CN110156445B - 一种转底炉用高强耐磨浇注料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种转底炉用高强耐磨浇注料及其制备方法，由骨料、细粉和混合粉组成，所述骨料为高铝矾土均化料、棕刚玉、白刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述细粉为棕刚玉、白刚玉、板刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述混合粉由SiC粉、微粉、结合剂、外加剂和分散剂组成。本发明的直接还原铁用转底炉等强还原气氛窑炉用高强耐磨浇注料，抗CO裂解性好、对原料要求不高，抗热震性及耐磨性优异。

Description

一种转底炉用高强耐磨浇注料及其制备方法
技术领域
本发明涉及浇注料技术领域。尤其涉及一种直接还原铁用转底炉等强还原气氛窑炉用高强、耐磨浇注料及其制备方法。
背景技术
我国的资源条件决定了我国直接还原铁(DRI)生产在相当长时间内将以煤基直接还原为主。当前，煤基直接还原法中回转窑法直接还原正被越来越成熟的转底炉直接还原所替代。转底炉直接还原冶炼技术在充分利用低品位铁矿石和共伴生矿资源、处理冶金尘泥等固体废弃物资源方面具有工艺简单、技术先进、对原料适应性强、作业率高、资源回收率高、投资省等优点，与其他工艺相比技术优势和成本效益优势明显，是钢铁行业发展循环经济、加强资源综合利用的重点支撑技术之一。
直接还原铁转底炉(RHF)是使用固体还原剂(煤炭)进行铁矿石直接还原的高温反应容器，通过在1200℃～1400℃高温下短时间内对含碳球团的快速加热还原，获得直接还原铁或是用来分离钢铁厂固体废弃物中的Zn、Pb等有价金属元素。在直接还原铁厂的实际运行中，窑炉内衬的寿命直接关系到停窑检修频率，进而影响企业经济效益是直接还原炼铁的重要设备之一。其炉衬用耐火材料在使用过程中主要承受以下破坏因素：
1、被加热的铁矿石在转底炉中不断转动而使窑衬材料的温度发生变换，出现冷热交替，导致衬里开裂而损坏；
2、在中高温还原气氛下，内衬材料与FeO反应产生液相而遭到破坏。
3、CO、H2气体对耐火材料的裂解。
直接还原炼铁转底炉内衬浇注料必须满足如下要求：a、中高温(800℃～1400℃)强度高；b、有良好的抗热震性；c、整体性好，没有力学薄弱环节；d、合适的烧后线变化率、体积密度、显气孔率、强度等物理性能及烧结性能；e、恰当的施工时间和凝结硬化时间；f、优异的抗强还原气体(CO、H2等浓度≥95％)裂解性能。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够实现振动浇注工作层耐火材料，具备良好的中高温强度、良好的体积稳定性、优异的热震稳定性和抗还原气体(CO、H2等浓度≥95％)裂解性能，以满足强还原性气氛窑炉的使用寿命要求。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种转底炉用高强耐磨浇注料，由骨料、细粉和混合粉组成，浇注料中各化学成分按重量百分比计含量为：SiO2：5-50wt％，Al2O3：45-90wt％，Fe2O3：0.1-3wt％。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述骨料为高铝矾土均化料、棕刚玉、白刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述细粉为棕刚玉、白刚玉、板刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述混合粉由SiC粉、微粉、结合剂、外加剂和分散剂组成。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述骨料和细粉由如下粒度及重量份的颗粒组成：
粒度大于3mm且小于等于5mm的骨料为10-30重量份，
粒度大于1mm且小于等于3mm的骨料为10-20重量份，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的骨料为10-25重量份，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的蓝晶石为5-15重量份；
粒度小于等于0.088mm的细粉为10-25重量份；
粒度小于等于0.088mm的混合粉为8-25重量份。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述混合粉由如下重量份的组分组成：
所述SiC粉为2-5重量份，
所述微粉为1-10重量份，
所述结合剂为3-9重量份，
所述外加剂为0.5-1重量份，
所述分散剂为0.1-0.3重量份。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述莫来石中的Al2O3的质量含量≥45％；所述棕刚玉中的Al2O3的质量含量≥97％；所述高铝矾土均化料中的Fe2O3质量分数≤2％；所述蓝晶石中的Fe2O3质量分数≤2％。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述微粉为活性SiO2微粉与双峰Al2O3微粉的混合微粉，重量配比为：活性SiO2微粉/双峰Al2O3微粉＝1-3，所述双峰Al2O3微粉中的Al2O3的质量分数≥99％，所述活性SiO2微粉中的SiO2的质量分数≥92％。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述结合剂由1-2重量份的矾土水泥与2-7重量份的尖晶石水泥复合而成。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述外加剂为三氧化二钇。
上述转底炉用高强耐磨浇注料，所述分散剂为聚磷酸盐或ADW和ADS中的一种或两种；ADW和ADS购自安迈铝业(青岛)有限公司。
强还原气氛窑炉用高强耐磨浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1-8任一所述准备骨料、细粉和混合粉料；
(2)将混合粉在双螺旋搅拌机中预混5-10分钟消除微粉抱团；
(3)将骨料与细粉在行星搅拌机中预混8-10分钟；
(4)将步骤(2)中得到的混合物加入到步骤(3)得到混合物中，搅拌5-10分钟；
(5)加入水搅拌8-10分钟，控制浇注料流动值在210mm-230mm之间，震动成型。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明制备出的转底炉用高强耐磨浇注料不仅具有良好的施工性能，而且具备良好的中高温强度、良好的体积稳定性、优异的热震稳定性和抗还原气体(CO、H2等)裂解性能，满足了矿强还原性气氛窑炉的使用寿命要求。
(1)本发明的直接还原铁用转底炉等强还原气氛窑炉用高强、耐磨浇注料对粒度≥0.088mm的原料品种要求不限制，可以是棕刚玉、白刚玉、也可以是莫来石、高铝矾土均化料、SiC等。
(2)与现有技术相比，本发明的浇注料具有优异的抗CO、H2等还原性气体裂解性：在500℃-1400℃高温且CO或H2等还原性气体浓度≥95％的环境中保持500小时不产生裂纹、崩块儿、开裂等现象。
(3)高温下活性微粉间的反应以及蓝晶石产生体积膨胀在材料内部形成均匀的网状微裂纹可以减缓应力，使材料具有较强的热震稳定性。
(4)复合微粉及复合结合剂的引入，不仅弥补了铝酸盐水泥结合浇注料中温强度下降的缺点，使材料不仅具有较高的中高温强度，同时具有较高的高温耐磨损性能。
(5)具有较好的抵抗FeO熔渣侵蚀性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例的转底炉用高强耐磨浇注料的配方如下：
骨料的粒度配比为：
粒度大于3mm且小于等于5mm的高铝矾土均化料为18kg，
粒度大于1mm且小于等于3mm的高铝矾土均化料为16kg，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的高铝矾土均化料为15kg；
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的蓝晶石为9kg；
细粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的棕刚玉粉10kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的莫来石粉10kg；
混合粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的SiC细粉5kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的微粉9kg，由双峰氧化铝微粉6kg和活性SiO2微粉3kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的结合剂7kg，由矾土水泥2kg和尖晶石水泥5kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的分散剂0.1kg，为三聚磷酸钠；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的外加剂0.9kg，为三氧化二钇。
所述高铝矾土均化料中的Fe2O3含量≤2％；所述蓝晶石中的Fe2O3含量≤2％；所述莫来石细粉中的Al2O3的质量含量≥45％；所述氧化铝微粉中的Al2O3的质量含量≥99％；所述棕刚玉粉中的Al2O3的质量含量≥97％；所述硅微粉中的SiO2的质量含量≥92％。
制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配比准备骨料、细粉和混合粉；
(2)将混合粉在双螺旋搅拌机中预混5-10分钟消除微粉抱团；
(3)将骨料和细粉在行星搅拌机中预混8-10分钟；
(4)将步骤(2)中得到的混合物加入到步骤(3)得到混合物中，搅拌5-10分钟；
(5)加入步骤(4)中所得物料质量5.4wt％的自来水搅拌8-10分钟，控制流动值在210mm-230mm之间。
实施例2
本实施例的强还原气氛窑炉用高强耐磨浇注料的配方如下：
骨料为棕刚玉和莫来石，棕刚玉和莫来石各占50％；且骨料的粒度配比为：
粒度大于3mm且小于等于5mm的骨料为18kg，
粒度大于1mm且小于等于3mm的骨料为16kg，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的骨料为20kg；
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的蓝晶石8kg；
细粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的棕刚玉粉10kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的莫来石粉10kg；
混合粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的SiC细粉4kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的微粉8kg,由双峰氧化铝微粉5kg和活性SiO2微粉3kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的结合剂5kg，由矾土水泥1kg和尖晶石水泥4kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的分散剂0.1kg，为六偏磷酸钠；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的外加剂0.9kg，为三氧化二钇。
所述莫来石中的Al2O3的质量含量≥60％；所述氧化铝微粉中的Al2O3的质量含量≥99％；所述棕刚玉粉中的Al2O3的质量含量≥97％；所述硅微粉中的SiO2的质量含量≥92％；所述蓝晶石粉中的Fe2O3含量≤2％。
制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配比准备骨料、细粉和混合粉；
(2)将混合粉在双螺旋搅拌机中预混5-10分钟消除微粉抱团；
(3)将骨料和细粉在行星搅拌机中预混8-10分钟；
(4)将步骤(2)中得到的混合物加入到步骤(3)得到混合物中，搅拌5-10分钟；
(5)加入步骤(4)中所得物料质量4.8wt％的自来水搅拌8-10分钟，控制流动值在210mm-230mm之间。
实施例3
本实施例的强还原气氛窑炉用高强耐磨浇注料的配方如下：
骨料为白刚玉；且骨料的粒度配比为：
粒度大于3mm且小于等于5mm的骨料为18kg，
粒度大于1mm且小于等于3mm的骨料为16kg，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的骨料为20kg；
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的蓝晶石8kg；
细粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的棕刚玉粉11kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的板刚玉粉8kg；
混合粉为：
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的SiC细粉5kg；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的微粉7kg，由双峰氧化铝微粉4kg和活性SiO2微粉3kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的结合剂6kg，由矾土水泥1kg和尖晶石水泥5kg组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的分散剂0.2kg，由0.1kg的三聚磷酸钠和0.1kg的ADW组成；
粒度大于0mm且小于等于0.088mm的外加剂0.8kg，为三氧化二钇。
所述氧化铝微粉中的Al2O3的质量含量≥99％；所述棕刚玉粉中的Al2O3的质量含量≥97％；所述硅微粉中的SiO2的质量含量≥92％；所述蓝晶石粉中的Fe2O3含量≤2％。
制备方法包括如下步骤：
(1)按照上述配比准备骨料、细粉和混合粉；
(2)将混合粉在双螺旋搅拌机中预混5-10分钟消除微粉抱团；
(3)将骨料和细粉在行星搅拌机中预混8-10分钟；
(4)将步骤(2)中得到的混合物加入到步骤(3)得到混合物中，搅拌5-10分钟；
(5)加入步骤(4)中所得物料质量4.7wt％的自来水搅拌8-10分钟，控制流动值在210mm-230mm之间。
实施例1-实施例3中所制备的直接还原铁用转底炉等强还原气氛窑炉用高强耐磨浇注料，在1400℃×3h烧制后的参数如表1所示：
表1
实施例1 实施例2 实施例3
常温耐压强度 64MPa 66MPa 71MPa
常温抗折强度 15MPa 16MPa 16MPa
体积密度 2.92g/cm<sup>3</sup> 2.80cm<sup>3</sup> 3.11g/cm<sup>3</sup>
本发明的浇注料不含对环境造成污染的成分，且具有良好的施工性能。采用该浇注料浇注成型的炉衬整体性好，没有力学薄弱环节，中高温(800℃～1400℃)强度较高，具有较好的高温耐磨性能与热震稳定性，在500℃-1400℃高温且CO或H2等还原性气体浓度≥95％的环境中保持500小时没有产生裂纹，更无开裂、掉块现象，使用效果优异。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种转底炉用高强耐磨浇注料，其特征在于，由骨料、细粉、蓝晶石和混合粉组成，浇注料中各化学成分按重量百分比计含量为：SiO2：5-50wt%，Al2O3：45-90wt%，Fe2O3：0.1-3wt%；
所述骨料为高铝矾土均化料、棕刚玉、白刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述细粉为棕刚玉、白刚玉、板刚玉和莫来石中的任意一种或者几种；所述混合粉由SiC粉、微粉、结合剂、外加剂和分散剂组成；
所述结合剂由1-2重量份的矾土水泥与2-7重量份的尖晶石水泥复合而成；所述微粉为活性SiO2微粉与双峰Al2O3微粉的混合微粉，重量配比为：活性SiO2微粉/双峰Al2O3微粉=1-3；所述外加剂为三氧化二钇；所述分散剂为聚磷酸盐或ADW和ADS中的一种或两种；
所述浇注料由如下粒度及重量份的颗粒组成：
粒度大于3mm且小于等于5mm的骨料为10-30重量份，
粒度大于1mm且小于等于3mm的骨料为10-20重量份，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的骨料为10-25重量份，
粒度大于0.088mm且小于等于1mm的蓝晶石为5-15重量份；
粒度小于等于0.088mm的细粉为10-25重量份；
粒度小于等于0.088mm的混合粉为8-25重量份；
所述混合粉由如下重量份的组分组成：
所述SiC粉为2-5重量份，
所述微粉为1-10重量份，
所述结合剂为3-9重量份，
所述外加剂为0.5-1重量份，
所述分散剂为0.1-0.3重量份。
2.根据权利要求1所述的一种转底炉用高强耐磨浇注料，其特征在于，所述莫来石中的Al2O3的质量含量≥45%；所述棕刚玉中的Al2O3的质量含量≥97%；所述高铝矾土均化料中的Fe2O3质量分数≤2%；所述蓝晶石中的Fe2O3质量分数≤2%。
3.根据权利要求1所述的一种转底炉用高强耐磨浇注料，其特征在于，所述双峰Al2O3微粉中的Al2O3的质量分数≥99%，所述活性SiO2微粉中的SiO2的质量分数≥92%。
4.转底炉用高强耐磨浇注料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照权利要求1-3任一所述准备骨料、细粉、蓝晶石和混合粉；
（2）将混合粉在双螺旋搅拌机中预混5-10分钟消除微粉抱团；
（3）将骨料、细粉与蓝晶石在行星搅拌机中预混8-10分钟；
（4）将步骤（2）中得到的混合物加入到步骤（3）得到混合物中，搅拌5-10分钟；
（5）加入水搅拌8-10分钟，控制浇注料流动值在210mm-230mm之间，震动成型。
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