CN110937908A - 一种高炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种高炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法和用途。本发明提供一种耐材浇注料，按重量份计，包括如下组分：氧化铝瓷片、白刚玉、氧化铝粉、碳化硅、硅微粉、微粒沥青、分散剂、减水剂、缓凝剂、结合剂。本发明所提供的耐材浇注料充分回收利用了氧化铝瓷片，浇注料中氧化铝瓷片的掺入比例高达35‑50wt％，并通过连续级配调整，有效替代棕刚玉等自然资源，大大降低了产品原材料的整体成本，并有效利用氧化铝瓷片组分特点，在取得了低成本、高强度、耐侵蚀、长寿命的出铁沟用耐火浇注料产品的同时，还为有效解决工业固废提供了有利途径，具有良好的产业化前景。

Description

一种高炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别是涉及一种高炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法和用途。
背景技术
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝(Al2O3)为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。
普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al2O3含量在80％或75％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种耐材浇注料，按重量份计，包括如下组分：
Figure BDA0002339239480000011
在本发明一些实施方式中，所述氧化铝瓷片为连续级配，粒径规格包括3-5mm和5-8mm，其中，氧化铝瓷片3-5mm和氧化铝瓷片5-8mm的重量比为1：1.8-1.9，所述氧化铝瓷片的自然粒度筛分通过率≥85wt％，所述氧化铝瓷片的Al2O3含量≥92wt％。
在本发明一些实施方式中，所述白刚玉为连续级配，粒径规格包括1-0mm和3-1mm，其中，白刚玉1-0mm和白刚玉3-1mm的重量比为1：1.4-1.6，所述白刚玉的自然粒度筛分通过率≥90wt％，所述白刚玉的Al2O3含量≥98wt％。
在本发明一些实施方式中，所述氧化铝粉包括第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉组分，所述第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉的重量比为1：0.85～0.95，所述第一氧化铝粉组分的粒径规格为10μm-18μm，所述第一氧化铝粉的Al2O3含量>98.5wt％，所述第二氧化铝粉组分的粒径规格为1.2μm-2μm，第二氧化铝粉组分的Al2O3含量>99wt％、Fe和Si含量≤0.05wt％。
在本发明一些实施方式中，所述碳化硅包括粉料碳化硅和骨料碳化硅，所述粉料碳化硅和骨料碳化硅的重量比为4-5:1，所述粉料碳化硅的粒径为200-325目，所述骨料碳化硅的粒径规格为1-0mm。
在本发明一些实施方式中，所述微硅粉的SiO2含量≥92wt％，所述硅微粉优选为硅微粉920μ。
在本发明一些实施方式中，所述微粒沥青的固定碳含量>70wt％，粒径<1mm，且粒径小于0.21mm的自然粒度筛分通过率不超过20％。
在本发明一些实施方式中，所述分散剂选自聚丙烯酸钠。
在本发明一些实施方式中，所述减水剂选自三聚磷酸钠。
在本发明一些实施方式中，所述缓凝剂选自柠檬酸。
在本发明一些实施方式中，所述结合剂选自铝酸盐水泥，所述铝酸盐水泥的铝含量>77wt％。
本发明另一方面提供所述的耐材浇注料的制备方法，包括：按配方将各组分混炼。
本发明另一方面提供所述的耐材浇注料作为高炉出铁沟耐火材料的用途。
本发明另一方面提供一种耐材，由所述的耐材浇注料制备获得。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请发明的其他优点及功效。
本发明发明人经过大量研究，提供一种高炉出铁沟用耐火浇注料，所述耐火浇注料是以回收氧化铝瓷片为主要原料，替代传统的电熔刚玉、棕刚玉等材料，并进一步对耐火浇注料中的其他组分进行调整，所制备获得的耐火浇注料具有高强、耐侵蚀、使用寿命长等特点，大幅降低了耐火浇注料的整体成本，在此基础上完成了本发明。
本发明第一方面提供一种耐材浇注料，按重量份计，包括如下组分：
Figure BDA0002339239480000031
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括35-50份、35-40份、40-45份、或45-50份氧化铝瓷片。所述氧化铝瓷片通常是指破损、无法应用的氧化铝陶瓷，经破碎、筛分后形成具有一定颗粒的形态的物质，所述氧化铝陶瓷则通常是以Al2O3为主要原料，以稀有金属氧化物为熔剂，经高温焙烧而成的一种刚玉陶瓷。所述氧化铝瓷片在所述耐材浇注料中，通常可以起到提高产品耐火度、抗氧化性能的作用。所述氧化铝瓷片通常具有较高的Al2O3的含量，从而可以充分利用其组分特性，被作为出铁沟耐材浇注料的原材料使用，例如，所述氧化铝瓷片中，Al2O3含量通常可以≥92wt％。所述氧化铝瓷片可以为连续级配，其粒径规格可以包括3-5mm和5-8mm，其中，氧化铝瓷片(3-5mm)和氧化铝瓷片(5-8mm)的重量比可以为1：1.8-1.9、1：1.8-1.85、或1：1.85-1.9，所述氧化铝瓷片的自然粒度筛分通过率≥85wt％，所述自然粒度筛分通过率通常指符合粒径规格的粒料的通过比例。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括15-25份、15-17份、17-19份、19-21份、21-23份、或23-25份白刚玉。所述白刚玉通常是以氧化铝粉(例如，工业氧化铝粉)为原料、于电弧中经2000度以上高温熔炼后冷却制成的一种人造磨料。所述白刚玉在所述耐材浇注料中，通常可以起到提高产品抗氧化性能、提高产品使用性能、延长使用寿命的作用。所述白刚玉可以为连续级配，其粒径规格可以包括1-0mm(即粒径≤1mm)和3-1mm，其中，白刚玉(1-0mm)和白刚玉(3-1mm)的重量比可以为1：1.4-1.6、1：1.4-1.45、1：1.45-1.5、1：1.5-1.55、或1：1.55-1.6，所述白刚玉的自然粒度筛分通过率≥90wt％，所述白刚玉的Al2O3含量≥98wt％。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括8-15份、8-9份、9-10份、10-11份、11-12份、12-13份、13-14份、或14-15份氧化铝粉。所述氧化铝粉通常指氧化铝的固体颗粒。所述氧化铝粉在所述耐材浇注料中，通常可以起到提升材料基质部分抗氧化性能、降低熔损消耗、延长使用寿命的作用。所述氧化铝粉组分中，通常可以包括第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉组分，其中，所述第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉的重量比为1：0.85～0.95、1：0.85～0.90、或1：0.90～0.95，所述第一氧化铝粉组分的粒径规格可以为10μm-18μm、10μm-12μm、12μm-14μm、14μm-16μm、或16μm-18μm，所述第一氧化铝粉的Al2O3含量可以>98.5wt％，所述第二氧化铝粉组分的粒径规格可以为1.2-2μm、1.2-1.4μm、1.4-1.6μm、1.6-1.8μm、或1.8-2μm，第二氧化铝粉组分的Al2O3含量可以>99wt％、Fe和Si含量可以≤0.05wt％。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括10-20份、10-12份、12-14份、14-16份、16-18份、或18-20份碳化硅。所述碳化硅(SiC)也称为金刚砂，通常可以由石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。所述碳化硅在所述耐材浇注料中，通常可以起到提高产品抗渣性能、耐冲刷能力、延长使用寿命的作用。所述碳化硅组分中，通常可以包括粉料碳化硅和骨料碳化硅，即分别为粒径较小的碳化硅组分和粒径较大的碳化硅组分，所述粉料碳化硅和骨料碳化硅的重量比可以为4-5:1、4-4.2:1、4.2-4.4:1、4.4-4.6:1、4.6-4.8:1、或4.8-5:1，所述粉料碳化硅的粒径可以为200-325目、200-250目、250-300目、或300-325目，所述骨料碳化硅的粒径规格可以为1-0mm(即粒径≤1mm)，且通常来说，粒径小于0.21mm的自然粒度筛分通过率不超过30％。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括0.5-2份、0.5-1份、1-1.5份、或1.5-2份硅微粉。所述硅微粉也称为石英粉、石英砂等，通常指一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分通常是SiO2。所述硅微粉在所述耐材浇注料中，通常可以起到与减水剂反应降低产品加水量、提高产品常温及中温强度的作用。所述硅微粉中SiO2含量通常可以≥92wt％，所述硅微粉的型号可以是硅微粉920μ。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括2.5-4.5份、2.5-3份、3-3.5份、3.5-4或4-4.5份微粒沥青。所述微粒沥青通常指球状沥青，所述球状沥青具有一定粒径的沥青固体颗粒。所述微粒沥青在所述耐材浇注料中，通常可以起到提供排气通道、碳化后能防止使用中产生过烧结现象延长使用寿命的作用。所述微粒沥青的固定碳含量通常>70wt％，粒径通常<1mm，且通常来说，粒径小于0.21mm的自然粒度筛分通过率不超过20％。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括0.05-0.25份、0.05-0.10份、0.10-0.15份、0.15-0.20、或0.20-0.25份分散剂，优选可以包括0.05-0.1份分散剂。所述分散剂通常是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。所述分散剂在所述耐材浇注料中，通常可以起到降低加水量、增加材料之间的合一性的作用。所述分散剂可以是聚丙烯酸钠等，所述聚丙烯酸钠的重均分子量通常可以为1000-1500。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括0.01-0.03份、0.01-0.015份、0.015-0.02份、0.02-0.025份、或0.025-0.03份减水剂。所述减水剂通常是一类在维持凝胶材料坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的外加剂，并提高产品强度及其耐冲刷能力。所述减水剂可以选自三聚磷酸钠等。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括0.02-0.06份、0.02-0.03份、0.03-0.04份、0.04-0.05份、或0.05-0.06份缓凝剂。所述缓凝剂通常是一类降低宁教材水化速度和水化热、延长凝结时间的外加剂，所述缓凝剂通常根据现场实际使用情况添加，防止产品硬化过程中开裂现象的发生。所述缓凝剂可以选自柠檬酸等。
本发明所提供的耐材浇注料中，按重量份计，可以包括2-10份、2-4份、4-6份、6-8份、或8-10份结合剂。所述结合剂是指配方组分中用于将各种粉料粘结的材料，所述结合剂可以使产品硬化，提供所需产品的强度，高铝含量的结合剂通常能保证产品的耐火度。所述结合剂通常可以为无机粘结剂，更具体可以选自铝酸盐水泥等，所述铝酸盐水泥通常是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50wt％的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料，所述铝酸盐水泥的铝含量通常>77wt％。
本发明第二方面提供本发明第一方面所提供的耐材浇注料的制备方法，本领域技术人员可选用合适方法，通过本发明第一方面所提供的耐材浇注料制备获得耐材浇注料。例如，所述制备方法可以包括：按本发明第一方面所提供的配方将各组分混炼，混炼时间可以为170-200s、170-180s、180-190s、或190-200s。
本发明第三方面提供本发明第一方面所提供的耐材浇注料作为高炉出铁沟耐火材料的用途。高炉出铁沟耐火材料通常需要具有耐火度高、耐冲刷、抗氧化性好、抗渣性好等特点。而本发明所提供的耐材浇注料在浇筑成耐材以后，同时具有高强度、耐侵蚀且使用寿命长等特点，从而可以作为高炉出铁沟耐火材料。
本发明第四方面提供一种耐材，由本发明第一方面所提供的耐材浇注料制备获得。本领域技术人员可选用合适方法，通过本发明第一方面所提供的耐材浇注料制备获得耐材，例如，可以将本发明第一方面所提供的耐材浇注料水硬化。在本发明一具体实施例中，所述制备方法可以包括：将本发明第一方面所提供的耐材浇注料与水混合，搅拌、振动成型。
本发明所提供的耐材浇注料充分回收利用了氧化铝瓷片，浇注料中氧化铝瓷片的掺入比例高达35-50wt％，并通过连续级配调整，有效替代棕刚玉等自然资源，大大降低了产品原材料的整体成本，并有效利用氧化铝瓷片组分特点，在取得了低成本、高强度、耐侵蚀、长寿命的出铁沟用耐火浇注料产品的同时，还为有效解决工业固废提供了有利途径，具有良好的产业化前景。
下面通过实施例对本申请的发明予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。
实施例1
实施例中各样品的原料配方比例如表1所示：
表1
原材料名称 样品1 样品2 样品3 对比例
棕刚玉(8-5mm) — — — 28
棕刚玉(5-3mm) — — — 15
氧化铝瓷片(8-5mm) 28 24 30 —
氧化铝瓷片(5-3mm) 15 13 16.5 —
白刚玉(3-1mm) 13.5 15 9.5 13.5
白刚玉(1-0mm) 9 9.5 6 9
氧化铝粉(800目) 5.3 4.8 8 5.3
氧化铝粉(2μm) 5 4.4 7 5
碳化硅97％(1-0mm) 3 3.5 1.6 3
碳化硅98％(325目) 14 15 10 14
微硅粉(920μ) 1.2 1.4 1.2 1.2
微粒沥青(<1mm) 3.4 3.9 2.5 3.4
聚丙烯酸钠 0.05 0.05 0.05 0.05
三聚磷酸钠 0.02 0.02 0.02 0.02
柠檬酸 0.03 0.03 0.03 0.03
纯铝酸盐水泥 2.5 5.4 9.6 2.5
耐材浇注料制备时，按照工艺流程在主控台设置配方，称量分散剂、减水剂、缓凝剂小料。启动计量设备，准确称量各物料至中间称量料仓后进入输送系统；由输送系统经提升料斗进入混炼机混炼，并由小料投放口投放小料进行混炼，混炼时间180秒；混炼后，由包装系统进行吨袋包装，码垛。
将样品1、样品2、样品3、对比例的体积密度、线变化率、抗折强度、抗压强度进行测量并比较。
表2
Figure BDA0002339239480000071
从结果看，使用回收氧化铝瓷片替代棕刚玉，性能指标均符合标准要求，并且强度指标更优。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种耐材浇注料，按重量份计，包括如下组分：
Figure FDA0002339239470000011
2.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述氧化铝瓷片为连续级配，粒径规格包括3-5mm和5-8mm，其中，氧化铝瓷片3-5mm和氧化铝瓷片5-8mm的重量比为1：1.8-1.9，所述氧化铝瓷片的自然粒度筛分通过率≥85wt％，所述氧化铝瓷片的Al2O3含量≥92wt％。
3.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述白刚玉为连续级配，粒径规格包括1-0mm和3-1mm，其中，白刚玉1-0mm和白刚玉3-1mm的重量比为1：1.4-1.6，所述白刚玉的自然粒度筛分通过率≥90wt％，所述白刚玉的Al2O3含量≥98wt％。
4.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述氧化铝粉包括第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉组分，所述第一氧化铝粉组分和第二氧化铝粉的重量比为1：0.85～0.95，所述第一氧化铝粉组分的粒径规格为10μm-18μm，所述第一氧化铝粉的Al2O3含量>98.5wt％，所述第二氧化铝粉组分的粒径规格为1.2-2μm，第二氧化铝粉组分的Al2O3含量>99wt％、Fe和Si含量≤0.05wt％。
5.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述碳化硅包括粉料碳化硅和骨料碳化硅，所述粉料碳化硅和骨料碳化硅的重量比为4-5:1，所述粉料碳化硅的粒径为200-325目，所述骨料碳化硅的粒径规格为1-0mm。
6.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述微硅粉的SiO2含量≥92wt％，所述硅微粉优选为硅微粉920μ；
和/或，所述微粒沥青的固定碳含量>70wt％，粒径<1mm，且粒径小于0.21mm的自然粒度筛分通过率不超过20％。
7.如权利要求1所述的耐材浇注料，其特征在于，所述分散剂选自聚丙烯酸钠；
和/或，所述减水剂选自三聚磷酸钠；
和/或，所述缓凝剂选自柠檬酸；
和/或，所述结合剂选自铝酸盐水泥，所述铝酸盐水泥的铝含量>77wt％。
8.如权利要求1～7任一权利要求所述的耐材浇注料的制备方法，包括：按配方将各组分混炼。
9.如权利要求1～7任一权利要求所述的耐材浇注料作为高炉出铁沟耐火材料的用途。
10.一种耐材，由权利要求1～7任一权利要求所述的耐材浇注料制备获得。
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