CN113149674A - 一种阳极炉出铜溜槽浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳极炉出铜溜槽浇注料及其制备方法，耐火材料制备技术领域，其中，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：40～75wt%的电熔莫来石、5～10wt%的碳化硅、10～20wt%的氧化锆、5～15wt%的氧化铝、2～10wt%的氧化锂、3～5wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4～7wt%的铝溶胶；本发明具有寿命长、操作简便、节能环保、整体性强、抗氧化性能好、热震性能好和抗溶体渗透能力强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料制备技术领域，具体涉及一种阳极炉出铜溜槽浇注料及其制备方法。
背景技术
在钢铁行业中，高炉铁沟、混铁炉、鱼雷车的溜槽、中间包的流钢槽和电炉的流钢槽因其消耗量大，故而目前在该领域的研究较多，目前的高技术产品已经完全能满足使用。然而，对于有色金属铜、铅和锌，因其高温下粘度低，金属渗透性强，造成溜槽的使用寿命通常较低。
目前，铜冶炼厂阳极铜浇注溜槽大多采用耐火砖和胶泥砌筑，传统的阳极铜浇注溜槽存在以下问题：由于采用砖和耐火泥混合砌筑结构，冷铜残留多，粘结情况严重，清理时耐火层容易损坏；浇注溜槽使用1至2次就必须拆掉耐火砖重新砌筑，使用寿命低造成了耐火材料消耗大，这势必会造成耐火资源的极大浪费，同时拆掉的粘结金属铜耐火砖和胶泥需重新回炉回收金属铜，这也造成了回炉消耗燃气或工业电的能源浪费；每出完一次铜后，即需要进行耐火材料的砌筑和烘烤，增加了工人的劳动强度和燃料消耗。浇注溜槽耐火层脱落的杂质流入浇注机后会造成阳极板质量不合格；浇注溜槽寿命极低，大大降低了生产效率。
公开号为CN105272276A的中国发明专利申请公开了一种铜冶炼溜槽用浇注料的制备方法，以碳化硅、碳化硅细粉、氮化硅细粉、改性碳素细粉、烧结莫来石细粉、铝酸盐水泥质、硅灰、α-氧化铝微粉为原料，外加复合外加剂，混合得到铜冶炼溜槽用浇注料。该技术具有铜冶炼溜槽整体性强、强度高等优点，但其抗金属铜侵蚀渗透性能还有待提高，改性碳素材料与复合添加剂的需要预先制备，施工操作较为不便；同时由于碳化硅的高导热系，该铜溜槽热量散失较大，造成能量浪费。
因此，需要一种新的阳极炉出铜溜槽浇注料。
发明内容
有鉴于此，本发明提供阳极炉出铜溜槽浇注料及其制备方法，具有寿命长、操作简便、节能环保、整体性强、抗氧化性能好、热震性能好和抗溶体渗透能力强的优点。
为实现上述目的，本发明提供一种阳极炉出铜溜槽浇注料，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：40～75wt%的电熔莫来石、5～10wt%的碳化硅、10～20wt%的氧化锆、5～15wt%的氧化铝、2～10wt%的氧化锂、3～5wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4～7wt%的铝溶胶。
进一步地，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
进一步地，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
进一步地，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
进一步地，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
进一步地，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
进一步地，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
进一步地，所述铝溶胶的Al2O3含量为20-30wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
一种阳极炉出铜溜槽浇注料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照如下质量百分比准备原料：40～75wt%的电熔莫来石、5～10wt%的碳化硅、10～20wt%的氧化锆、5～15wt%的氧化铝、2～10wt%的氧化锂、3～5wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4～7wt%的铝溶胶；
S2、将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温5～10分钟；
S3、将步骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；
S4、将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入4～7wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明制备的浇注材料在使用过程中原位形成含铝酸锂和锆酸锂及极少量液相的Li2O-Al2O3-ZrO2基质体系，使得材料基质的显气孔率大幅降低，同时形成富锆铝酸锂和富铝锆酸锂交叉网络结构，材料的强度及抗铜熔体渗透能力大幅提升，也能有效减少阳离子的扩散通道而显著降低碳化硅的氧化；而且金属铝在升温过程中蓄热熔融并膨胀，逐步撑开其表面的适当厚度的氧化铝薄膜，内部熔融金属铝外溢粘附氧化物颗粒、分散纳米氧化铝并填充气孔，进一步强化颗粒与基质的结合，同时在降温过程中，金属铝会缓慢放热，缓冲降温应力，有效提升材料的抗热震性能。
本发明制备的阳极炉出铜溜槽浇注料具有寿命长、操作简便、节能环保、整体性强、抗氧化性能好、热震性能好和抗溶体渗透能力强的优点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种阳极炉出铜溜槽浇注料，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：70wt%的电熔莫来石、5wt%的碳化硅、10wt%的氧化锆、5wt%的氧化铝、2wt%的氧化锂、3wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4.8wt%的铝溶胶。
其中，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
其中，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
其中，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
其中，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
其中，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
其中，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
其中，所述铝溶胶的Al2O3含量为20wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
所述阳极炉出铜溜槽浇注料在制备时，首先按照上述质量百分比完成步骤S1的原料准备；之后按照步骤S2的内容将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温5分钟；之后按照步骤S3的内容将骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；最后将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入4.8wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
本实施例制得的阳极炉出铜溜槽浇注料的性能指标如下：应用于大型铜电解阳极炉出铜溜槽，其外壳温度从250℃下降至200℃，平均使用寿命达到180天。
实施例2
一种阳极炉出铜溜槽浇注料，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：65wt%的电熔莫来石、7.5wt%的碳化硅、12.5wt%的氧化锆、5wt%的氧化铝、2wt%的氧化锂、3.8wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4wt%的铝溶胶。
其中，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
其中，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
其中，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
其中，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
其中，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
其中，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
其中，所述铝溶胶的Al2O3含量为25wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
所述阳极炉出铜溜槽浇注料在制备时，首先按照上述质量百分比完成步骤S1的原料准备；之后按照步骤S2的内容将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温6分钟；之后按照步骤S3的内容将骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；最后将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入4wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
本实施例制得的阳极炉出铜溜槽浇注料的性能指标如下：应用于大型铜电解阳极炉出铜溜槽，其外壳温度从250℃下降至200℃，平均使用寿命达到180天。
实施例3
一种阳极炉出铜溜槽浇注料，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：59wt%的电熔莫来石、10wt%的碳化硅、15wt%的氧化锆、5wt%的氧化铝、2wt%的氧化锂、3.8wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和5wt%的铝溶胶。
其中，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
其中，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
其中，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
其中，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
其中，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
其中，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
其中，所述铝溶胶的Al2O3含量为30wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
所述阳极炉出铜溜槽浇注料在制备时，首先按照上述质量百分比完成步骤S1的原料准备；之后按照步骤S2的内容将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温7分钟；之后按照步骤S3的内容将骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；最后将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入5wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
本实施例制得的阳极炉出铜溜槽浇注料的性能指标如下：应用于大型铜电解阳极炉出铜溜槽，其外壳温度从250℃下降至200℃，平均使用寿命达到180天。
实施例4
一种阳极炉出铜溜槽浇注料，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：57wt%的电熔莫来石、10wt%的碳化硅、15wt%的氧化锆、5wt%的氧化铝、2wt%的氧化锂、3.8wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和7wt%的铝溶胶。
其中，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
其中，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
其中，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
其中，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
其中，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
其中，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
其中，所述铝溶胶的Al2O3含量为20wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
所述阳极炉出铜溜槽浇注料在制备时，首先按照上述质量百分比完成步骤S1的原料准备；之后按照步骤S2的内容将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温10分钟；之后按照步骤S3的内容将骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；最后将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入7wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
本实施例制得的阳极炉出铜溜槽浇注料的性能指标如下：应用于大型铜电解阳极炉出铜溜槽，其外壳温度从250℃下降至200℃，平均使用寿命达到180天。
本发明制备的浇注材料在使用过程中原位形成含铝酸锂和锆酸锂及极少量液相的Li2O-Al2O3-ZrO2基质体系，使得材料基质的显气孔率大幅降低，同时形成富锆铝酸锂和富铝锆酸锂交叉网络结构，材料的强度及抗铜熔体渗透能力大幅提升，也能有效减少阳离子的扩散通道而显著降低碳化硅的氧化；而且金属铝在升温过程中蓄热熔融并膨胀，逐步撑开其表面的适当厚度的氧化铝薄膜，内部熔融金属铝外溢粘附氧化物颗粒、分散纳米氧化铝并填充气孔，进一步强化颗粒与基质的结合，同时在降温过程中，金属铝会缓慢放热，缓冲降温应力，有效提升材料的抗热震性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述阳极炉出铜溜槽浇注料为如下质量百分比组成的混合物：40～75wt%的电熔莫来石、5～10wt%的碳化硅、10～20wt%的氧化锆、5～15wt%的氧化铝、2～10wt%的氧化锂、3～5wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4～7wt%的铝溶胶。
2.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述电熔莫来石的Al2O3≥60wt%；所述电熔莫来石的粒径小于8mm大于等于3mm。
3.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述碳化硅的SiC＞98wt%；所述碳化硅的粒径小于3mm大于等于1mm。
4.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述氧化锆的ZrO2≥99.5wt%，所述氧化锆的粒径小于45μm。
5.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述氧化铝的Al2O3≥99.5wt%，所述氧化铝的粒径小于88μm。
6.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述氧化锂的Li2O≥99.5wt%，所述氧化锂的粒径小于45μm。
7.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述金属铝的Al含量≥99wt%，所述金属铝的粒径小于45μm。
8.如权利要求1所述的阳极炉出铜溜槽浇注料，其特征在于，所述铝溶胶的Al2O3含量为20-30wt%，所述铝溶胶的粒径小于0.1μm。
9.一种阳极炉出铜溜槽浇注料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照如下质量百分比准备原料：40～75wt%的电熔莫来石、5～10wt%的碳化硅、10～20wt%的氧化锆、5～15wt%的氧化铝、2～10wt%的氧化锂、3～5wt%的金属铝、0.2wt%的聚羧酸减水剂和4～7wt%的铝溶胶；
S2、将步骤S1中的金属铝置于80℃空气气氛中保温5～10分钟；
S3、将步骤S1中的氧化锆、氧化铝、氧化锂、金属铝与聚羧酸减水剂混合，搅拌均匀，得到预混料；
S4、将步骤S3中制得的预混料与步骤S1中的碳化硅混合，再加入4～7wt%的铝溶胶，搅拌均匀，制得所述阳极炉出铜溜槽浇注料。
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