CN111848143A - 一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高热态强度的氧化铝‑碳化硅‑炭质浇注料。其技术方案是：所述氧化铝‑碳化硅‑炭质浇注料的组分及其含量是：致密刚玉骨料为58～62wt％；碳化硅颗粒为6～10wt％；球沥青为2～3wt％；氧化铝微粉为4～10wt％；二氧化硅微粉为4～5wt％；碳化硅粉为7～10wt％；硅粉为1～1.5wt％；致密刚玉细粉为6～9wt％；聚丙烯酸为0.1～0.2wt％。按所述组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3～3.3wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃条件下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝‑碳化硅‑炭质浇注料。本发明具有热态强度高、致密度高和体积稳定性好的特点。

Description

一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料
技术领域
本发明属于氧化铝-碳化硅-炭质浇注料技术领域。具体涉及一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。
背景技术
目前，国内高炉出铁场大多使用氧化铝-碳化硅-炭质耐火浇注料，这类浇注料主要使用在出铁场铁沟部位。铁沟在运行过程中，长期受到1450℃以上铁水和熔渣的强烈冲刷与溶蚀，铁沟浇注料的服役环境极为苛刻，而热态强度是最能反映氧化铝-碳化硅-炭质浇注料在这种高温冲刷下材料应用性能的重要指标。
铁沟浇注料的结合性能直接影响材料的热态强度。针对铁沟浇注料的结合体系研究，国内外大多采用水泥作为结合剂，这主要由于水泥结合的铁沟浇注料具有优良的常温强度，施工也较为方便；然而铁沟浇注料体系中即使选用高档优质的耐火原料，也无法避免因水泥引入而生成钙长石等低熔点物相，恶化了材料的高温性能，从而严重制约了氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的热态强度。
此外，国内外技术人员为达到氧化铝-碳化硅-炭质铁沟浇注料无水泥化的目的，主要是采用硅溶胶或者水硬性氧化铝来替代水泥，提供铁沟浇注料的早期强度。然而，硅溶胶因其自身无法克服的缺点(如施工性能较差、冬季结冰失效、含水量高等)，使用效果相比水泥结合铁沟浇注料无显著优势，而且对铁沟浇注料热态强度的提高亦不明显。水硬性氧化铝作为结合剂，在铁沟浇注料中替代水泥结合，不但结合强度较低，且水硬性氧化铝的稳定性较差，尤其水化速率受外界温度波动的影响极其敏感，同时中温条件下(800～1100℃)失去结晶水的过程会产生大量的微裂纹，使材料的结构致密程度降低。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料热态强度高、致密度高和体积稳定性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure BDA0002605663070000011
Figure BDA0002605663070000021
所述致密刚玉骨料的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉骨料的粒径为1～8mm。
所述碳化硅颗粒的化学成分是：SiC含量≥98.5％，Fe2O3＜0.3wt％；所述碳化硅颗粒的粒度为0.1～1mm。
所述球沥青的粒度≤1.5mm。
所述氧化铝微粉的化学成分是：Al2O3＞99.5wt％，Na2O＜0.1wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤2μm。
所述二氧化硅微粉的SiO2＞99wt％，所述二氧化硅微粉的体积平均粒径≤0.3μm。
所述碳化硅粉的SiC含量≥98％；所述碳化硅粉的粒度≤74μm。
所述硅粉的Si含量＞98.5％；所述硅粉的粒度≤45μm。
所述致密刚玉细粉的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉细粉的粒度为≤74μm。
按所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3～3.3wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃条件下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料(以下称氧化铝-碳化硅-炭质浇注料)。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比的有积极效果是：
(1)本发明采用二氧化硅微粉为主结合剂，氧化铝微粉作为助结合剂及促凝剂，减少了浇注料的加水量，一方面减少了高温服役环境下材料体系中水分逸出所产生的孔隙，致密度高和体积稳定性好；另一方面也避免了低熔点物相的形成而损害氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的热态强度，热态强度高。
(2)本发明通过二氧化硅微粉、氧化铝微粉的粒级匹配，增强了氧化铝-碳化硅-炭质浇注料基质中粉料的直接结合，有利于材料服役初期形成大量针状莫来石，进而穿插填充基质细粉料的空隙，进一步提高了氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的热态强度。
本发明制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经1450℃×3h埋碳烧后测定：体积密度为3.00～3.04g/cm3；1400℃抗折强度为12.0～18.8MPa，1450℃×3h烧后常温抗折强度为13.5～17.8MPa。
因此，本发明制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料具有热态强度高、致密度高和体积稳定性好的特点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施方式进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的化学组分统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述致密刚玉骨料的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉骨料的粒径为1～8mm。
所述碳化硅颗粒的化学成分是：SiC含量≥98.5％，Fe2O3＜0.3wt％；所述碳化硅颗粒的粒度为0.1～1mm。
所述球沥青的粒度≤1.5mm。
所述氧化铝微粉的化学成分是：Al2O3＞99.5wt％，Na2O＜0.1wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤2μm。
所述二氧化硅微粉的SiO2＞99wt％，所述二氧化硅微粉的体积平均粒径≤0.3μm。
所述碳化硅粉的SiC含量≥98％；所述碳化硅粉的粒度≤74μm。
所述硅粉的Si含量＞98.5％；所述硅粉的粒度≤45μm。
所述致密刚玉细粉的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉细粉的粒度为≤74μm。
实施例1
一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure BDA0002605663070000031
按所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3.2wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。
本实施例制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经性能检测，结果如表1所示(检测结果为3次平均检测结果，下同)。
表1实施例1制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的性能检测结果
Figure BDA0002605663070000041
实施例2
一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure BDA0002605663070000042
按所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3.1wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。
本实施例制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经性能检测，结果如表2所示。
表2实施例2制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的性能检测结果
Figure BDA0002605663070000051
实施例3
一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure BDA0002605663070000052
按所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3.0wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。
本实施例制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经性能检测，结果如表3所示。
表3实施例3制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的性能检测结果
Figure BDA0002605663070000053
Figure BDA0002605663070000061
实施例4
一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure BDA0002605663070000062
按所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量配料，混合；再加入各组分总质量3.3wt％的水，搅拌均匀，振动成型，自然干燥24h，在110℃下热处理24h，制得高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料。
本实施例制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经性能检测，结果如表4所示。
表4实施例4制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的性能检测结果
Figure BDA0002605663070000063
本具体实施方式与现有技术相比的有积极效果是：
(1)本具体实施方式采用二氧化硅微粉为主结合剂，氧化铝微粉作为助结合剂及促凝剂，减少了浇注料的加水量，一方面减少了高温服役环境下材料体系中水分逸出所产生的孔隙，致密度高和体积稳定性好；另一方面也避免了低熔点物相的形成而损害氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的热态强度，热态强度高。
(2)本具体实施方式通过二氧化硅微粉、氧化铝微粉的粒级匹配，增强了氧化铝-碳化硅-炭质浇注料基质中粉料的直接结合，有利于材料服役初期形成大量针状莫来石，进而穿插填充基质细粉料的空隙，进一步提高了氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的热态强度。
本具体实施方式制备的高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料经1450℃×3h埋碳烧后测定：体积密度为3.00～3.04g/cm3；1400℃抗折强度为12.0～18.8MPa，1450℃×3h烧后常温抗折强度为13.5～17.8MPa。
因此，本具体实施方式制备的所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料具有热态强度高、致密度高和体积稳定性好的特点。

Claims (9)

1.一种高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述氧化铝-碳化硅-炭质浇注料的组分及其含量是：
Figure FDA0002605663060000011
2.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述致密刚玉骨料的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉骨料的粒径为1～8mm。
3.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述碳化硅颗粒的化学成分是：SiC含量≥98.5％，Fe2O3＜0.3wt％；所述碳化硅颗粒的粒度为0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述球沥青的粒度≤1.5mm。
5.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述氧化铝微粉的化学成分是：Al2O3＞99.5wt％，Na2O＜0.1wt％；所述氧化铝微粉的粒度≤2μm。
6.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述二氧化硅微粉的SiO2＞99wt％，所述二氧化硅微粉的体积平均粒径≤0.3μm。
7.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述碳化硅粉的SiC含量≥98％；所述碳化硅粉的粒度≤74μm。
8.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述硅粉的Si含量＞98.5％；所述硅粉的粒度≤45μm。
9.根据权利要求1所述高热态强度的氧化铝-碳化硅-炭质浇注料，其特征在于所述致密刚玉细粉的化学成分是：Al2O3＞98.5wt％，Fe2O3＜0.2wt％；所述致密刚玉细粉的粒度为≤74μm。
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