CN113087499A - 一种中频感应炉炉口线圈保护材料及其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中频感应炉炉口线圈保护材料及其制备方法及其应用，属于感应炉用辅材领域。本发明的保护材料，以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料进行制备，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为(75～85wt％)：(5～10wt％)：(5～7.5wt％)：(5～7.5wt％)。本发明克服现有技术中感应电炉炉衬材料容易受损的情况，拟提供一种中频感应炉炉口线圈保护材料及其制备方法及其应用，利用本发明方法制备出的保护材料，耐火度可达到1870℃以上，高温使用强度(1400℃×0.5h)可达到≥12MPa，具有优良的抗金属熔液及渣侵蚀性能，能够有效延长炉衬材料使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及感应炉用辅材技术领域，更具体地说，涉及一种中频感应炉炉口线圈保护材料及其制备方法及其应用。
背景技术
中频感应电炉由于具有诸多优点已广泛应用于有色金属及黑色金属冶炼，其中炉口区材料工作环境十分恶劣，其原因在于：炉衬热工作面直接与高温金属熔体接触，受到金属和熔渣的侵蚀；背面受感应线圈冷却水的冷却，使得炉衬中存在很大的温度梯度；此外，炉口区域炉衬在出炉过程中受到剧烈的金属熔液冲刷的作用，对炉衬产生强烈的机械损伤；周期性的间歇作业也会使得炉衬反复受到急冷急热的损伤，如操作不当或缺乏维护很容易出现金属熔液击穿感应线圈从而造成严重的安全事故。如何解决上述问题，尤其是针对路口区域炉衬材料薄弱的情况，已经成为行业内关注的热点。
经检索，关于感应电炉炉衬材料的技术研究已有大量专利公开，如中国专利申请号：2018109030458，发明创造名称为：一种中频感应电炉用炉衬材料及其制备方法，该申请案中炉衬材料由以下原料制成：纳米二氧化硅、氧化锆微粉、镁铝尖晶石颗粒、刚玉细粉、微片石墨、稀土氧化物、固体水玻璃、结合剂、分散剂。该炉衬材料具有良好的致密性，炉衬气孔率小，体积密度大，均匀性高，烧结性好和耐激冷激热性好，有效防止温度的骤变炉衬开裂，减少裂纹修补，从延长使用寿命。
又如中国专利申请号：2016106075585，发明创造名称为：一种中频炉炉衬及其制备方法，该申请案炉衬由下列重量份原料制成：无碳钢包再生骨料5-8mm：20-30份、无碳钢包再生骨料3-5mm：8-15份，无碳钢包再生骨料1-3mm：8-15份，电熔白刚玉或板状刚玉0-1mm：10-20份，电熔白刚玉细粉5-15份，电熔尖晶石细粉5-15份，α-活性氧化铝微粉5-10份，复合结合剂5-15份。该申请案采用大量再生无碳钢包耐火材料作为原料，可以节约资源变废为宝、降低企业生产成本，并且由于复合结合剂的引入，可以提高中频炉料的高温性能、提高冶炼次数。
综上，以上申请案均不失为对感应电炉炉衬材料的良好探索，但仍有进一步提升优化的空间，行业内各种新技术研究方向也层出不穷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中感应电炉炉衬材料容易受损的情况，拟提供一种中频感应炉炉口线圈保护材料及其制备方法及其应用，利用本发明方法制备出的保护材料，耐火度可达到1870℃以上，高温使用强度(1400℃×0.5h)可达到≥12MPa，具有优良的抗金属熔液及渣侵蚀性能，能够有效延长炉衬材料使用寿命。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，使用在中频炉炉口区域，在中频炉中具有保护线圈作用，以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料进行制备，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为(75～85wt％)：(5～10wt％)：(5～7.5wt％)：(5～7.5wt％)。
更进一步地，还包括占上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.1～0.5；P2值的范围为0.3-0.5；P3值的范围为1.4-3.8。
更进一步地，保存剂、分散剂和增塑剂的加入量满足如下关系式：P3＝(15.87P2-3.75P1)*0.5，使炉口保护材料具有保存时间长、高温性能优良以及塑性优良的特点。
更进一步地，所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.2～1.4g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.3～1.45g/cm3。磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液作为复合结合剂，为最终产品提供烘烤后的高强度和优良的耐高温性能。
更进一步地，电熔白刚玉中Al2O3含量≥99.0％，电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上，其质量比例对应分别为(0.2～0.25)：(0.4～0.55)：(0.3～0.45)。电熔白刚玉作为炉口保护材料的主料，具有优良的耐高温性能。
更进一步地，活性氧化铝中Al2O3含量≥99.0％，活性氧化铝的粒度为1～5μm，引入活性氧化铝与其他原料物质相配合，有助于提高材料的烧结性能和抗熔渣侵蚀性能。
更进一步地，保存剂是无机-有机复合保存剂，具体为改性膨润土-多元醇复合、高岭土-吡咯烷酮羧酸钠复合、广西泥-壳聚糖复合中的一种或多种，保存剂中存在大量的亲水基团OH-，在与水充分混合后能够锁住水并且能够和材料中的游离Fe3+、Fe2+结合从而显著降低磷酸和磷酸二氢铝的硬化速率进而达到延长材料保存期的效果，可使材料保存2年内不会硬化。
更进一步地，分散剂为聚乙二醇、山梨糖醇和葡萄糖酸钙中的一种或多种；增塑剂为羧甲基纤维素、磷酸酯以及环氧化合物中的一种或多种，增塑剂有助于降低材料中颗粒之间的阻力，从而降低材料中颗粒出现团聚的现象，进而增加了颗粒间的移动性。
本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料的制备方法，以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为(75～85wt％)：(5～10wt％)：(5～7.5wt％)：(5～7.5wt％)，另加占上述基础原料0.1-0.5wt％的保存剂以及0.3-0.5wt％的分散剂以及1.4-3.8wt％的增塑剂，最后配以占上述基础原料4～6wt％的水，组成混合料；将混合料均匀搅拌60-120分钟后即得。
本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料的应用，该线圈保护材料施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以5～20℃/分钟的升温速率从室温升温至300-400℃，目标温度保温120-240分钟即可。
本发明通过严格控制电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比，并配以高效分散剂、保存剂和增塑剂，经充分强制搅拌和混碾即可制得所需产品，制备工艺简单，制得产品具有高强度、耐火度高、常温塑性好、高温性能好等优点。以电熔白刚玉为主体材料，致密刚玉耐火度高、强度高，辅以磷酸盐结合体系材料具有结合强度高的优势，辅以氧化铝微粉有助于增强高温使用性能，辅以保存剂有效延缓磷酸盐在常温状态下硬化，辅以高效分散剂使各组分材料分散均匀。各种组分相互协同作用，获得的保护材料塑性较好，经过涂抹后简单烘烤即可投入使用，制备工艺简单，成本较低，可以有效延长炉衬材料的使用寿命。经实践验证，炉口区域单独使用炉衬材料时，在大温度梯度使用环境下很容易出现机械损伤最后导致炉口区域损毁，造成严重安全生产事故。采用本发明的保护材料耐火度可达到1870℃以上，高温使用强度(1400℃×0.5h)可达到≥12MPa，具有优良的绝缘和抗金属熔液及渣性能，可以有效保护炉口，延长炉衬材料使用寿命。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，通过严格控制电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比，并配以高效分散剂、保存剂和增塑剂，各种组分相互协同作用，保护材料耐火度可达到1870℃以上，高温使用强度(1400℃×0.5h)可达到≥12MPa，具有优良的绝缘和抗金属熔液及渣性能，可以有效保护炉口，延长炉衬材料使用寿命。
(2)本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料的制备方法，经充分强制搅拌和混碾即可制得所需产品，制得产品具有高强度、耐火度高、常温塑性好、高温性能好等优点，制备工艺简单，成本较低。
(3)本发明的一种中频感应炉炉口线圈保护材料的应用，经过涂抹后简单烘烤即可投入使用，应用简便，可以有效延长炉衬材料的使用寿命。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料进行制备，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为75wt％：10wt％：7.5wt％：7.5wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.1；P2值的范围为0.3；P3值的范围为2.2。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.2g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.3g/cm3；保存剂是无机-有机复合保存剂，可采用改性膨润土-多元醇复合或高岭土-吡咯烷酮羧酸钠复合或广西泥-壳聚糖复合中的一种或多种，分散剂为聚乙二醇、山梨糖醇和葡萄糖酸钙中的一种或多种；增塑剂为羧甲基纤维素、磷酸酯以及环氧化合物中的一种或多种，在此不再尽述。
本实施例中电熔白刚玉中Al2O3含量≥99.0％，电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.2：0.55：0.3。活性氧化铝中Al2O3含量≥99.0％，活性氧化铝的粒度为1～5μm。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料5wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌60分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以5℃/分钟的升温速率从室温升温至300℃，目标温度保温120分钟即可。
实施例2
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为77wt％：9wt％：7wt％：7wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.2；P2值的范围为0.4；P3值的范围为2.8。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.4g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.4g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.25：0.5：0.45。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料6wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌120分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以20℃/分钟的升温速率从室温升温至400℃，目标温度保温200分钟即可。
实施例3
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为79wt％：8wt％：6.5wt％：6.5wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.3；P2值的范围为0.5；P3值的范围为3.4。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.4g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.45g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.22：0.4：0.4。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料4wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌120分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以10℃/分钟的升温速率从室温升温至350℃，目标温度保温240分钟即可。
实施例4
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为81wt％：7wt％：6wt％：6wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.4；P2值的范围为0.3；P3值的范围为1.6。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.3g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.4g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.23：0.45：0.35。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料5wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌100分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以15℃/分钟的升温速率从室温升温至350℃，目标温度保温180分钟即可。
实施例5
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为83wt％：6wt％：5.5wt％：5.5wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.5；P2值的范围为0.4；P3值的范围为2.2。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.4g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.45g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.2：0.4：0.3。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料4wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌80分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以8℃/分钟的升温速率从室温升温至320℃，目标温度保温120分钟即可。
实施例6
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为85wt％：5wt％：5wt％：5wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.1；P2值的范围为0.5；P3值的范围为3.8。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.2g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.4g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.25：0.55：0.45。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料6wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌60分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以10℃/分钟的升温速率从室温升温至400℃，目标温度保温240分钟即可。
实施例7
本实施例的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，基本同实施例1，不同的是，本实施例中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为85wt％：5wt％：5wt％：5wt％，外加上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.5；P2值的范围为0.3；P3值的范围为1.4。
本实施例所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.2g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.4g/cm3；本实施例中电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上至0mm之间，其质量比例对应分别为0.25：0.55：0.45。
本实施例的保护材料制备过程如下：以上述电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，外加上述保存剂、分散剂以及增塑剂，最后配以上述原料6wt％的水，组成混合料；将混合料采用强制搅拌机均匀搅拌60分钟后即得。
本实施例的保护材料应用时，施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以10℃/分钟的升温速率从室温升温至400℃，目标温度保温240分钟即可。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料进行制备，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为(75～85wt％)：(5～10wt％)：(5～7.5wt％)：(5～7.5wt％)。
2.根据权利要求1所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：还包括占上述基础原料P1wt％的保存剂以及P2wt％的分散剂以及P3wt％的增塑剂，P1值的范围为0.1～0.5；P2值的范围为0.3-0.5；P3值的范围为1.4-3.8。
3.根据权利要求2所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：保存剂、分散剂和增塑剂的加入量满足如下关系式：P3＝(15.87P2-3.75P1)*0.5。
4.根据权利要求1所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：所使用的磷酸溶液中磷酸比重为1.2～1.4g/cm3，磷酸二氢铝溶液中磷酸二氢铝比重为1.3～1.45g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：电熔白刚玉中Al2O3含量≥99.0％，电熔白刚玉使用的颗粒分别为3～1mm、1～0mm以及200目以上，其质量比例对应分别为(0.2～0.25)：(0.4～0.55)：(0.3～0.45)。
6.根据权利要求1所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：活性氧化铝中Al2O3含量≥99.0％，活性氧化铝的粒度为1～5μm。
7.根据权利要求2所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：保存剂是无机-有机复合保存剂，具体为改性膨润土-多元醇复合、高岭土-吡咯烷酮羧酸钠复合、广西泥-壳聚糖复合中的一种或多种。
8.根据权利要求2或7所述的一种中频感应炉炉口线圈保护材料，其特征在于：分散剂为聚乙二醇、山梨糖醇和葡萄糖酸钙中的一种或多种；增塑剂为羧甲基纤维素、磷酸酯以及环氧化合物中的一种或多种。
9.一种中频感应炉炉口线圈保护材料的制备方法，其特征在于：以电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液为基础原料，其中电熔白刚玉、活性氧化铝、磷酸溶液和磷酸二氢铝溶液的摩尔比为(75～85wt％)：(5～10wt％)：(5～7.5wt％)：(5～7.5wt％)，另加占上述基础原料0.1-0.5wt％的保存剂以及0.3-0.5wt％的分散剂以及1.4-3.8wt％的增塑剂，最后配以占上述基础原料4～6wt％的水，组成混合料；将混合料均匀搅拌60-120分钟后即得。
10.一种中频感应炉炉口线圈保护材料的应用，其特征在于：该线圈保护材料施工涂抹后需经烘烤，烘烤过程为以5～20℃/分钟的升温速率从室温升温至300-400℃，目标温度保温120-240分钟即可。
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