CN113354401B - 一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，组成按质量百分数计如下：棕刚玉55～70％；碳化硅15～30％；球沥青1～3％；复合硅化石墨0.5～3％；氧化铝微粉5～10％；抗氧化剂1～5％；其中，外加铵离子稳定型硅溶胶5～7wt％。本发明采用铵离子稳定型硅溶胶结合剂，尽量降低碱性氧化物等有害杂质引入，制备出的浇注料结构致密，施工流动性好，现场可以实现快速脱模，快速烘烤，抗氧化性好，常温及中高温强度高，材料现场使用效果好，有效增加铁沟一次性通铁量。通过以在碳原料表面化学包覆抗氧化剂的形式引入碳原料，使碳能够在烘烤等环节中尽量不氧化损失，充分起到抗渣铁侵蚀的作用。

Description

一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料。
背景技术
现有技术中，高炉出铁场铁沟主要采用水泥结合的铝碳化硅碳质浇注料施工。水泥带入了氧化钙，在材料中钙铝黄长石等低熔物相，降低浇注料的抗侵蚀性，恶化了材料性能。另外浇注料施工后需要进行烘烤脱除水分，而水泥结合浇注料对烘烤温度曲线有严格的要求，水泥水化以后形成数种含结晶水的水化物相，脱水温度范围窄，烘烤温度控制不好就容易引起浇注料爆裂。有个别厂家采用氢氧化钠稳定的硅溶胶作为结合剂制备铁沟浇注料，这种硅溶胶一般是通过水玻璃作为原料制备，会带入较多的钠离子等低熔物，碱性略强，与金属硅和金属铝在常温下即反应，造成浇注料中温和高温条件下碳氧化严重，氧化层较厚，氧化后气孔增多，强度降低，抗渣铁冲刷性和侵蚀性恶化。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用铵离子稳定的硅溶胶溶液作为结合剂的铁沟浇注料，这种溶胶除了本身脱水温度范围宽以外，其中的铵离子在常温和受热的时候会成为氨气挥发，在产品中无残留，并且氨气挥发在材料中产生均匀分布的微小气孔，更有利于材料烘烤不爆裂。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其组成按质量百分数计如下：
Figure BDA0003132401830000011
其中，外加铵离子稳定型硅溶胶5～7wt％。
按上述方案，所述铵离子稳定型硅溶胶的二氧化硅含量为30±1wt％，铵离子含量在0.16±0.01wt％左右，pH值在7-9之间。
按上述方案，所述复合硅化石墨是在石墨表面包覆碳化硅和硅，其中碳含量为20wt％左右。
按上述方案，所述球沥青中碳含量为50-60wt％，粒度范围为1.5-0.3mm。
按上述方案，所述抗氧化剂为单质铝粉、单质硅粉和碳化硼按质量比0.5:10:2的混合物，其中单质铝中Al含量≥99wt％，单质硅粉中Si含量≥90wt％，碳化硼中B4C含量≥95wt％，混合物粒度范围为≤0.15mm。
按上述方案，所述碳化硅的粒度范围为3-1mm，1-0mm。
按上述方案，所述氧化铝微粉中氧化铝含量≥99wt％，氧化钠含量≤0.3wt％。
按上述方案，所述棕刚玉粒度为12-8mm，8-5mm，5-3mm，3-1mm，其中氧化铝含量≥94.5％。
采用铵离子稳定型硅溶胶结合剂，铵离子在常温和受热条件下即可成为氨气挥发，增加了浇注料的透气性，有利于施工后快速烘烤不爆裂，且这种硅溶胶是通过高纯度硅微粉提取，基本就是由二氧化硅、铵离子、水组成，与目前市场上用的较多的硅溶胶相比，有害杂质含量非常低，不影响铁沟浇注料高温性能。
复合硅化石墨是在石墨表面包覆碳化硅和硅，铁沟浇注料在浇筑施工后，需要先大火烘烤再出铁。按照常规方法铁沟浇注料是将各种原料按照一定比例物理混合，抗氧化剂和碳都有分布均匀性的问题。在烘烤过程中，在抗氧化剂没有充分包覆的位置，碳就会被氧化损失，完全失去了出铁过程中抗渣铁侵蚀的作用。而复合硅化石墨由于石墨被金属硅和碳化硅包覆，在烘烤过程中不易被氧化，在出铁过程中能充分发挥抗渣铁侵蚀的作用。
球沥青因为其球状外形，在引进碳源的同时，有效改善浇注料的施工流动性，并且其软化温度在110℃左右，软化后以液体状态堵塞了气孔，有利于减缓烘烤过程中的氧化以及减缓熔渣侵蚀。
单质铝粉因为660℃左右即可氧化，作为有效的中温抗氧化剂防止碳被氧化，由于极易氧化，因此表面覆盖一层氧化铝，而在碱性环境下，表面的氧化铝膜被破坏，被包覆的单质铝就会继续被氧化或者与水发生水化反应，本方案由于采用的是铵型溶胶，PH值在7-9之间，铵离子含量低且铵离子在浇注料养护过程中即挥发，使PH值进一步呈中性，因此单质铝在常温下只有少量参与水化反应被消耗，从而在高温下充分起到抗氧化剂的作用，且单质铝在高温下被氧化生成氧化铝，有利于提高浇注料的高温抗折强度，有利于填充气孔，提高浇注料抗侵蚀性。单质硅和碳化硼在材料中也是起到抗氧化剂和提高强度的作用。
碳化硅受热在1100℃左右即可与氧反应，作为抗氧化剂，有效保护碳在高温条件下的氧化；当碳化硅加入粒度较细时，能够有效抵御铁水渗透侵蚀；当碳化硅加入粒度较粗时，能有效抵御高温炉渣的渗透侵蚀。
氧化铝微粉有效填充浇注料颗粒之间的缝隙，在800℃即可与硅溶胶中的二氧化硅反应，在材料基质中形成网络状莫来石结构，提高了材料的中高温强度。
相对于现有技术，本发明有益效果在于：
1.本发明的铁沟浇注料采用铵离子稳定型硅溶胶结合剂，尽量降低碱性氧化物等有害杂质引入，制备出的浇注料结构致密，施工流动性好，现场可以实现快速脱模，快速烘烤，抗氧化性好，常温及中高温强度高，材料现场使用效果好，有效增加铁沟一次性通铁量。
2.本发明中，铁沟浇注料不需要添加硅微粉，减水剂，防爆纤维等原料，即可使材料具有较好的流动性，防爆性，加液量也较低，从而使产品实现低杂质含量，降低了材料成本，同时简化了产品配方。
3.本发明通过以在碳原料表面化学包覆抗氧化剂的形式引入碳原料，使碳能够在烘烤等环节中尽量不氧化损失，充分起到抗渣铁侵蚀的作用。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其组成按质量百分数计如下：
Figure BDA0003132401830000031
其中，外加铵离子稳定型硅溶胶5～7wt％。
本申请具体实施方式中所用原料符合以下标准：
铵离子稳定型硅溶胶的二氧化硅含量为30±1wt％，铵离子含量在0.16±0.01wt％左右，pH值在7-9之间。(生产厂家：浙江德立信。型号：JA8-30/1)。
复合硅化石墨是在石墨表面包覆碳化硅和硅，其中碳含量为20wt％左右。(生产厂家：善达化工，型号：DT1400)。
球沥青中碳含量为50-60wt％，粒度范围为1.5-0.3mm。
抗氧化剂为单质铝粉、单质硅粉和碳化硼三者的混合物，其中单质铝中Al含量≥99wt％，单质硅中Si含量≥90wt％，碳化硼中B4C含量≥95wt％。混合物粒度范围为≤0.15mm，三种抗氧化剂加入质量比例为单质硅：碳化硼：单质铝＝10：2：0.5。
碳化硅的粒度范围分别为3-1mm，1-0mm，两种粒度按照一定比例添加，这两种粒度的碳化硅中碳化硅含量均≥97wt％。
氧化铝微粉中氧化铝含量≥99wt％，氧化钠含量≤0.3wt％。
棕刚玉粒度为12-8mm，8-5mm，5-3mm，3-1mm，以上四种粒度按照一定比例添加，棕刚玉中氧化铝含量为≥94.5％。
实施例1
提供一种溶胶结合铁沟浇注料由以下组分及重量百分数组成：
Figure BDA0003132401830000041
实施例2
提供一种溶胶结合铁沟浇注料，由以下组分及重量百分数组成：
Figure BDA0003132401830000042
实施例3
提供一种溶胶结合铁沟浇注料，由以下组分及重量百分数组成：
Figure BDA0003132401830000043
Figure BDA0003132401830000051
采用氢氧化钠稳定硅溶胶(二氧化硅含量30％)制备铁沟浇注料，由以下组分及重量百分数组成：
Figure BDA0003132401830000052
实施例1、2、3所得铁沟浇注料理化参数见表1所示。
表1
Figure BDA0003132401830000053
Figure BDA0003132401830000061
常规氢氧化钠稳定型硅溶胶PH值在8-10之间，钠离子含量大约为0.3％，导致热态抗折强度偏低，因为氢氧化钠稳定型硅溶胶促进了金属铝和金属硅的反应。发明采用铵离子稳定型硅溶胶作为铁沟浇注料结合剂，严格控制原料质量，重点改善了浇注料现场施工快速脱模，快速烘烤不爆裂。配料中不需要添加硅微粉，减水剂，防爆剂等原料，简化了生产配方，降低了产品成本。复合硅化石墨，在引进碳源的同时，使碳原料一直保持到出铁温度而不被氧化，提高了材料的抗渣铁侵蚀性能。这种硅溶胶不会促进金属铝粉的水化，使金属铝粉充分发挥抗氧化剂的作用，有利于提高材料中高温强度并改善抗渣侵蚀性，是一种新型的铁沟浇注料。

Claims (5)

1.一种铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其特征在于组成按质量百分数计如下：
Figure FDA0003560541180000011
其中，外加铵离子稳定型硅溶胶5～7wt％；
所述铵离子稳定型硅溶胶的二氧化硅含量为30±1wt％，铵离子含量在0.16±0.01wt％，pH值在7-9之间；
所述复合硅化石墨是在石墨表面包覆碳化硅和硅，其中碳含量为20wt％；
所述抗氧化剂为单质铝粉、单质硅粉和碳化硼按质量比0.5:10:2的混合物，其中单质铝中Al含量≥99wt％，单质硅粉中Si含量≥90wt％，碳化硼中B4C含量≥95wt％，混合物粒度范围为≤0.15mm。
2.如权利要求1所述铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其特征在于所述球沥青中碳含量为50-60wt％，粒度范围为1.5-0.3mm。
3.如权利要求1所述铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其特征在于所述碳化硅的粒度范围为3-1mm，1-0mm，其中碳化硅含量≥97％。
4.如权利要求1所述铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其特征在于所述氧化铝微粉中氧化铝含量≥99wt％，氧化钠含量≤0.3wt％。
5.如权利要求1所述铵离子稳定型硅溶胶结合的铁沟浇注料，其特征在于所述棕刚玉粒度为12-8mm，8-5mm，5-3mm，3-1mm，其中氧化铝含量≥94.5％。
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