CN111673902A - 一种高强耐磨铁沟料的制备方法及专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强耐磨铁沟料的制备方法及专用设备，属于铁沟料生产技术领域。采用本发明混料机，将干湿原料加入干、湿预混室，搅拌1～2h，预混结束后干湿原料进入混料室，继续搅拌，均匀后浇注成型；成型后的坯体在110℃干燥10～24h，在1450～1550℃条件下烧成，保温1～6h，即得到该铁沟料；原料由以下重量份数组分组成：56～64份矾土骨料，19～33份碳化硅，4～10份α‑氧化铝微粉，2～6份叶腊石和2～4份纯铝酸钙水泥；添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。本发明工艺简单和成本低廉，所制备的高强耐磨铁沟料强度高和耐磨性好。

Description

一种高强耐磨铁沟料的制备方法及专用设备
技术领域
本发明属于铁沟料生产技术领域，具体涉及一种高强耐磨铁沟料的制备方法及专用设备。
背景技术
高炉出铁沟作为运输通道将铁水及熔渣输送至容器中。在此过程出铁沟用耐火材料周期性的受到铁水和熔渣的侵蚀及磨损且长期承受反复的冷热交替作用，致使材料易于开裂和损坏，因而严重的影响铁水的品质和性能。造成这种现象的主要原因是出铁沟用耐火材料强度低、耐磨性及抗侵蚀性差。
与此同时，随着钢铁产量的飞速发展，高炉逐步向大型化转变并呈现出铁水流速快、出铁量大、铁水温度高等特点，进而加速了出铁沟用耐火材料的损坏速度。因此，提升铁沟料的性能已成为亟待解决的问题。
一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法(CN103011868A)公开了一种以电熔棕刚玉颗粒、碳化硅颗粒、碳化硅细粉、α-Al2O3微粉、二氧化硅微粉、金属抗氧化剂、分散剂和铝酸钙水泥为原料，并外加金属催化剂，干混均匀，制得Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。该方法在一定程度上提高铁沟料的高温强度和热震稳定性。但其主要缺陷是：(1)铁沟料中的孔隙并未得到良好的填充导致耐磨性和抗侵蚀性显著降低。(2)原料种类繁多致使生产成本增加。一种再生铁沟料(CN105218119A)公开了一种以刚玉、高铝矾土和碳素材料的滑板磨削废料为主要原料制备出成本低的铁沟浇注料。该方法在一定程度上节约资源并减少环境污染。但其主要缺陷是：(1)滑板磨削废料中杂质含量高严重影响铁沟料的性能；(2)致密化程度较低不利于铁沟料的耐磨和抗铁水侵蚀。Sialon-TiNC复相材料在高炉出铁沟耐火材料中的应用研究(炼钢，2011，30(6))公开了采用叶腊石、金红石和焦炭制备Sialon-TiNC复相材料替代刚玉和碳化硅制备高炉出铁沟耐火材料，该方法一定程度上提升了耐火材料的抗冲刷能力、并且造价较为低廉。但其主要缺陷为：(1)其工艺极为复杂：将钛白粉、叶腊石按一定配比并外加焦炭经6小时湿法球磨、烘干、研磨等工艺制备粉体，再将粉体压制成圆坯经干燥、氮化烧成制备Sialon-TiNC粉体。(2)所制备Sialon-TiNC复合分析其机械强度和抗侵蚀性能较刚玉和碳化硅存在显著的差距。(3)并未利用叶腊石原位分解反应生成的液相及莫来石纤维对材料的耐磨性能进行提升。一种含有叶腊石的钢包沿防粘渣浇注料(CN103601511A)公开了以50～70％的高铝矾土熟料骨料、5～15％叶腊石骨料、5～15％的叶腊石细粉、7～11％的高铝矾土熟料粉、4～8％的普通硅灰、5～8％的高铝水泥为原料制备钢包沿防粘渣浇注料。该方法在一定程度上通过叶腊石原位分解机制提升了材料致密性且改善钢包沿的防粘渣性。但其主要缺陷为：(1)叶腊石加入量过多，导致在高温条件下生成大量的熔融液相，显著降低材料的高温强度和稳定性能。(2)熔融液相与高铝矾土反应生成大量的二次莫来石产生体积膨胀导致基体开裂的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种高强耐磨铁沟料，该铁沟料具有耐磨性好且热震稳定性能优异的特点。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种高强耐磨铁沟料的制备方法，该制备方法采用干湿原料分别先进行预混，再进行混合的方式，使原料混合更加充分，效率更高。本发明要解决的技术问题还有一个是提供一种制备高强耐磨铁沟料用混料机，该混料机设置原料的预混室，将干、湿物料的预混分开进行，然后再进行干湿混匀，可以实现物料的充分混合，提高了物料的混匀程度。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高强耐磨铁沟料的制备方法，先将干湿原料分加入干预混室和湿预混室中，搅拌1～2h，预混结束后撤掉挡板，干湿原料进入混料室，继续搅拌，混匀后浇注成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥10～24h，然后在1450～1550℃条件下烧成，保温1～6h，即得到高强耐磨铁沟料；所述原料由以下重量份数组分组成：56～64份矾土骨料，19～33份碳化硅，4～10份α-氧化铝微粉，2～6份叶腊石和2～4份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，56～59份矾土骨料，27～33份碳化硅，4～6份α-氧化铝微粉，2～3份叶腊石和3～4份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，59～62份矾土骨料，22～27份碳化硅，6～8份α-氧化铝微粉，3～5份叶腊石和2.5～3份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，62～64份矾土骨料，9～22份碳化硅，8～10份α-氧化铝微粉，5～6份叶腊石和2～2.5份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述矾土骨料中Al2O3≥87wt.％；所述矾土骨料级配是：粒径为5～8mm占矾土骨料30％～35％，粒径为3～5mm占矾土骨料27％～33％，粒径为1～3mm占矾土骨料35％～40％。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述碳化硅中SiC≥97wt.％；所述碳化硅颗粒级配是：粒径为0～1mm占碳化硅42％～57％，粒径为0.075mm占碳化硅22％～35％，粒径为0.044mm占碳化硅20％～24％。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述叶腊石的化学成分中SiO2占60～70wt.％，Al2O3占23～30wt.％，Fe2O3占1～3wt.％，CaO+MgO占0.5～1.0wt.％，烧失为3～5wt.％；所述叶蜡石粒径≤0.5mm。
所述高强耐磨铁沟料的制备方法，所述α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm；所述硅微粉的粒径≤0.045mm；所述球状沥青的粒径≤0.1mm。
上述高强耐磨铁沟料的制备方法制备得到的高强耐磨铁沟料。
一种制备高强耐磨铁沟料用混料机，包括干料预混室、湿料预混室和混料室，所述干料预混室和湿料预混室设于混料室上方；所述干料预混室和湿料预混室的上部设有进料口；所述混料室为锥形结构，上端开口大，下端开口小；所述混料室的底部设有放料口和支座；所述混料室中设有第一搅拌装置，所述干料预混室和湿料预混室中设有结构相同的第二搅拌装置；所述第一搅拌装置包括第一伺服电机、第一支撑杆和第一搅拌桨，所述第一伺服电机与第一支撑杆连接，所述第一支撑杆设于混料室内，所述第一支撑杆上设有第一搅拌桨；所述第二搅拌装置包括第二支撑杆、第二伺服电机、第二搅拌桨、第一横杆、第一铰刀和第二铰刀，所述第二支撑杆设于干料预混室和湿料预混室内，所述第二伺服电机与第二支撑杆连接，所述第二支撑杆上设有第二搅拌桨；所述第一横杆设于第二搅支撑上，所述第一铰刀通过连接杆固定设于第一横杆上，所述第二铰刀设于第二支撑杆的底部；预混室和混料室之间设有挡板，所述挡板通过挡板固定结构设于第一支撑杆上，所述挡板固定结构为设于第一支撑杆上部的凹槽，所述挡板设于凹槽内；所述挡板的端部设有把手。
有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明采用叶腊石作为添加剂加入铁沟料中，通过其高温条件下分解生成莫来石晶须和熔融石英相可有效的填充铁沟料内部孔隙，提升材料的强度及耐磨性。另外，原位生成的莫来石晶须具有耐侵蚀、高模量、耐高温和抗氧化等特性，对抑制基体中裂纹的扩散起到良好的效果。另外，由于莫来石纤维在基体中产生的界面脱粘效应及纤维拔出效应等对铁沟料起到了增韧补强作用。
(2)本发明制备的高强耐磨铁沟料制品干燥后体积密度为3.00～3.10g/cm3，常温抗折强度为15～18MPa，经1400℃热处理后试样体积密度为2.95～3.07g/cm3，抗折强度为20～25MPa，五次热震实验(水冷)后的抗折强度保持率高达67％。
(3)本发明具有成本低和工艺简单的特点，所制备的高强耐磨铁沟料具有强度高和耐磨性好等优点。
(4)本发明混料机设置了物料的预混室，并且将干、湿物料的预混分开进行，然后再进行干湿混匀，可以实现物料的充分混合，提高了物料的混匀程度。第二搅拌装置中除了搅拌桨可以提高搅拌的效果，另外该设有了第一铰刀和第二铰刀，铰刀的结构可以将粘附在预混室内壁上的物料及时进行清理，更进一步的提高了搅拌的效果。
附图说明
图1为制备高强耐磨铁沟料用混料机的结构示意图；
图2为图1中A结构的放大图；
图3为第二搅拌装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明用原料的规格为：矾土骨料的主要化学成分为：Al2O3≥87wt.％；矾土骨料级配是：粒径为5～8mm占矾土骨料30％～35％，粒径为3～5mm占矾土骨料27％～33％，粒径为1～3mm占矾土骨料35％～40％。
碳化硅的主要化学成分为：SiC≥97wt.％；碳化硅颗粒级配是：粒径为0～1mm占碳化硅42％～57％，粒径为0.075mm占碳化硅22％～35％，粒径为0.044mm占碳化硅20％～24％。
α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm。
叶腊石的主要化学成分为：SiO2为60～70wt.％，Al2O3为23～30wt.％，Fe2O3为1～3wt.％，CaO+MgO为0.5～1.0wt.％，烧失为3～5wt.％；叶蜡石粒径≤0.5mm。
硅微粉的粒径≤0.045mm，球状沥青的粒径≤0.1mm。
一种制备高强耐磨铁沟料用混料机，包括干料预混室1、湿料预混室2和混料室3，干料预混室1和湿料预混室2设于混料室3上方；干料预混室1和湿料预混室2的上部设有进料口；干料预混室1和混料室3之间、湿料预混室2和混料室3之间均设有挡板9，挡板9通过挡板固定结构A设于第一支撑杆7上，挡板固定结构A为设于第一支撑杆7上部的凹槽，挡板9设于于凹槽内，挡板9的端部设有把手10；预混室工作时，将挡板9卡合在第一支撑杆1的凹槽中，将挡板9固定在预混室的下部，当预混室工作完成之后，工作人员握住把手拉出挡板9，预混室中的干湿物料进入混料室中，结构简单，操作方便，节约设备成本。
混料室3为锥形结构，上端开口大，下端开口小，混料室3的底部设有放料口5和支座4。混料室3中设有第一搅拌装置，第一搅拌装置包括第一伺服电机6、第一支撑杆7和第一搅拌桨8，第一伺服电机6与第一支撑杆7连接，第一支撑杆7设于混料室3内，第一支撑杆7上设有第一搅拌桨8；混料室3的锥形结构可以有效提高干湿物料的混匀程度，提高效率。
干料预混室1和湿料预混室2中设有结构相同的第二搅拌装置；第二搅拌装置包括第二支撑杆11、第二伺服电机12、第二搅拌桨13、第一横杆、第一铰刀14和第二铰刀15，第二支撑杆11设于干料预混室1和湿料预混室2内，第二伺服电机12与第二支撑杆11连接，第二支撑杆11上设有第二搅拌桨13；第一横杆设于第二支撑杆11上，第一铰刀通过连接杆设于第一横杆上；第二铰刀设于第二支撑杆11的底部。混料机第二搅拌装置中除了搅拌桨可以提高搅拌的效果，另外还设置了第一铰刀和第二铰刀，铰刀的结构可以将粘附在预混室内壁上的物料及时进行清理，更进一步的提高了搅拌的效果。预混室的设置的作用是将干、湿物料的预混分开进行，然后再进行干湿混匀，可以实现物料的充分混合，提高了物料的混匀程度。
实施例1
一种高强耐磨铁沟料的制备方法，采用上述制备高强耐磨铁沟料用混料机，先将干湿物料分装入干预混室和湿预混室中，搅拌混匀1.5h，预混结束后撤掉挡板，干湿物料进入混料室，继续搅拌均匀，浇注成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥18h，然后在1550℃条件下烧成，保温2h，即得到高强耐磨铁沟料；上述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，56～59份矾土骨料，27～33份碳化硅，4～6份α-氧化铝微粉，2～3份叶腊石和3～4份纯铝酸钙水泥；添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
本实施例1所制备的高强耐磨铁沟料制品干燥后体积密度为3.00～3.03g/cm3，常温抗折强度为15～16MPa，经1400℃热处理后试样体积密度为2.95～3.01g/cm3，抗折强度为20～22MPa，五次热震实验(水冷)后的抗折强度保持率高达67％。
实施例2
一种高强耐磨铁沟的制备方法，采用上述制备高强耐磨铁沟料用混料机，先将干湿物料分装入干预混室和湿预混室中，搅拌混匀2h，预混结束后撤掉挡板，干湿物料进入混料室，继续搅拌均匀，浇注成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥22h，然后在1450℃条件下烧成，保温4h，即得到高强耐磨铁沟料；上述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，59～62份矾土骨料，22～27份碳化硅，6～8份α-氧化铝微粉，3～5份叶腊石和2.5～3份纯铝酸钙水泥；添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
本实施例2所制备的高强耐磨铁沟料制品干燥后体积密度为3.03～3.07g/cm3，常温抗折强度为16～17MPa，经1400℃热处理后试样体积密度为3.01～3.03g/cm3，抗折强度为22～24MPa，五次热震实验(水冷)后的抗折强度保持率高达67％。
实施例3
一种高强耐磨铁沟的制备方法，采用上述制备高强耐磨铁沟料用混料机，先将干湿物料分装入干预混室和湿预混室中，搅拌混匀1h，预混结束后撤掉挡板，干湿物料进入混料室，继续搅拌均匀，浇注成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥12h，然后在1550℃条件下烧成，保温6h，即得到高强耐磨铁沟料；上述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，62～64份矾土骨料，19～22份碳化硅，8～10份α-氧化铝微粉，5～6份叶腊石和2～2.5份纯铝酸钙水泥；添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
本实施例3所制备的高强耐磨铁沟料制品干燥后体积密度为3.07～3.10g/cm3，常温抗折强度为17～18MPa，经1400℃热处理后试样体积密度为3.03～3.07g/cm3，抗折强度为24～25MPa，五次热震实验(水冷)后的抗折强度保持率高达67％。
从以上实验结果可知，本发明采用叶腊石作为添加剂加入铁沟料中，通过其高温条件下分解生成莫来石晶须和熔融石英相可有效的填充铁沟料内部孔隙促进了材料的致密化，进而提升材料的强度及耐磨性。另外，原位生成的莫来石晶须具有耐侵蚀、高模量、耐高温和抗氧化等特性，对抑制基体中裂纹的扩散起到良好的效果。另外，由于莫来石纤维在基体中产生的界面脱粘效应及纤维拔出效应进而显著提高了铁沟料的抗折强度。因此采用叶腊石作为添加剂加入铁沟料中对铁沟料起到了增韧补强作用。
本发明制备的高强耐磨铁沟料制品干燥后体积密度为3.00～3.10g/cm3，常温抗折强度为15～18MPa，经1400℃热处理后试样体积密度为2.95～3.07g/cm3，抗折强度为20～25MPa，五次热震实验(水冷)后的抗折强度保持率高达67％。
因此，本发明具有成本低和工艺简单的特点，所制备的高强耐磨铁沟料具有强度高和耐磨性好等优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，先将干湿原料分别加入干预混室和湿预混室中，搅拌1～2h，预混结束后撤掉挡板，干湿原料进入混料室，继续搅拌，混匀后浇注成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥10～24h，然后在1450～1550℃条件下烧成，保温1～6h，即得到高强耐磨铁沟料；所述原料由以下重量份数组分组成：56～64份矾土骨料，19～33份碳化硅，4～10份α-氧化铝微粉，2～6份叶腊石和2～4份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
2.根据权利要求1所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，56～59份矾土骨料，27～33份碳化硅，4～6份α-氧化铝微粉，2～3份叶腊石和3～4份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
3.根据权利要求1所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，59～62份矾土骨料，22～27份碳化硅，6～8份α-氧化铝微粉，3～5份叶腊石和2.5～3份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
4.根据权利要求1所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述原料由以下重量份数组分组成：添加剂，62～64份矾土骨料，19～22份碳化硅，8～10份α-氧化铝微粉，5～6份叶腊石和2～2.5份纯铝酸钙水泥；所述添加剂由0.6～1.2份硅微粉、0.5～2.5份球状沥青和0.06～0.16份减水剂组成。
5.根据权利要求1～4任一所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述矾土骨料中Al2O3≥87wt.％；所述矾土骨料级配是：粒径为5～8mm占矾土骨料30％～35％，粒径为3～5mm占矾土骨料27％～33％，粒径为1～3mm占矾土骨料35％～40％。
6.根据权利要求1～4任一所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述碳化硅中SiC≥97wt.％；所述碳化硅颗粒级配是：粒径为0～1mm占碳化硅42％～57％，粒径为0.075mm占碳化硅22％～35％，粒径为0.044mm占碳化硅20％～24％。
7.根据权利要求1～4任一所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述叶腊石中SiO2占60～70wt.％，Al2O3占23～30wt.％，Fe2O3占1～3wt.％，CaO+MgO占0.5～1.0wt.％，烧失为3～5wt.％；所述叶蜡石粒径≤0.5mm。
8.根据权利要求1～4任一所述高强耐磨铁沟料的制备方法，其特征在于，所述α-氧化铝微粉粒径≤0.005mm；所述硅微粉的粒径≤0.045mm；所述球状沥青的粒径≤0.1mm。
9.权利要求1所述高强耐磨铁沟料的制备方法制备得到的高强耐磨铁沟料。
10.一种制备高强耐磨铁沟料用混料机，其特征在于，包括干料预混室(1)、湿料预混室(2)和混料室(3)，所述干料预混室(1)和湿料预混室(2)设于混料室(3)上方；所述干料预混室(1)和湿料预混室(2)的上部设有进料口；所述混料室(3)为锥形结构，上端开口大，下端开口小；所述混料室(3)的底部设有放料口(5)和支座(4)；所述混料室(3)中设有第一搅拌装置，所述干料预混室(1)和湿料预混室(2)中设有结构相同的第二搅拌装置；所述第一搅拌装置包括第一伺服电机(6)、第一支撑杆(7)和第一搅拌桨(8)，所述第一伺服电机(6)与第一支撑杆(7)连接，所述第一支撑杆(7)设于混料室(3)内，所述第一支撑杆(7)上设有第一搅拌桨(8)；所述第二搅拌装置包括第二支撑杆(11)、第二伺服电机(12)、第二搅拌桨(13)、第一横杆、第一铰刀(14)和第二铰刀(15)，所述第二支撑杆(11)设于干料预混室(1)和湿料预混室(2)内，所述第二伺服电机(12)与第二支撑杆(11)连接，所述第二支撑杆(11)上设有第二搅拌桨(13)；所述第一横杆设于第二支撑杆(11)上，所述第一铰刀(14)通过连接杆固定设于第一横杆上，所述第二铰刀(15)设于第二支撑杆(11)的底部；预混室和混料室(3)之间设有挡板(9)，所述挡板(9)通过挡板固定结构(A)设于第一支撑杆(7)上，所述挡板固定结构(A)为设于第一支撑杆(7)上部的凹槽，所述挡板(9)设于凹槽内；所述挡板(9)的端部设有把手(10)。
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