CN112679218A - 一种钢铁冶炼用耐火材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述耐火材料的原材料按重量份计，包括：60‑70份铸石粉、40‑45份石英粉、35‑45份铝矾土、30‑40份水镁石粉、30‑35份粉状活性炭、20‑25份火山石粉、20‑25份石棉粉、5‑8份碳酸氢钠粉、10‑15份结合剂。本发明制备的钢铁冶炼用耐火材料使用温度范围宽，抗热震性能好，能够避免耐火材料受炉渣的侵蚀，同时也避免耐火材料与CO、SO2、CO2、CH4、H2O以及金属中可挥发的氧化物及盐类发生反应。

Description

一种钢铁冶炼用耐火材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其是涉及一种钢铁冶炼用耐火材料。

背景技术

耐火材料与钢铁冶金过程有密切关系，相互依存，相互促进，共同发展。从100多年的钢铁冶炼发展过程来看，每一次重大变革都与耐火材料新品种的开发有关。如白云石耐火材料的开发成功促进了碱性空气转炉的发展。近年来，钢铁冶炼方面如大型高炉高风温热风炉、复吹氧气转炉、铁水预处理、炉外精炼及连续铸钢等采用的新技术，都依赖于优质高效耐火材料的开发。

但是，现有的耐火材料在钢铁冶炼中还存在使用温度范围较窄；抗热震性能差，炉衬耐火材料易出现裂纹及断裂；易受炉渣的侵蚀、易与CO、SO2、CO2、CH4、H2O以及金属中可挥发的氧化物及盐类发生反应；不能在降低显气孔率的同时降低热导率等缺点。

专利CN102898168B公开了铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料，其原料组成为：5-1mm的镁砂、5-1mm的铬矿、1-0.01mm的铬精矿、d90<0.088mm的镁铝尖晶石、d95<0.020mm的α-氧化铝微粉、d90<0.088mm的镁砂细粉、硅微粉、铝酸盐水泥、减水剂和硼酸。但是该专利制备的铜冶炼中间包用复合镁铝铬耐火浇注料仍易与CO、SO2、CO2、CH4、H2O以及金属中可挥发的氧化物及盐类发生反应，导致在使用中耐火性能下降。

专利CN109608215A公开了一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉底位置，所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石和结合剂，具体的重量份数为：铝铬共熔体60-70份；铝镁尖晶石15-25份；铁铝尖晶石5-15份；结合剂5-6份。但是该有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料的使用温度范围较窄，限制了该耐火材料的使用范围。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种钢铁冶炼用耐火材料，以增大使用温度范围，提高抗热震性能，在降低显气孔率的同时降低热导率，还能避免耐火材料受炉渣的侵蚀，同时也避免耐火材料与CO、SO2、CO2、CH4、H2O以及金属中可挥发的氧化物及盐类发生反应。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种钢铁冶炼用耐火材料的原材料，按重量份计，包括：60-70份铸石粉、40-45份石英粉、35-45份铝矾土、30-40份水镁石粉、30-35份粉状活性炭、20-25份火山石粉、20-25份石棉粉、5-8份碳酸氢钠粉、10-15份结合剂。

所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

所述石棉粉的粒径为3-5mm。

所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为7-9：10-13：5-7：5-7：50-60。

一种钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，具体为：先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混6-10min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼12-15min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-20℃到-15℃下冷冻5-7小时后升温至35-40℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-30℃到-25℃下冷冻20-25h，再于200-300℃下烘干5-6h，然后再于500-600℃保温10-12h，得到钢铁冶炼用耐火材料。

本实施例所制备的耐火材料的体积密度为3.4-3.6g/cm3，显气孔率为11-13%，常温耐压强度为180-200MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为17-20MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0-0.3%，抗热震性[1100℃×水冷]为90-95次，荷重软化温度为1800-1880℃，热导率为3-5W/m·℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在耐火材料的制备过程中对原材料进行冷冻处理，提高了耐火材料的荷重软化温度，本发明中耐火材料的荷重软化温度可达到1800-1880℃；

（2）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在结合剂中加入了β-环糊精，提高了抗热震性能，本发明中耐火材料的抗热震性[1100℃×水冷]可达到90-95次。

（3）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在耐火材料的制备中加入粉状活性炭和石棉粉，同时在制备过程中进行冷冻处理，在降低显气孔率的同时降低热导率；

（4）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在耐火材料的制备中加入石英粉，可以保护耐火材料不易受炉渣的侵蚀；

（5）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在耐火材料的制备中加入粉状活性炭和石棉粉，提高了耐火材料的稳定性，使本发明的耐火材料不易与CO、SO2、CO2、CH4、H2O以及金属中可挥发的氧化物及盐类发生反应；

（6）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，通过在耐火材料的制备过程中对原材料进行冷冻处理，降低了耐火材料的显气孔率，根据GB2997标准，本发明中耐火材料的显气孔率为11-13%。

（7）采用本发明的制备方法制备的钢铁冶炼用耐火材料，体积密度为3.4-3.6g/cm3，常温耐压强度为180-200MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为17-20MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0-0.3%。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。

实施例1

一种钢铁冶炼用耐火材料的原材料，按重量份计，包括：60份铸石粉、40份石英粉、35份铝矾土、30份水镁石粉、30份粉状活性炭、20份火山石粉、20份石棉粉、5份碳酸氢钠粉、10份结合剂。

所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

所述石棉粉的粒径为3-5mm。

所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为7：10：5：5：50。

一种钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，具体为：先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混6min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼12min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-20℃下冷冻5小时后升温至35℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-30℃下冷冻20h，再于200℃下烘干5h，然后再于500-600℃保温10h，得到钢铁冶炼用耐火材料。

本实施例所制备的耐火材料的体积密度为3.4g/cm3，显气孔率为12%，常温耐压强度为180MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为17MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0.2%，抗热震性[1100℃×水冷]为90次，荷重软化温度为1820℃，热导率为4.8W/m·℃。

实施例2：

一种钢铁冶炼用耐火材料的原材料，按重量份计，包括：62份铸石粉、42份石英粉、37份铝矾土、32份水镁石粉、32份粉状活性炭、21份火山石粉、22份石棉粉、6份碳酸氢钠粉、11份结合剂。

所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

所述石棉粉的粒径为3-5mm。

所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为8：11：6：6：52。

一种钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，具体为：先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混7min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼13min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-18℃下冷冻6小时后升温至37℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-28℃下冷冻21h，再于220℃下烘干5h，然后再于520℃保温10h，得到钢铁冶炼用耐火材料。

本实施例所制备的耐火材料的体积密度为3.5g/cm3，显气孔率为12%，常温耐压强度为190MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为18MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0，抗热震性[1100℃×水冷]为92次，荷重软化温度为1850℃，热导率为3.9W/m·℃。

实施例3：

一种钢铁冶炼用耐火材料的原材料，按重量份计，包括：68份铸石粉、44份石英粉、42份铝矾土、37份水镁石粉、33份粉状活性炭、23份火山石粉、24份石棉粉、7份碳酸氢钠粉、14份结合剂。

所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

所述石棉粉的粒径为3-5mm。

所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为8：13：6：6：57。

一种钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，具体为：先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混9min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼13min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-19℃下冷冻6小时后升温至39℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-28℃下冷冻23h，再于290℃下烘干5.5h，然后再于580℃保温11h，得到钢铁冶炼用耐火材料。

本实施例所制备的耐火材料的体积密度为3.6g/cm3，显气孔率为12%，常温耐压强度为190MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为19MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0.3%，抗热震性[1100℃×水冷]为93次，荷重软化温度为1800℃，热导率为4.5W/m·℃。

实施例4：

一种钢铁冶炼用耐火材料的原材料，按重量份计，包括：70份铸石粉、45份石英粉、45份铝矾土、40份水镁石粉、35份粉状活性炭、25份火山石粉、25份石棉粉、8份碳酸氢钠粉、15份结合剂。

所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

所述石棉粉的粒径为3-5mm。

所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为9：13：7：7：60。

一种钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，具体为：先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混10min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼15min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-15℃下冷冻7小时后升温至40℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-25℃下冷冻25h，再于300℃下烘干6h，然后再于600℃保温12h，得到钢铁冶炼用耐火材料。

本实施例所制备的耐火材料的体积密度为3.6g/cm3，显气孔率为13%，常温耐压强度为200MPa，高温耐折强度[1300℃×0.5h]为20MPa，加热永久线变化[1500℃×3h]为0.3%，抗热震性[1100℃×水冷]为95次，荷重软化温度为1880℃，热导率为3.2W/m·℃。

除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述耐火材料的原材料按重量份计，包括：60-70份铸石粉、40-45份石英粉、35-45份铝矾土、30-40份水镁石粉、30-35份粉状活性炭、20-25份火山石粉、20-25份石棉粉、5-8份碳酸氢钠粉、10-15份结合剂。

2.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述铸石粉的粒径为1-3mm，铸石粉中二氧化硅的含量≥45wt%，三氧化二铝的含量≥18wt%。

3.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述石英粉的粒径为0.5-1.5mm，石英粉中二氧化硅的含量≥95wt%。

4.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述铝矾土的粒径为2-4mm，铝矾土中三氧化二铝的含量≥80wt%，氧化钙的含量≤0.6wt%，三氧化二铁的含量≤3.0wt%。

5.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述水镁石粉的粒径为0.5-1mm，水镁石粉中氧化镁的含量≥72wt%。

6.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述粉状活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

7.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述火山石粉的粒径为0.2-0.5mm。

8.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述石棉粉的粒径为3-5mm。

9.根据权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料，其特征在于，所述结合剂为β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的混合物，其中，β-环糊精、羧甲基纤维素、硅酸钠、磷酸钠和去离子水的质量比为7-9：10-13：5-7：5-7：50-60。

10.一种如权利要求1所述的钢铁冶炼用耐火材料的制备方法，其特征在于，先将铝矾土、粉状活性炭、石棉粉和碳酸氢钠粉加入混炼机中，预混6-10min，然后加入铸石粉、石英粉、水镁石粉和火山石粉，再混炼12-15min得到混炼后的原材料，然后将混炼后的原材料置于-20℃到-15℃下冷冻5-7小时后升温至35-40℃，得到处理后的原材料；向处理后的原材料中加入结合剂，充分混匀后进行浇注成型；待浇注结束后经自然硬化干燥并脱模后，然后在-30℃到-25℃下冷冻20-25h，再于200-300℃下烘干5-6h，然后再于500-600℃保温10-12h，得到钢铁冶炼用耐火材料。