体积密度为3.25～3.80g/cm3。
其中，所述合成铝砂颗粒的粒度为：15～8mm和/或8～5mm。合成铝砂这种原料不用细粉，只用颗粒。
其中，所述碳化硅中SiC≥97％，Fe2O3≤0.4％、游离碳≤0.5％、游离硅≤0.6％；所述碳化硅由颗粒和细粉组成，所述碳化硅颗粒的粒径为0.01～1mm，所述细粉的粒度为180目～325目。
进一步地，所述α-氧化铝微粉的粒度为0.5～2μm，α-氧化铝微粉中，Al2O3≥99.0％、Fe2O3≤0.04％、R2O≤0.3％、SiO2≤0.1％。
其中，所述碳素材料为高温球沥青和N990粒状炭黑，所述高温球沥青粒度为0.2mm～0.5mm；所述抗氧化剂为金属硅粉和/或碳化硼细粉。
其中，所述复合防爆剂为金属铝粉和有机防爆纤维，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和有机分散剂中的一种或多种，
优选地，所述复合防爆剂为金属铝粉和有机防爆纤维3～6：1的混合物，所述分散剂为六偏磷酸钠或三聚磷酸钠中的一种，和有机分散剂的混合物，二者的质量比例为3～6：1。
经过试验比较，发现无机分散剂和有机分散剂混合是由效果更好。
为了改善主沟浇注料的抗氧化性能，本发明中添加抗氧化添加剂。该主沟浇注料在降低成本的同时，物理化学性能不降低，具有优良的抗侵蚀性能、抗冲刷性能和抗氧化性能。
应用本发明所述的高炉出铁沟主沟浇注料制备的高炉出铁沟。
本发明的有益效果在于：
本发明采用低成本的合成铝砂颗粒部分替代价格昂贵的致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒，合成铝砂用于主沟浇注料中，使耐火浇注料具有良好的抗热震性能和抗侵蚀性能，并得到有效地回收利用，极大地降低了主沟浇注料的生产成本，具有极高的经济效益和社会效益。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中，如无特殊说明，所使用的设备和方法均为所属领域常规的设备和方法。
本发明的实施例中，合成铝砂颗粒体积密度大于3.25g/cm3，其化学成分为Al2O375～85％、TiO2 10～15％、CaO 2～10％、Fe2O3 0～0.6％、R2O 0～0.15％、SiO2 0～0.5％，成本为1500元/吨。而替代的致密电熔刚玉的价格5900元/吨，电熔棕刚玉价格为3800元/吨，可见本发明替代致密电熔刚玉和电熔棕刚玉能能取的较好的经济效益。
碳素材料为高温球沥青(粒度为0.2mm～0.5mm)和N990粒状炭黑，所述复合防爆剂为金属铝粉和有机防爆纤维(质量比5：1)，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和GJ-2有机分散剂(购自北京中兴商贸公司)，所述抗氧化剂为金属硅粉和碳化硼细粉。
实施例中，如无特别说明，使用的比例是质量比。
实施例1
本实施例的一种低成本的高炉出铁沟主沟浇注料，该浇注料各组份的颗粒组成为：合成铝砂15～8mm，致密电熔刚玉8～5mm，5～3mm(两种粒度1：1.5)，电熔棕刚玉5～3mm，3～1mm，1～0mm，200目(四种粒度质量配比10：27：20：15，下同)，碳化硅1～0mm，325目(两种粒度比例为1：1.5)。
各组份配比(重量百分比)为：21％的合成铝砂颗粒，15％的致密电熔刚玉颗粒，31％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，18％优质碳化硅颗粒和细粉，10％氧化铝微粉，2％的高铝水泥，3％的碳素材料高温球沥青。后面的三类为外加剂，加入的比例是按前面各组分质量和计。1.5％的复合防爆剂，0.3％的分散剂(三聚磷酸钠和GJ-2有机分散剂3：1)，0.3％的抗氧化剂金属硅粉。
按上述比例配置好的混合物先搅拌2分钟，加入4.5％的水后再搅拌3分钟，震动浇注成型为40mm×40mm×160mm的样块，养护24小时，烘烤110℃×24h，在高温炉中烧1450℃×3h，做1400℃×0.5h热态抗折强度，检测结果见表1。
表1实施例1材料性能
| 110℃×24h烘后体积密度 | 3.02g/cm3 |
| 110℃×24h烘后冷态抗折强度 | 11.5MPa |
| 110℃×24h烘后冷态耐压强度 | 58.3MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态抗折强度 | 15.6MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态耐压强度 | 66.1MPa |
| 1450℃×3h烧后永久线变化率 | +0.2％ |
| 1400℃×0.5h热态抗折强度 | 4.2MPa |
实施例2
本发明是一种低成本的高炉出铁沟主沟浇注料，该浇注料各组份的颗粒组成为：合成铝砂15～8mm，8～5mm，致密电熔刚玉8～5mm，5～3mm，电熔棕刚玉5～3mm，3～1mm，1～0mm，200目，碳化硅1～0mm，325目。
各组份配比(重量百分比)为：30％的合成铝砂颗粒，10％的致密电熔刚玉颗粒，27％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，17％优质碳化硅颗粒和细粉，12％氧化铝微粉，2％的高铝水泥，2％的碳素材料N990粒状炭黑；外加剂：1.5％的复合防爆剂，0.3％的分散剂(六偏磷酸钠和GJ-2有机分散剂4：1)，0.2％的抗氧化剂碳化硼细粉。
按上述比例配置好的混合物先搅拌2分钟，加入4.6％的水后再搅拌3分钟，震动浇注成型为40mm×40mm×160mm的样块，养护24小时，烘烤110℃×24h，在高温炉中烧1450℃×3h，做1400℃×0.5h热态抗折强度，检测结果见表2。
表2实施例2材料性能
| 110℃×24h烘后体积密度 | 2.98g/cm3 |
| 110℃×24h烘后冷态抗折强度 | 10.7MPa |
| 110℃×24h烘后冷态耐压强度 | 55.3MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态抗折强度 | 14.1MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态耐压强度 | 61.7MPa |
| 1450℃×3h烧后永久线变化率 | +0.3％ |
| 1400℃×0.5h热态抗折强度 | 3.8MPa |
实施例3
本发明是一种低成本的高炉出铁沟主沟浇注料，该浇注料各组份的颗粒组成为：合成铝砂15～8mm，8～5mm(比例为2：1)；致密电熔刚玉8～5mm，5～3mm；电熔棕刚玉5～3mm，3～1mm，1～0mm，200目；碳化硅1～0mm，325目。
各组份配比(重量百分比)为：35％的合成铝砂颗粒，8％的致密电熔刚玉颗粒，19％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，21％优质碳化硅颗粒和细粉，12％氧化铝微粉，3％的高铝水泥，2％的碳素材料高温球沥青；外加剂:1.5％的复合防爆剂，0.3％的分散剂(三聚磷酸钠和GJ-2有机分散剂5：1)，0.3％的抗氧化剂碳化硼细粉。
按上述比例配置好的混合物先搅拌2分钟，加入4.8％的水后再搅拌3分钟，震动浇注成型为40mm×40mm×160mm的样块，养护24小时，烘烤110℃×24h，在高温炉中烧1450℃×3h，做1400℃×0.5h热态抗折强度，检测结果见表3.
表3实施例3材料性能
对比例
铁沟浇注料的组分的重量比为：Al2O3含量≥98％的电熔致密刚玉为71％，SiC含量≥95％的SiC为10％，Al2O3含量≥99.4％的超细粉为5％，高铝水泥为1％，Si3N4含量≥90％的氮化硅7.8％，金属硅为5％，分散剂为0.2％。
各组分的颗粒粒度为：致密刚玉为8～5mm、5～3mm、3～1mm、≤1mm、≤0.045mm，SiC为≤1mm，氮化硅≤0.045mm，金属硅≤0.045mm。电熔致密刚玉的颗粒级配均为：10～20％。
按上述配比的混和物外加约5％的水，搅拌3分钟后浇注成型，然后经110℃×24h干燥，1000℃×3h、1450℃×3h烧成。测其性能，结果见附表。
表4对比例材料性能
| 110℃×24h烘后体积密度 | 2.99g/cm3 |
| 110℃×24h烘后冷态抗折强度 | 5.7MPa |
| 110℃×24h烘后冷态耐压强度 | 45MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态抗折强度 | 9.1MPa |
| 1450℃×3h烧后冷态耐压强度 | 93.1MPa |
| 1450℃×3h烧后永久线变化率 | +0.35％ |
| 1400℃×0.5h热态抗折强度 | 3.5MPa |
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，用合成铝砂颗粒部分替代致密电熔刚玉颗粒和电熔棕刚玉颗粒。
2.根据权利要求1所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：20～40％的合成铝砂颗粒，5～15％的致密电熔刚玉颗粒，20～35％的电熔棕刚玉颗粒和细粉，5～10％碳化硅颗粒和10～15％的碳化硅细粉，5～10％α-氧化铝微粉，1～4％的高铝水泥，1～4％的碳素材料；外加剂为1～3％的复合防爆剂，0.1～0.5％的分散剂和0.1～0.5％的抗氧化剂。
3.根据权利要求1所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述合成铝砂的成分为：Al2O3 75～85％、TiO2 10～15％、CaO 2～10％、Fe2O3 0～0.6％、R2O 0～0.15％、SiO2 0～0.5％，颗粒体积密度为3.25～3.80g/cm3。
4.根据权利要求1所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述合成铝砂颗粒的粒度为：15～8mm和/或8～5mm。
5.根据权利要求1所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述碳化硅中SiC≥97％，Fe2O3≤0.4％、游离碳≤0.5％、游离硅≤0.6％；所述碳化硅由颗粒和细粉组成，所述碳化硅颗粒的粒径为0.01～1mm，所述细粉的粒度为180目～325目。
6.根据权利要求1所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述α-氧化铝微粉的粒度为0.5～2μm，α-氧化铝微粉中，Al2O3≥99.0％、Fe2O3≤0.04％、R2O≤0.3％、SiO2≤0.1％。
7.根据权利要求1～6任一项所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述碳素材料为高温球沥青和/或N990粒状炭黑，所述高温球沥青粒度为0.2mm～0.5mm；所述抗氧化剂为金属硅粉和/或碳化硼细粉。
8.根据权利要求1～6任一项所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述复合防爆剂为金属铝粉和有机防爆纤维，所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和有机分散剂中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的高炉出铁沟主沟浇注料，其特征在于，所述复合防爆剂为金属铝粉和有机防爆纤维3～6：1的混合物，所述分散剂为六偏磷酸钠或三聚磷酸钠中的一种，和有机分散剂的混合物，二者的质量比例为3～6：1。
10.应用权利要求1～9任一项所述的高炉出铁沟主沟浇注料制备的高炉出铁沟。
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