CN108249900B - 高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂及其制备方法 - Google Patents

高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能Al2O3‑SiC‑C质浇注料用添加剂及其制备方法。所述添加剂，按重量份计，包含：铁铝尖晶石5～9份，炭黑1～3份，二氧化硅微粉1～3份，氧化铝微粉3～6份，二氧化锆2～4份，氮化硅铁1～3份，以及镁砂1～2份。本发明的添加剂当加入到Al2O3‑SiC‑C质浇注料中，使浇注料具有良好的结构柔韧性，有效降低浇注料的脆性，提高了抗剥落性；有效抵抗铁水的浸润，减小侵蚀；原位形成的SiC和莫来石，可形成网络结构，提高结合强度，强化基质；氮化物的加入和原位形成提高了抗侵蚀性和冲击性，添加剂的引入，提高了浇注料结构韧性、抗剥落性、耐磨性和抗渣铁侵蚀性，延长了Al2O3‑SiC‑C质浇注料的使用寿命。

Description

高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高炉炼铁用高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂及其制备方法，属于高炉炼铁用耐火材料技术领域。
背景技术
目前高炉炼铁系统用耐材主要采用Al2O3-SiC-C质浇注料，包括炉缸、主沟、渣沟、铁沟、摆动溜槽、鱼雷罐等部位。其损毁机理主要在于四方面：高温热应力造成材料的剥落和龟裂；高温渣铁液的冲刷磨损；材料与高炉渣反应生成低共熔物而熔蚀；材料的氧化损毁。
随着高炉炼铁向大型、高效、自动和长寿化方向发展，国内外高炉逐渐采用高温风、高顶压、高富氧量、碳氢化合物及喷吹煤粉等新技术，高炉产量提高，同时伴随着渣铁处理量的增加，出铁速率加快，对炼铁系统用 Al2O3-SiC-C质浇注料侵蚀速率加快，冲刷破坏程度愈来愈严重，现有浇注料已经不能满足炼铁技术发展的要求，所以对高性能Al2O3-SiC-C质浇注料的研究迫在眉睫，对高炉长寿发展、节能降耗、缩短与发达国家炼铁技术水平的差距，都具有十分重要的意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，以提高浇注料的结构韧性，强化基质，提高了抗剥落性和抗渣铁浸润性，延长了Al2O3-SiC-C质浇注料的使用寿命，满足高炉炼铁技术发展的需求。
本发明的还一目的在于提供上述高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明提供的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，按重量份计，包含：
Figure BDA0001523667730000021
下面，更具体地说明本发明的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂。
在本发明优选的实施方案中，其中：
所述铁铝尖晶石，其FeAl2O4含量≥95wt％，为粉料，要求粒度≤74μm；
所述炭黑，其碳含量≥99wt％；
所述二氧化硅微粉，其SiO2含量≥93wt％，平均粒径D50为0.1～0.3μm；
所述氧化铝微粉，其Al2O3含量≥99wt％，平均粒径D50为1～3μm；
所述二氧化锆，其ZrO2含量≥99wt％，为粉料，要求粒度≤74μm；
所述氮化硅铁，其总氮TN含量为27wt％～32wt％，Fe含量为11wt％～ 15wt％，为粉料，要求粒度为≤74μm；
所述镁砂，其MgO含量≥95wt％，为粉料，要求粒度≤74μm。
根据本发明的另一个方面，本发明提供的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂的制备方法，包括：将添加剂的各组分按其重量份称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在135r/min～153r/min，混合时间控制在3～5 分钟，混合后即得该添加剂，而后装入防水包装袋中密封保存。
本发明所提供的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，当用于 Al2O3-SiC-C质浇注料，具有如下创新性和有益效果：
(1)本发明添加剂引入的铁铝尖晶石具有高温的结构柔韧性，在高温下与镁砂进行Fe2+和Mg2+离子互扩散，形成镁铝尖晶石，同时伴随着体积膨胀促进微裂纹的形成，微裂纹可以吸收主裂纹扩展的能量，可有效阻止裂纹的扩展；引入的二氧化锆，在温度变化时，会发生的马氏体相变，吸收了能量，提高了断裂能，从而提高了断裂韧性，抑制裂纹的扩展。所以，这三种物质的复配可有效降低浇注料的脆性，提高了浇注料的结构韧性和抗剥落性。
(2)本发明添加剂引入的炭黑，碳含量高，灰分小，保证高温环境下的化学稳定性，有效地抵抗铁水的浸润，减小侵蚀，同时还与Al2O3-SiC-C质浇注料中的金属硅反应生成SiC，这种原位形成的SiC结合强度高，更有利于抗铁水的冲刷。
(3)本发明添加剂引入的氧化铝微粉和二氧化硅微粉，可在高温下反应生成针棒状或晶须状的莫来石的网络结构，可有效提高结构强度，提高抗热震性和抗冲刷性。
(4)本发明添加剂引入的氮化硅铁，含有氮化硅，硬度高，熔点高，导热性好，含有少量的Fe，可以与炭黑反应生成SiC和N2，N2可与浇注料中的金属硅反应生成Si3N4，提高浇注料的导热性，抗金属铁液的侵蚀。
本发明的添加剂当加入到Al2O3-SiC-C质浇注料中，使浇注料具有良好的结构柔韧性，有效降低浇注料的脆性，提高了抗剥落性；有效抵抗铁水的浸润，减小侵蚀；原位形成的SiC和莫来石，可形成网络结构，提高结合强度，强化基质；氮化物的加入和原位形成提高了抗侵蚀性和冲击性，添加剂的引入，提高了浇注料结构韧性、抗剥落性、耐磨性和抗渣铁侵蚀性，延长了 Al2O3-SiC-C质浇注料的使用寿命。
具体地，加入了本发明添加剂的摆动溜槽用的Al2O3-SiC-C质浇注料，按重量份计，包含：
Figure BDA0001523667730000031
Figure BDA0001523667730000041
所述含镁铝尖晶石刚玉，是氧化铝基镁质复相材料，可以按照如下方法得到：以工业氧化铝粉为主料，氧化镁粉为添加剂，经细磨、成型、干燥，在1750～1950℃温度下烧结而成，在反应过程中生成的镁铝尖晶石相，嵌入在刚玉相中，形成的含镁铝尖晶石刚玉，应用在耐火材料中，相比普通烧结刚玉具有较好的强度、抗热震性、抗剥落性、抗渣性和骨料与基质结合性增强。本发明的含镁铝尖晶石刚玉，要求Al2O3含量≥96wt％，MgO含量≤4wt％，级配为：8mm～5mm 10～15份，5mm～3mm 10～15份，3mm～1mm 10～15 份，1mm～0.2mm 10～15份，粒度≤0.074mm 10～15份。
所述碳化硅，其SiC含量≥97wt％，级配为：3mm～1mm 0～5份，1mm～ 0.2mm 5～7份，粒度≤0.074mm 5～8份。
所述莫来石为电熔莫来石，其Al2O3含量≥70wt％，级配为：5mm～3mm 0～3份，3mm～1mm 1～2份，1mm～0.2mm 2～5份，粒度≤0.074mm 2～5 份。
所述铝酸盐水泥，其Al2O3含量≥77wt％。
所述蓝晶石，其粒度≤0.5mm。
所述减水剂，例如可以为德国巴斯夫FS65型高效减水剂。
所述复合抗氧化剂，按重量份计，组成如下：金属硅粉0.5～1.5份，碳化硼0.5～1.5份，其中，所述金属硅粉，其Si含量≥95wt％，为粉料，要求粒度≤74μm；所述碳化硼，其B4C含量≥95wt％，为粉料，要求粒度≤74μm。
传统的摆动溜槽用Al2O3-SiC-C质浇注料与加入本发明添加剂的摆动溜槽用Al2O3-SiC-C质浇注料使用情况对比见表1：
其中，传统摆动溜槽浇注料主要组分包括：矾土；棕刚玉；碳化硅；沥青粉；铝酸盐水泥；硅微粉；金属铝粉；三聚磷酸钠等。
表1
Figure BDA0001523667730000051
由表1可见，加入本发明添加剂的摆动溜槽浇注料相比传统的摆动溜槽浇注料，有较高的结合强度，抗冲刷耐磨性好；体积稳定性好，抗剥落抗开裂性好；使用寿命大幅提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，下述各实施例仅用于说明本发明，而本发明的范围并不局限于这些具体实施例中。
含镁铝尖晶石刚玉的制备：
以工业氧化铝粉为主料，氧化镁粉为添加剂，经细磨、成型、干燥，在1750～1950℃温度下烧结而成，在反应过程中生成的镁铝尖晶石相，嵌入在刚玉相中，冷却，破碎得到各粒度的含镁铝尖晶石刚玉，其中Al2O3含量约 97.5wt％，MgO含量约2.5wt％。
一、高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂的制备
实施例1-实施例3
在实施例1-3中，将添加剂的各组分按表2所示的重量份准确称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在135-153r/min，混合时间控制在3-5分钟，混合后所得添加剂即可装入防水包装袋中密封保存。
表2添加剂的组成
项目 实施例1 实施例2 实施例3
铁铝尖晶石 5 7 9
炭黑 2 2 2
二氧化硅微粉 2 2 2
氧化铝微粉 4 4 4
二氧化锆 3 3 3
氮化硅铁 1 2 3
镁砂 2 2 2
二、采用本发明的添加剂制备摆动溜槽浇注料
浇注料制备例1
其组分及重量份为：含镁铝尖晶石刚玉57份；碳化硅15份；莫来石5 份；铝酸盐水泥1.9份；蓝晶石1份；复合抗氧化剂1份(金属硅粉0.5份；碳化硼0.5份)；减水剂FS65型高效减水剂0.1份；以及采用上述实施例1制备的添加剂19份。
其中，含镁铝尖晶石刚玉级配为：8mm～5mm 10份，5mm～3mm 12份， 3mm～1mm 12份，1mm～0.2mm 10份，粒度≤0.074mm 13份；
碳化硅级配为：3mm～1mm 5份，1mm～0.2mm 5份，粒度≤0.074mm 5 份；
莫来石为电熔莫来石，级配为：3mm～1mm 1份，1mm～0.2mm 2份，粒度≤0.074mm 2份。
将浇注料的各组分按其重量份称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在117-135r/min，混合时间控制在3-5分钟，混合后所得浇注料即可装入防水包装袋中密封保存。
浇注料制备例2
其组分及重量份为：含镁铝尖晶石刚玉54份；碳化硅15份；莫来石5 份；铝酸盐水泥1.9份；蓝晶石1份；复合抗氧化剂1份(金属硅粉0.5份；碳化硼0.5份)；减水剂FS65型高效减水剂0.1份；以及采用上述实施例2制备的添加剂22份。
其中，含镁铝尖晶石刚玉级配为：8mm～5mm 10份，5mm～3mm 12份， 3mm～1mm 12份，1mm～0.2mm 10份，粒度≤0.074mm 10份；
碳化硅级配为：3mm～1mm 5份，1mm～0.2mm 5份，粒度≤0.074mm 5 份；
莫来石为电熔莫来石级配为：3mm～1mm 1份，1mm～0.2mm 2份，粒度≤0.074mm 2份。
将浇注料的各组分按其重量份称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在117-135r/min，混合时间控制在3-5分钟，混合后所得浇注料即可装入防水包装袋中密封保存。
浇注料制备例3
其组分及重量份为：含镁铝尖晶石刚玉51份；碳化硅15份；莫来石5 份；铝酸盐水泥1.9份；蓝晶石1份；复合抗氧化剂1份(金属硅0.5份；碳化硼0.5份)；减水剂FS65型高效减水剂0.1份；以及采用上述实施例3制备的添加剂25份。
其中，含镁铝尖晶石刚玉级配为：8mm～5mm 10份，5mm～3mm 10份， 3mm～1mm 11份，1mm～0.2mm 10份，粒度≤0.074mm 10份；
碳化硅级配为：3mm～1mm 5份，1mm～0.2mm 5份，粒度≤0.074mm 5 份；
莫来石为电熔莫来石，级配为：3mm～1mm 1份，1mm～0.2mm 2份，粒度≤0.074mm 2份。
将浇注料的各组分按其重量份称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在117-135r/min，混合时间控制在3-5分钟，混合后所得浇注料即可装入防水包装袋中密封保存。
将浇注料制备例1-3制备的浇注料，加入适量水搅拌均匀后浇注到 40×40×160mm三联模具中，脱模后于110℃烘烤24小时，1450℃埋炭保温3 小时。分别按照标准YB/T5200、GB/T3001、GB/T 5072、GB/T 5988检测试样体积密度、抗折强度、耐压强度、线变化率，检测结果见表3：
表3采用本发明添加剂制备的摆动溜槽浇注料性能指标
Figure BDA0001523667730000081
由表3可见，采用本发明添加剂制备的摆动溜槽浇注料具有良好结合强度，烧结性好，结构柔韧性好，抗开裂效果好，在实际应用过程中，通铁量达到了15～18万吨，使用寿命相比传统摆动溜槽用浇注料提高约1倍。

Claims (6)

1.一种高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，按重量份计，组成为：
Figure FDA0002434968410000011
其中，所述铁铝尖晶石，其FeAl2O4含量≥95wt％，为粉料，粒度≤74μm；
所述镁砂，其MgO含量≥95wt％，为粉料，粒度≤74μm；
所述二氧化锆，其ZrO2含量≥99wt％，为粉料，粒度≤74μm。
2.根据权利要求1所述的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，其特征是，所述炭黑，其碳含量≥99wt％。
3.根据权利要求1所述的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，其特征是，所述二氧化硅微粉，其SiO2含量≥93wt％，平均粒径D50为0.1～0.3μm。
4.根据权利要求1所述的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，其特征是，所述氧化铝微粉，其Al2O3含量≥99wt％，平均粒径D50为1～3μm。
5.根据权利要求1所述的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂，其特征是，所述氮化硅铁，其总氮TN含量为27wt％～32wt％，Fe含量为11wt％～15wt％，为粉料，粒度为≤74μm。
6.如权利要求1所述的高性能Al2O3-SiC-C质浇注料用添加剂的制备方法，包括：将添加剂的各组分按其重量份称量，倒入倾斜式搅拌机中混合，转子转速控制在135r/min～153r/min，混合时间控制在3～5分钟，混合后即得该添加剂，而后装入防水包装袋中密封保存。
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