CN109627026B - 一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料及其制备方法 - Google Patents

一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种再生碳化硅质Al2O3‑SiC‑C铁沟浇注料及其制备方法。该浇注料由刚玉、再生碳化硅、活性Al2O3微粉、硅微粉、炭黑、抗氧化剂、纯铝酸钙水泥、沥青，以及外加剂混合制备而成。该浇注料以回收处理的再生碳化硅为原料，在与其他原料相互作用的条件下制备得到了性能完全符合使用要求的铁沟浇注料，该过程中对碳化硅的回收再利用大大降低了生产成本，明显减少了对于资源和能源的消耗，也避免了废弃物对环境造成的影响，具有较高的社会经济效益，具有很好的应用前景。

Description

一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料及其制备方法。
背景技术
Al2O3-SiC-C质浇注料在高炉炼铁系统中具有广泛的应用，包括炉缸、主沟、渣沟、铁沟、摆动溜槽、鱼雷罐等部位均可采用该材料，该材料的使用能够大大提高高炉炼铁系统的性能，延长其使用寿命。Al2O3-SiC-C质出铁沟浇注料的使用能够大幅提高铁沟的使用寿命。随着 Al2O3-SiC-C质耐火材料在大型高炉中的普遍使用，Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的消耗量大量增加，同时迅速增加了原材料SiC等的消耗与使用。
由于SiC具有优异的机械性能、耐磨性能、导热率和抗热震性能等，被广泛的作为耐火材料的原料使用，其制品广泛应用于陶瓷行业、垃圾焚烧炉、高炉炉缸冷却壁及电解铝行业，同时随着使用量的增加，产生了大量的废旧耐火材料，其中大量的废弃的含SiC制品被作为垃圾处理，不仅造成环境的污染、也造成资源的严重浪费。高纯度的SiC(SiC含量大于98％) 是通过高纯度的石英砂(SiO2含量大于98％)和石油焦或者无烟煤，通过通电冶炼而制备的，消耗大量的原料资源和电能源，并且成本高。因此，大量碳化硅的浪费进一步的增加了资源及能源的消耗与浪费。
发明内容
本发明针对的技术问题为：现有技术中SiC使用量非常高，废弃量较大，但不能得到充分的回收再利用，造成SiC资源的大量浪费。同时，高纯度SiC的制备过程中消耗大量的资源及电能源，进一步增加了资源和能源的消耗，大大提高了SiC相关材料的生产成本。
针对上述问题，本发明提供了一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料及其制备方法，本发明所述的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料采用回收废旧含SiC制品，通过去除杂质、挑选、清洗，破粉碎再加工，替代含量大于98％的SiC成品原料，采用匹配的添加剂，制备新型的Al2O3-SiC-C出铁沟浇注料，得到的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料完全满足其使用性能的要求，能够很好的应用到高炉出铁场。该材料将回收的废旧碳化硅进行再处理、加工，进行再利用，避免了废旧材料对环境造成的影响，也大量节省了碳化硅资源。具有很好的社会经济效益。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：刚玉为60～65％，再生碳化硅为18～25％，活性Al2O3微粉为3～6％，硅微粉为1.5～4％，炭黑为1.5～3％，抗氧化剂为1.5～2.5％，纯铝酸钙水泥为3～5％，沥青为1.5～2.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.03～0.15％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.05～0.15％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.05～0.20％的分散剂。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为13～20％，1～0mm为30～45％，-200目为40～56％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％， Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述炭黑中C的含量为99-99.5％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述的刚玉为棕刚玉，所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为10～15％，8～5mm为20～25％，5～3mm为20～25％， 3～1mm为15～20％，1～0mm为15～20％，-200目为0～10％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％，SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述的活性Al2O3微粉的粒度为-800目，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述硅微粉的粒度为-325目，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为 78～82％，CaO的含量为18～22％；所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的分散剂为三聚磷酸钠或者六偏磷酸钠。
其中，所述的再生SiC来源于使用后的陶瓷窑具、陶瓷窑具的残制品、垃圾焚烧炉残制品、电解铝的电解槽残制品、高炉冷却壁的残制品；将回收的废弃物和/或残制品进行除杂、挑选、清洗、破碎、除铁工艺的处理，得到再生碳化硅。
所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料的制备方法包括以下步骤：将原料棕刚玉、再生碳化硅、活性Al2O3微粉、硅微粉、炭黑、抗氧化剂、纯铝酸钙水泥、沥青、防爆纤维、减水剂、分散剂按照要求的用量比混合均匀，即可得到所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，在施工现场进行浇注。
该过程中，回收各个行业中的废弃碳化硅制品进行处理得到再生碳化硅，然后采用再生碳化硅替代98％碳化硅，并在炭黑、抗氧化剂等原料相互作用的条件下制备得到了性能完全符合使用要求的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料。Al2O3-SiC-C铁沟浇注料处于高炉的关键部位，对于高炉的正常并顺行生产具有很大的影响。因此，对其性能要求苛刻，本发明采用再生碳化硅制备该材料、并达到其使用性能的要求，大大降低了其生产成本，减少了碳化硅原料的使用、能源的消耗，也避免了废弃物对环境造成的影响，具有很好的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
1、本发明在制备Al2O3-SiC-C时采用回收的废旧碳化硅制品直接作为原料，以替代含量 98％的碳化硅，不再使用新制备的SiC原料，大幅度的降低了能源消耗和资源消耗，大大节省了原料的使用，显著降低了生产成本，现有碳化硅原料成本较高、本申请回收的碳化硅原料单吨量成本降低达到4倍以上(与同行业产品相比，成本降低25％以上)，同时也减少了废旧材料对环境造成的影响，具有很好的社会经济效益；
2、本发明在制备过程中引入新型匹配添加剂高纯度炭黑，以及加入适量的抗氧化剂、减水剂、分散剂及防爆纤维，提高了Al2O3-SiC-C铁沟料的抗侵蚀性能、耐冲刷性能及耐磨性能；
3、本发明所制备的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，由于采用了回收的废旧碳化硅制品作为原料，该碳化硅制品是经过了再次烧结或者高温使用，其中的SiC经历了再次结晶和晶粒完善成长，明显提高了碳化硅的抗氧化性能(新制备的碳化硅材料很容易被氧化，而影响制备产品的性能)；本发明采用的再生碳化硅具有了更好的抗氧化性能以及稳定性能，与新型匹配添加剂高纯度炭黑相结合，使Al2O3-SiC-C铁沟料具备了更好的抗氧化性能、抗侵蚀性能、抗冲刷性能和耐高温性能，延长了铁沟料的使用寿命，延长达到20％以上，也明显提高了一次性通铁量；
4、本发明所制备的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，在高炉现场浇注施工，具有良好的施工性能，较好的流动性，凝结时间短，快速浇注，快速脱模，快速烘烤，满足中小高炉的快速施工的苛刻条件。本发明所述的产品在韶钢、重钢的2580M3高炉铁沟、安钢2800M3高炉、韶钢3200M3、邯钢的3200M3以及邯郸武安某1080M3高炉的出铁沟上使用，一次性通铁量提高了20％，实现了较好的经济效益。
所以，本发明通过回收陶瓷行业、电解铝行业及垃圾焚烧炉等使用后的废旧含SiC制品， SiC含量大于75％，通过去除杂质、挑选、清洗，破粉碎再加工，替代含量大于95％的SiC 成品原料(已经过高温使用或再烧结，具有较强的抗氧化能力)，采用匹配的添加剂，制备新型的Al2O3-SiC-C出铁沟浇注料，提升了其使用性能，并且达到了回收废旧材料再利用的目的，节约资源和能源，降低了产品的成本，大大提高了产品的市场竞争能力，具有很好的社会经济效益。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。以下实施例所用相同原料的性能相同。
实施例1
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：棕刚玉为62％，再生碳化硅为20％，活性Al2O3微粉为6％，硅微粉为3％，炭黑为2％，抗氧化剂为2.5％，纯铝酸钙水泥为3％，沥青为1.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.05％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.06％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.08％的分散剂；
上述原料中：
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为15％，1～0mm为35％，-200 目为50％；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％；
所述炭黑中C的含量为99-99.5％；
所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为15％，8～5mm为25％，5～3mm 为20％，3～1mm为20％，1～0mm为15％，-200目为5％；所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％， SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％；
所述的活性Al2O3微粉的粒度为-800目，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述硅微粉的粒度为-325目，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目以细，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％；
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，所述的分散剂为三聚磷酸钠。
实施例2
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：棕刚玉为60％，再生碳化硅为20％，活性Al2O3微粉为5％，硅微粉为3％，炭黑为3％，抗氧化剂为2.5％，纯铝酸钙水泥为4％，沥青为2.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.08％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.08％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.08％的分散剂。
上述原料中：
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为15％，1～0mm为35％，-200 目为50％；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％；
所述炭黑中C的含量为99-99.5％；
所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为15％，8～5mm为25％，5～3mm 为20％，3～1mm为20％，1～0mm为15％，-200目为5％；所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％， SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％；
所述的活性Al2O3微粉的粒度为-800目，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述硅微粉的粒度为-325目，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目以细，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％；
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，所述的分散剂为六偏磷酸钠。
实施例3
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：棕刚玉为60％，再生碳化硅为24％，活性Al2O3微粉为4％，硅微粉为2％，炭黑为3％，抗氧化剂为2％，纯铝酸钙水泥为3％，沥青为2％；
外加占上述原料总量百分比为0.08％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.08％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.10％的分散剂。
上述原料中：
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为20％，1～0mm为40％，-200 目为40％；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％；
所述炭黑中C的含量为99-99.5％；
所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为15％，8～5mm为20％，5～3mm 为25％，3～1mm为15％，1～0mm为15％，-200目为10％；所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％， SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％；
所述的活性Al2O3微粉的粒度为800目以细，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述硅微粉的粒度为325目以细，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目以细，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％；
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，所述的分散剂为六偏磷酸钠。
实施例4
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：棕刚玉为62％，再生碳化硅为23％，活性Al2O3微粉为4％，硅微粉为2％，炭黑为2.5％，抗氧化剂为2％，纯铝酸钙水泥为3％，沥青为1.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.10％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.10％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.12％的分散剂。
上述原料中：
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为20％，1～0mm为40％，-200 目为40％；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％；
所述炭黑中C的含量为99-99.5％；
所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为15％，8～5mm为25％，5～3mm 为20％，3～1mm为20％，1～0mm为15％，-200目为5％；所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％， SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％；
所述的活性Al2O3微粉的粒度为800目以细，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述硅微粉的粒度为325目以细，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％；
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，所述的分散剂为三聚磷酸钠。
实施例5
一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：棕刚玉为60％，再生碳化硅为25％，活性Al2O3微粉为3％，硅微粉为3％，炭黑为2％，抗氧化剂为2％，纯铝酸钙水泥为3.5％，沥青为1.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.12％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.15％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.18％的分散剂。
上述原料中：
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为20％，1～0mm为40％，-200 目为40％；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％；
所述炭黑中C的含量为99-99.5％；
所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为15％，8～5mm为25％，5～3mm 为20％，3～1mm为20％，1～0mm为15％，-200目为5％；所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％， SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％；
所述的活性Al2O3微粉的粒度为800目以细，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
所述硅微粉的粒度为325目以细，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目，金属硅中Si的含量为97.5～98.5％；
所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％；
所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，所述的分散剂为三聚磷酸钠。
对于上述实施例1～5制备的产品进行性能检测，结果如表1所示。
由表1检测结果可以看出：本发明采用再生碳化硅制备的产品性能完全能够达到现有技术中采用新制备碳化硅制备的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料产品，甚至性能超越了现有的产品。因此，本发明在回收再利用碳化硅的条件下制备了完全符合高炉使用要求的Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，大大减少了原料的利用量、减少了能源与资源的消耗，降低了生产成本，同时避免了废弃物对环境造成的影响，具有很好的社会经济效益，具有很好的应用前景。
表1实施例1～5制备产品的性能检测结果
Figure BDA0001964392020000081

Claims (8)

1.一种再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，该铁沟浇注料由以下重量百分比的原料制备而成：刚玉为60～65％，再生碳化硅为18～25％，活性Al2O3微粉为3～6％，硅微粉为1.5～4％，炭黑为1.5～3％，抗氧化剂为1.5～2.5％，纯铝酸钙水泥为3～5％，沥青为1.5～2.5％；
外加占上述原料总量百分比为0.03～0.15％的防爆纤维、占上述原料总量百分比为0.05～0.15％的减水剂以及占上述原料总量百分比为0.05～0.20％的分散剂；
所述的再生碳化硅包括以下不同粒径级配的原料：3～1mm为13～20％，1～0mm为30～45％，-200目为40～56％；
所述的再生SiC来源于使用后的陶瓷窑具、陶瓷窑具的残制品、垃圾焚烧炉残制品、电解铝的电解槽残制品、高炉冷却壁的残制品；将回收的废弃物和/或残制品进行除杂、挑选、清洗、破碎、除铁工艺的处理，得到再生碳化硅；所述的再生碳化硅中SiC含量为78％～85％，Al2O3含量为8～12％，Fe2O3≤0.5％。
2.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述炭黑中C的含量为99-99.5％。
3.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述的刚玉为棕刚玉，所述的棕刚玉包含以下不同粒径级配的原料：15～8mm为10～15％，8～5mm为20～25％，5～3mm为20～25％，3～1mm为15～20％，1～0mm为15～20％，-200目为0～10％。
4.根据权利要求3所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述棕刚玉中Al2O3为94.5～95.5％，SiO2为1.5～3％，TiO2为1.5～3.2％，Fe2O3≤0.5％。
5.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述的活性Al2O3微粉的粒度为-800目，活性Al2O3微粉中Al2O3的含量为99～99.5％。
6.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述硅微粉的粒度为-325目，所述硅微粉中SiO2的含量为95～96％，硅微粉中Fe2O3≤0.5％；
所述的抗氧化剂为金属硅，金属硅的粒度为-200目，所述金属硅中Si的含量为97.5～98.5％。
7.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述纯铝酸钙水泥中Al2O3的含量为78～82％，CaO的含量为18～22％；
所述的沥青为球状沥青，球状沥青的粒度为1.0～0.15mm，软化点为110～130度，球状沥青中固定碳含量为45～55％，灰分≤1.0％。
8.根据权利要求1所述的再生碳化硅质Al2O3-SiC-C铁沟浇注料，其特征在于，所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的分散剂为三聚磷酸钠或者六偏磷酸钠。
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