CN112341214B - 一种轻量矾土基浇注料及其制备方法 - Google Patents

一种轻量矾土基浇注料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。其技术方案是：以60～75wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8～12wt％的轻量矾土熟料细粉、2～8wt％的电熔镁砂细粉、2～8wt％的镁铝尖晶石微粉、6～12wt％的α‑Al2O3微粉和3～7wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和3～6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12～24小时，最后在110～200℃条件下保温12～36小时，制得轻量矾土基浇注料。本发明制备的轻量矾土基浇注料具有抗热震性能好、抗熔渣侵蚀能力强和使用寿命长的特点。

Description

一种轻量矾土基浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于矾土基浇注料技术领域。具体涉及一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。
背景技术
高温工业炉被广泛应用在钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力等各个领域的生产过程中，是高温工业生产的基础设备，也是主要的高耗能设备，高温工业炉每年的能源消耗约占工业能耗的六成左右。因此，实现高温工业炉的节能降耗是现代高温工业发展亟需解决的难题。
工作层耐火材料轻量化是高温工业炉节能减排的重要方向，开发可直接用于工作层的轻量耐火材料已成为本领域所关注的重要课题。矾土基浇注料是耐火材料的重要品种，被广泛地应用于高温炉衬。目前国内外针对矾土浇注料轻量化开展了一定的研究。常艳丽等(常艳丽,周宁生.轻烧铝矾土骨料对Al2O3-SiO2质超低水泥浇注料性能的影响[J].耐火材料,2014,48(001):13-17.)以轻烧铝矾土骨料取代特级矾土熟料，制备了矾土基浇注料；然而，所制备的矾土基浇注料显气孔率高且孔径较大，导致抗热震性能、抗熔渣侵蚀能力和使用寿命不佳。方义能等(方义能,王落霞,顾华志,等.不同轻质骨料对高铝浇注料性能的影响[J].耐火材料,2012,46(006):446-449.)以轻质高强微孔矾土骨料为原料制备了矾土基高铝浇注料；然而，材料的抗热震性能和抗熔渣侵蚀能力不佳，使用寿命短。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种抗热震性能好、抗熔渣侵蚀能力强和使用寿命长的轻量矾土基浇注料及其制备方法。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以60～75wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8～12wt％的轻量矾土熟料细粉、2～8wt％的电熔镁砂细粉、2～8wt％的镁铝尖晶石微粉、6～12wt％的α-Al2O3微粉和3～7wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和3～6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12～24小时，最后在110～200℃条件下保温12～36小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以89～97wt％的矾土生料微粉、1～9wt％的炭黑和0.1～4wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于100～200MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1550～1750℃和埋碳条件下保温3～8小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
所述轻量矾土熟料的体积密度为2.7～3.2g/cm3；轻量矾土熟料的平均孔径为100～500nm。
所述轻量矾土熟料颗粒的粒径为0.088～8mm，所述轻量矾土熟料细粉的粒径小于0.088mm。
所述电熔镁砂细粉的MgO含量>97wt％；电熔镁砂细粉的粒径小于74μm。
所述镁铝尖晶石微粉的Al2O3含量>72wt％；镁铝尖晶石微粉的粒径D50小于6μm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt％；α-Al2O3微粉的粒径D50小于3.5μm。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为70～80wt％，CaO含量为20～30wt％；纯铝酸钙水泥的粒径<0.088mm。
所述矾土生料微粉的Al2O3含量≥60wt％；矾土生料微粉的粒径D50为1～10μm。
所述炭黑的C含量≥99wt％；炭黑的粒径≤100nm。
所述草木灰的粒径≤10μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本发明在制备轻量矾土熟料过程中，其中的草木灰在热处理过程中分解为氧化钾和二氧化碳，氧化钾能够在高温下与矾土中的二氧化硅及其他杂质快速形成液相。由于炭黑的存在且处于埋碳环境，液相中的钾组分会转变为气态挥发，铁和硅会以小颗粒的形式析出。在铁的催化作用下，硅会与炭黑发生反应，原位生成碳化硅晶须。这些碳化硅晶须具有强韧化作用，能在轻量矾土基浇注料内部形成次界面阻碍裂纹扩展，使得裂纹发生桥联和偏转，因此，能显著提升轻量矾土基浇注料的抗热震性能。
(2)本发明引入轻量矾土熟料颗粒及细粉，轻量矾土熟料颗粒及细粉中的碳化硅晶须能阻碍熔渣的侵蚀和渗透，因此，能够提升轻量矾土基浇注料的抗熔渣侵蚀渗透能力。
(3)本发明所制备的轻量矾土基浇注料由于抗热震性能和抗熔渣侵蚀能力强，因此，能进一步提升轻量矾土基浇注料的使用寿命长。
本发明所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为35～45％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为8～25％，渗透指数为30～55％；应用于200t精炼钢包使用寿命为150～200次。
因此，本发明所制备的轻量矾土基浇注料具有抗热震性能好、抗熔渣侵蚀能力强和使用寿命长的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。以60～75wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8～12wt％的轻量矾土熟料细粉、2～8wt％的电熔镁砂细粉、2～8wt％的镁铝尖晶石微粉、6～12wt％的α-Al2O3微粉和3～7wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和3～6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12～24小时，最后在110～200℃条件下保温12～36小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以89～97wt％的矾土生料微粉、1～9wt％的炭黑和0.1～4wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于100～200MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1550～1750℃和埋碳条件下保温3～8小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本具体实施方式中：
所述轻量矾土熟料的体积密度为2.7～3.2g/cm3；轻量矾土熟料的平均孔径为100～500nm。
所述轻量矾土熟料颗粒的粒径为0.088～8mm，所述轻量矾土熟料细粉的粒径小于0.088mm。
所述电熔镁砂细粉的MgO含量>97wt％；电熔镁砂细粉的粒径小于74μm。
所述镁铝尖晶石微粉的Al2O3含量>72wt％；镁铝尖晶石微粉的粒径D50小于6μm。
所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt％；α-Al2O3微粉的粒径D50小于3.5μm。
所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为70～80wt％，CaO含量为20～30wt％；纯铝酸钙水泥的粒径<0.088mm。
所述矾土生料微粉的Al2O3含量≥60wt％；矾土生料微粉的粒径D50为1～10μm。
所述炭黑的C含量≥99wt％；炭黑的粒径≤100nm。
所述草木灰的粒径≤10μm。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以60wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以12wt％的轻量矾土熟料细粉、8wt％的电熔镁砂细粉、5wt％的镁铝尖晶石微粉、10wt％的α-Al2O3微粉和5wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和3wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12小时，最后在110℃条件下保温36小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以89wt％的矾土生料微粉、7wt％的炭黑和4wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于200MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在200℃条件下干燥12小时，在1550℃和埋碳条件下保温8小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为33％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为24％，渗透指数为55％；应用于200t精炼钢包使用寿命为150次。
实施例2
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以65wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以9wt％的轻量矾土熟料细粉、4wt％的电熔镁砂细粉、6wt％的镁铝尖晶石微粉、10wt％的α-Al2O3微粉和6wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和4wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护16小时，最后在200℃条件下保温12小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以90wt％的矾土生料微粉、9wt％的炭黑和1wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于160MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在160℃条件下干燥24小时，在1650℃和埋碳条件下保温6小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为37％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为19％，渗透指数为47％；应用于200t精炼钢包使用寿命为171次。
实施例3
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以61wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以10wt％的轻量矾土熟料细粉、6wt％的电熔镁砂细粉、8wt％的镁铝尖晶石微粉、12wt％的α-Al2O3微粉和3wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和4.5wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护18小时，最后在160℃条件下保温24小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以94wt％的矾土生料微粉、4wt％的炭黑和2wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于150MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在150℃条件下干燥18小时，在1600℃和埋碳条件下保温5小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为36％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为22％，渗透指数为52％；应用于200t精炼钢包使用寿命为157次。
实施例4
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以70wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8wt％的轻量矾土熟料细粉、8wt％的电熔镁砂细粉、2wt％的镁铝尖晶石微粉、8wt％的α-Al2O3微粉和4wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和5wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护20小时，最后在150℃条件下保温30小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以93wt％的矾土生料微粉、5wt％的炭黑和2wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于180MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在140℃条件下干燥24小时，在1550℃和埋碳条件下保温7小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为44％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为11％，渗透指数为40％；应用于200t精炼钢包使用寿命为186次。
实施例5
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以75wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8wt％的轻量矾土熟料细粉、2wt％的电熔镁砂细粉、2wt％的镁铝尖晶石微粉、6wt％的α-Al2O3微粉和7wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和5.5wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护22小时，最后在160℃条件下保温24小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以95wt％的矾土生料微粉、4.9wt％的炭黑和0.1wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于150MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在180℃条件下干燥16小时，在1700℃和埋碳条件下保温3小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为44％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为8％，渗透指数为32％；应用于200t精炼钢包使用寿命为198次。
实施例6
一种轻量矾土基浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以68wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以10wt％的轻量矾土熟料细粉、5wt％的电熔镁砂细粉、4wt％的镁铝尖晶石微粉、8wt％的α-Al2O3微粉和5wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再将混合后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护24小时，最后在200℃条件下保温12小时，制得轻量矾土基浇注料。
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以97wt％的矾土生料微粉、1wt％的炭黑和2wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于100MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在110℃条件下干燥36小时，在1750℃和埋碳条件下保温3小时，即得轻量矾土熟料。将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉。
本实施例所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为42％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为10％，渗透指数为42％；应用于200t精炼钢包使用寿命为182次。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
(1)本具体实施方式在制备轻量矾土熟料过程中，其中的草木灰在热处理过程中分解为氧化钾和二氧化碳，氧化钾能够在高温下与矾土中的二氧化硅及其他杂质快速形成液相。由于炭黑的存在且处于埋碳环境，液相中的钾组分会转变为气态挥发，铁和硅会以小颗粒的形式析出。在铁的催化作用下，硅会与炭黑发生反应，原位生成碳化硅晶须。这些碳化硅晶须具有强韧化作用，能在轻量矾土基浇注料内部形成次界面阻碍裂纹扩展，使得裂纹发生桥联和偏转，因此，能显著提升轻量矾土基浇注料的抗热震性能。
(2)本具体实施方式引入轻量矾土熟料颗粒及细粉，轻量矾土熟料颗粒及细粉中的碳化硅晶须能阻碍熔渣的侵蚀和渗透，因此，能够提升轻量矾土基浇注料的抗熔渣侵蚀渗透能力。
(3)本具体实施方式所制备的轻量矾土基浇注料由于抗热震性能和抗熔渣侵蚀能力强，因此，能进一步提升轻量矾土基浇注料的使用寿命长。
本具体实施方式所制备的轻量矾土基浇注料经检测：1100℃水冷五次后抗折强度保持率为35～45％；1600℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为8～25％，渗透指数为30～55％；应用于200t精炼钢包使用寿命为150～200次。
因此，本具体实施方式所制备的轻量矾土基浇注料具有抗热震性能好、抗熔渣侵蚀能力强和使用寿命长的特点。

Claims (9)

1.一种轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于：以60～75wt％的轻量矾土熟料颗粒为骨料，以8～12wt％的轻量矾土熟料细粉、2～8wt％的电熔镁砂细粉、2～8wt％的镁铝尖晶石微粉、6～12wt％的α-Al2O3微粉和3～7wt％的纯铝酸钙水泥为基质料；先将所述基质料混合，再加入所述骨料中，混合均匀，然后外加所述骨料与所述基质料之和3～6wt％的水，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护12～24小时，最后在110～200℃条件下保温12～36小时，制得轻量矾土基浇注料；
所述轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉的制备方法是：以89～97wt％的矾土生料微粉、1～9wt％的炭黑和0.1～4wt％的草木灰为原料；将所述原料置于行星球磨机中，混合均匀，于100～200MPa条件下机压成型，得到生坯；再将所述生坯在110～200℃条件下干燥12～36小时，在1550～1750℃和埋碳条件下保温3～8小时，即得轻量矾土熟料；将所述轻量矾土熟料破碎，筛分，得到轻量矾土熟料颗粒和轻量矾土熟料细粉；
所述轻量矾土熟料的体积密度为2.7～3.2g/cm3；平均孔径为100～500nm；
所述轻量矾土熟料颗粒的粒径为0.088～8mm，所述轻量矾土熟料细粉的粒径小于0.088mm。
2.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述电熔镁砂细粉的MgO含量>97wt％；电熔镁砂细粉的粒径小于74μm。
3.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述镁铝尖晶石微粉的Al2O3含量>72wt％；镁铝尖晶石微粉的粒径D50小于6μm。
4.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3微粉的Al2O3含量>99wt％；α-Al2O3微粉的粒径D50小于3.5μm。
5.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述纯铝酸钙水泥的Al2O3含量为70～80wt％，CaO含量为20～30wt％；纯铝酸钙水泥的粒径<0.088mm。
6.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述矾土生料微粉的Al2O3含量≥60wt％；矾土生料微粉的粒径D50为1～10μm。
7.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述炭黑的C含量≥99wt％；炭黑的粒径≤100nm。
8.根据权利要求1所述的轻量矾土基浇注料的制备方法，其特征在于所述草木灰的粒径≤10μm。
9.一种轻量矾土基浇注料，其特征在于所述轻量矾土基浇注料是根据权利要求1～8项中任一项所述的轻量矾土基浇注料的制备方法所制备的轻量矾土基浇注料。
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