CN108383534A - 一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法 - Google Patents

一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法，本浇注料包括白刚玉或者板状刚玉、α‑活性氧化铝微粉、镁砂细粉、纯铝酸钙水泥、添加剂以及石墨烯；其中，石墨烯以浆料的形式引入到浇注料中，浆料以水为溶剂，浆料中石墨烯为3～5份、水为93～95份、分散剂为1～2份，浆料的粘度≤2500mpa·s；本使用方法将上述固相原料按组分搅拌混匀后装袋备用，现场搅拌时加入石墨烯水系浆料，充分搅拌混匀后浇注成型。本浇注料及使用方法将石墨烯引入不定形耐火材料中，满足了水浆料体系的润湿性能，提高了耐火材料的抗侵蚀性能和热稳定性能。

Description

一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领领域，尤其涉及一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法。
背景技术
碳材料在高温下难于被渣液润湿，将碳引入氧化物中制成含碳耐火材料后，能显著抑制炉渣侵入，从而阻止了炉渣造成的侵蚀；其次，碳材料具有良好的热震稳定性，这取决于它的低热膨胀系数和高导热系数。利用碳材料的特性，碳含量为15～20%的含碳耐火材料基本解决了渣蚀和温度变化造成的剥落，由于氧化物与碳共存，生产出了抗渣蚀性和抗热震性好的耐火材料，这是一个划时代的改进。
含碳耐火材料的定型制品得到广泛应用，但由于传统碳材料与水的不润湿性难以在具有节能效果的不定形耐火材料中得到应用，必须对石墨等碳材料进行改性，满足在水浆料体系的润湿性能才能应用。石墨烯是世界上最薄、机械强度最高的纳米材料，具有高透光性和高导电性，是世界上强度最高的材料，具有优良的导热和导电性，其优异的导热性能和机械强度完全满足耐火材料对新型碳材料的需求，是耐火材料理想的添加剂。应用其高比表面积的特性替代传统碳材料，降低碳复合材料的中碳含量；石墨烯由于石墨的层数为1～10层的范围，表面存在了一定的极性，可以与水进行良好的浸润，因此可以将其引入制备含碳浇注料，解决了在耐火材料中碳材料难以引入到浇注料中的难题。通过进一步细化研究，石墨烯有望在具有节能效果的第二代耐火材料中得到应用，并有望升级到第三代耐火材料。
中国专利(CN102295464A)公开了一种碳复合耐火材料及其制备方法，其将石墨烯与氧化物微粉、抗氧化剂共磨，得到预混合粉，再将预混合粉与其它原料混合、成型、烘烤和烧成，得到含石墨烯耐火材料的定型制品，开发的材料具有强度高、热震稳定性及抗渣侵蚀性优良，符合节能减排要求的特点。
中国专利（CN104190161A）公开了一种包含石墨烯的熔融金属用陶瓷过滤器，其引入石墨烯，提高了过滤器的机械强度和抗热震性。
但已有的石墨烯应用均为定型制品，石墨烯的引入也以粉料的形式引入到耐火材料的制备体系中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法，本浇注料及使用方法将石墨烯引入不定形耐火材料中，满足了水浆料体系的润湿性能，提高了耐火材料的抗侵蚀性能和热稳定性能。
为解决上述技术问题，本发明一种含石墨烯的钢包浇注料包括以下重量份的组分：白刚玉或者板状刚玉75～82份，α-活性氧化铝微粉8～12份，镁砂细粉3～7份，纯铝酸钙水泥3～6份，添加剂0.20～0.30份，石墨烯0.05～0.1份；其中，石墨烯以浆料的形式引入到浇注料中，浆料以水为溶剂，浆料中石墨烯为3～5份、水为93～95份、分散剂为1～2份，浆料的粘度≤2500mpa·s。
进一步，所述石墨烯的比表面积为200～500m2/g。
进一步，所述白刚玉或者板状刚玉的组成配比为：
粒径 ≥5mm的白刚玉或者板状刚玉 15～25 wt%
粒径 5～1mm的白刚玉或者板状刚玉 23～33 wt%
粒径 1～0.154mm的白刚玉或者板状刚玉 13～23 wt%
粒径 ≤0.154mm的白刚玉或者板状刚玉10～15wt%。
进一步，所述α-活性氧化铝微粉的中位径粒径为2μm。
进一步，所述镁砂细粉为97电熔品级，粒径≤45μm。
进一步，所述添加剂是聚羧酸盐减水剂、缓凝剂和防爆剂。
一种上述钢包浇注料的使用方法，将白刚玉或者板状刚玉、α-活性氧化铝微粉、镁砂细粉、纯铝酸钙水泥和添加剂按组分搅拌混匀后装袋备用，现场搅拌时加入石墨烯水系浆料，充分搅拌混匀后浇注成型。
由于本发明一种含石墨烯的钢包浇注料及使用方法采用了上述技术方案，即本浇注料包括白刚玉或者板状刚玉、α-活性氧化铝微粉、镁砂细粉、纯铝酸钙水泥、添加剂以及石墨烯；其中，石墨烯以浆料的形式引入到浇注料中，浆料以水为溶剂，浆料中石墨烯为3～5份、水为93～95份、分散剂为1～2份，浆料的粘度≤2500mpa·s；本使用方法将上述固相原料按组分搅拌混匀后装袋备用，现场搅拌时加入石墨烯水系浆料，充分搅拌混匀后浇注成型。本浇注料及使用方法将石墨烯引入不定形耐火材料中，满足了水浆料体系的润湿性能，提高了耐火材料的抗侵蚀性能和热稳定性能。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本浇注料实施例1-4试样抗渣坩埚截面图；
图2为本浇注料实施例1-4试样抗渣侵蚀和渗透指数示意图。
具体实施方式
本发明一种含石墨烯的钢包浇注料包括以下重量份的组分：白刚玉或者板状刚玉75～82份，α-活性氧化铝微粉8～12份，镁砂细粉3～7份，纯铝酸钙水泥3～6份，添加剂0.20～0.30份，石墨烯0.05～0.1份；其中，石墨烯以浆料的形式引入到浇注料中，浆料以水为溶剂，浆料中石墨烯为3～5份、水为93～95份、分散剂为1～2份，浆料的粘度≤2500mpa·s。
优选的，所述石墨烯的比表面积为200～500m2/g。
优选的，所述白刚玉或者板状刚玉的组成配比为：
粒径 ≥5mm的白刚玉或者板状刚玉 15～25 wt%
粒径 5～1mm的白刚玉或者板状刚玉 23～33 wt%
粒径 1～0.154mm的白刚玉或者板状刚玉 13～23 wt%
粒径 ≤0.154mm的白刚玉或者板状刚玉10～15wt%。
优选的，所述α-活性氧化铝微粉的中位径粒径为2μm。
优选的，所述镁砂细粉为97电熔品级，粒径≤45μm。
优选的，所述添加剂是聚羧酸盐减水剂、缓凝剂和防爆剂。
一种上述钢包浇注料的使用方法，将白刚玉或者板状刚玉、α-活性氧化铝微粉、镁砂细粉、纯铝酸钙水泥和添加剂按组分搅拌混匀后装袋备用，现场搅拌时加入石墨烯水系浆料，充分搅拌混匀后浇注成型。
通过将石墨烯浆料引入到钢包浇注料体系中，解决了石墨烯纳米粉体材料在浇注料中分散不均匀的难题，从而在浇注料体系中引入碳质材料，利用碳质材料优良的导热性能提高耐火材料的热震稳定性，利用碳质材料优良抗钢水和熔渣的侵蚀性能提高耐火材料的抗侵蚀性能，提高使用寿命。
本浇注料选择表面存在了一定极性的石墨烯纳米粉体材料为浇注料的碳源，制备含碳浇注料，以浆料的形式引入到耐火材料浇注，解决了纳米材料难以分散均匀的难题，同时碳材料的极性也解决了碳质材料与浇注料基体的相容性难题，碳材料的引入将大大提高浇注料的抗热震稳定性和抗侵蚀性，提高钢包浇注料的使用寿命。
本浇注料实施例1-4的原料配比如表1所示：
表1
上述实施例1-4浇注料的物理性能如表2所示：
表2
上述实施例1-4浇注料抗渣后的坩埚截面图如图1所示，渗透和抗侵蚀性能图2所示，其中Q0、Q1、Q2和Q3分别表示实施例1、实施例2、实施例3和实施例4。由图1和图2可见，添加石墨烯材料可以提高传统钢包浇注料的抗渣性能，提高材料的使用性能。
将石墨烯引入到钢包浇注料体系中，材料中石墨烯的加入量控制在0.1份以内，材料具有良好的性能，满足钢包浇注料的各种物理性能要求，材料具有良好的抗侵蚀性能，在使用过程中能抵抗钢水和熔渣的侵蚀，具有了更好使用寿命。采用本浇注料在某钢铁公司210吨钢包上使用后，钢包工作层的使用寿命由原来的150炉提高200炉左右，材料的吨耗降低了30%左右。

Claims (7)

1.一种含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述浇注料包括以下重量份的组分：白刚玉或者板状刚玉75～82份，α-活性氧化铝微粉8～12份，镁砂细粉3～7份，纯铝酸钙水泥3～6份，添加剂0.20～0.30份，石墨烯0.05～0.1份；其中，石墨烯以浆料的形式引入到浇注料中，浆料以水为溶剂，浆料中石墨烯为3～5份、水为93～95份、分散剂为1～2份，浆料的粘度≤2500mpa·s。
2.根据权利要求1所述的含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述石墨烯的比表面积为200～500m2/g。
3.根据权利要求1所述的含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述白刚玉或者板状刚玉的组成配比为：
粒径 ≥5mm的白刚玉或者板状刚玉 15～25 wt%
粒径 5～1mm的白刚玉或者板状刚玉 23～33 wt%
粒径 1～0.154mm的白刚玉或者板状刚玉 13～23 wt%
粒径 ≤0.154mm的白刚玉或者板状刚玉10～15wt%。
4.根据权利要求1所述的含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述α-活性氧化铝微粉的中位径粒径为2μm。
5.根据权利要求1所述的含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述镁砂细粉为97电熔品级，粒径≤45μm。
6.根据权利要求1所述的含石墨烯的钢包浇注料，其特征在于：所述添加剂是聚羧酸盐减水剂、缓凝剂和防爆剂。
7.一种权利要求1至6任一项钢包浇注料的使用方法，其特征在于：将白刚玉或者板状刚玉、α-活性氧化铝微粉、镁砂细粉、纯铝酸钙水泥和添加剂按组分搅拌混匀后装袋备用，现场搅拌时加入石墨烯水系浆料，充分搅拌混匀后浇注成型。
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