CN113480294A

CN113480294A - 一种高性能高铝质铁沟浇注料

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Publication number: CN113480294A
Application number: CN202110775787.9A
Authority: CN
Inventors: 魏建修; 程水明; 丛培源; 周紫晨
Original assignee: China First Metallurgical Group Co Ltd; Wuhan Research Institute of Metallurgical Construction Co Ltd
Current assignee: China First Metallurgical Group Co Ltd; Wuhan Research Institute of Metallurgical Construction Co Ltd
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2021-10-08

Abstract

本发明公开了一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分按质量百分比计为：高铝骨料70‑72％；球沥青2‑3％；纯铝酸钙水泥0.8‑1.2％；氧化铝微粉8‑10％；亚微米SiO₂微粉2‑3％；碳化硅粉12‑13％；金属硅粉0.8‑1％；金属铝粉0.1‑0.16％；纳米炭黑0.16‑0.2％；防爆纤维0.08‑0.16％；分散剂0.1‑0.15％；外加4.2％的水搅拌均匀后振动成型。本发明利用通过多项技术措施，最大程度的提高高铝质铁沟浇注料的致密程度，同时使浇注料基质在高温下产生更少的低熔相，通过粉料基质性能的突破性增强，抵消了高铝骨料本身高温性能的不足，解决了长期以来高铝质铁沟浇注料相比刚玉质铁沟浇注料热态强度显著降低的问题，实现了普通铁沟浇注料中以高铝骨料完全替换刚玉骨料的目标。

Description

一种高性能高铝质铁沟浇注料

技术领域

本发明属于不定形耐火材料领域，具体涉及一种高性能高铝质铁沟浇注料。

背景技术

高炉出铁场铁沟是炼铁工艺的重要环节，铁沟内衬由于要经受1500℃左右铁水及铁渣的长期冲刷，对该浇注料的有着特殊且严格地使用要求。目前一般采用刚玉质碳化硅碳质铁沟浇注料可以保证其使用要求。然而激烈的市场竞争促使铁沟承包企业在保证安全使用的前提下，必须较大幅度的降低铁沟浇注料的原料成本，以价格较低的高铝骨料替代浇注料中的价格昂贵的刚玉骨料和碳化硅骨料是各供货商的重要选择。国内高炉出铁场每年铁沟料的需求量超过60万吨，市场规模超50亿元。每年因铁沟料消耗的电熔刚玉接近30万吨，每吨电熔刚玉耗电2300度，因此，以高铝骨料替代铁沟浇注料中的刚玉骨料是一个重要而紧迫的课题。

然而，由于高铝骨料相对于棕刚玉不但化学纯度较低，而且骨料本身致密性相对较差，当高比例的高铝骨料替代铁沟浇注料中棕刚玉的时候，会导致浇注料加水量增大，水泥用量增大，浇注料整体纯度降低，抗渣性能明显降低，从而导致使用寿命明显降低，“得不偿失”。因此，如何最大程度的减少高铝质铁沟浇注料的加水量、减少水泥用量，使浇注料基质在高温下产生更少的低熔相，通过基质性能的突破性增强来抵消高铝骨料本身高温性能的不足，成为铁沟浇注料降本增效的一个重要课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种高性能高铝质铁沟浇注料，通过提升铁沟浇注料中高铝矾土骨料的添加量，降低浇注料的加水量、水泥用量，有效的提高浇注料的致密性、抗渣性等高温使用性能，实现普通铁沟浇注料中以高铝骨料完全替换刚玉骨料的目标。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分按质量百分比计为：

外加4.2％的水搅拌均匀后振动成型。

上述方案中，所述高铝骨料为88高铝矾土骨料，其中所含Al₂O₃≥88wt％、Fe₂O₃≤1.6wt％，其粒径为0.1-8mm。所述88高铝矾土骨料应选择吸水率低、纯度高、最好用巴马克破碎出来的颗粒，颗粒形状偏圆型最好，良好的高铝骨料原料是制得高性能高铝质铁沟浇注料的前提。

上述方案中，所述球沥青的粒度不大于1.5mm；本发明选用高温球沥青，该高残炭含量的沥青有利于提升铁沟浇注料的抗渣性能。

上述方案中，所述纯铝酸钙水泥主要化学成分为Al₂O₃ 68.5-70.5wt％，CaO 28.5-30.5wt％。本浇注料中水泥的作用不仅仅是提供一定的强度；而且在本浇注料中对亚微米SiO₂微粉遇水形成的凝胶体系起到离子置换作用，从而对亚微米SiO₂微粉结合体系起到促凝作用；并且作为金属铝粉与水反应的诱发剂，使铁沟浇注料产生氢气，解决这种致密条件下浇注料的防爆问题。这种水泥结合与微粉凝胶结合的双结合系统，既保证了浇注料在极低的水泥条件下具有充足的结合强度，又提高了浇注料的高温性能，同时提高了浇注料对施工环境的适应性。

上述方案中，所述亚微米SiO₂微粉d₉₀≤0.5微米；体积平均粒径D[4,3]≤0.3微米,SiO₂≥99.8wt％。亚微米SiO₂微粉体现出介于微米级微粉与纳米微粉之间的特有性能：既具有普通SiO₂微粉的分散特性，又具有突破传统的填充性和减水性，而且具有纳米SiO₂微粉的自结合性能及对水泥结合浇注料的促凝特性，是浇注料降低加水量、降低水泥用量、提高热态强度的核心技术方法。

上述方案中，所述氧化铝微粉的粒度分布为d₁₀≤0.9μm；d₅₀≤2μm；d₉₀≤5μm，Al₂O₃≥99.5wt％、 Na₂O≤0.1wt％。这种精选的氧化铝微粉具有较宽的粒度分布，与亚微米SiO₂微粉形成良好的粒度紧密堆积，而且在较高加入比例的情况下具有优良的分散特性，从而使浇注料呈现良好的减水性能及较低的料浆粘度，并且这种精选氧化铝微粉的高活性提高了浇注料的早期强度，在国内外各种氧化铝微粉中，相同加入量的条件下，采用该氧化铝微粉的浇注料的烘干强度最高。

上述方案中，所述金属硅粉的粒度≤45μm；其中Si含量≥98.5wt％。

上述方案中，所述金属铝粉的粒度≤74μm，Al含量≥99wt％。本发明采用的金属铝粉起到常温引气防止浇注料爆裂的作用。

上述方案中，所述碳化硅粉的粒度≤74μm，SiC含量≥98wt％。为结晶良好的黑碳化硅，保证了基质的高纯度及良好的抗渣性。

上述方案中，所述防爆纤维为聚丙烯纤维，其熔点为170±10℃、长度为5-3mm。这种纤维不会对亚微米SiO₂微粉结合浇注料的微粉结合体系形成干扰，不会导致浇注料加水量明显增加。

上述方案中，所述分散剂为聚丙烯酸类高效减水剂。

上述方案中，所述纳米炭黑为德国产N990R型。这种纳米炭黑在本浇注料既起到一定的填充作用减水作用，又体现出优良的抗渣侵蚀性能。在本浇注料这种基质超致密、骨料较刚玉疏松的条件下，静态抗渣实验体现出明显的抗渣渗透能力与侵蚀能力增强的效果。其加入量不超过本发明所述范围既可体现出明显的效果，较多的炭黑加入量不再有进一步的抗渣效果，还容易干扰由亚微米SiO₂微粉及氧化铝微粉形成的微粉结合体系，造成浇注料稳定性下降。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明利用亚微米SiO₂微粉具有的独特特性：既具有普通SiO₂微粉的分散特性，又具有突破传统的填充性和减水性，结合特种氧化铝微粉、纳米炭黑的基质填充作用；大幅度降低了高铝质铁沟浇注料的加水量，将高铝质铁沟浇注料的加水量从5％左右降低到4.3％以下，实现了高铝质铁沟浇注料在加水量方面多年来未有的首次突破。

本发明利用亚微米SiO₂微粉具有的独特特性：既具有普通SiO₂微粉的分散特性，又具有突破传统的填充性和减水性，同时具有纳米SiO₂微粉的自结合性能及对水泥结合浇注料的促凝特性；大幅度降低了高铝质铁沟浇注料的水泥用量，将高铝质铁沟浇注料的水泥加入量由 3％左右降低到1.2％以下，实现了高铝质铁沟浇注料在水泥用量方面的突破，从而大大降低了基质低熔物的产生，提高了铁沟浇注料的高温性能。

本发明利用指定型号的纳米炭黑在本浇注料既起到一定的填充作用、减水作用，又体现出优良的抗渣侵蚀性能。使本浇注料在这种基质超致密、骨料较刚玉疏松的条件下，静态抗渣实验体现出明显的抗渣渗透能力与侵蚀能力增强的效果；在本浇注料指定区间内，同时有效避免了纳米炭黑对由亚微米SiO₂微粉及氧化铝微粉形成的微粉结合体系造成的干扰，解决了长期以来高铝质铁沟浇注料相比刚玉质铁沟浇注料抗渣性能显著降低的问题。

本发明利用通过多项技术措施，最大程度的提高高铝质铁沟浇注料的致密程度，同时使浇注料基质在高温下产生更少的低熔相，通过粉料基质性能的突破性增强，抵消了高铝骨料本身高温性能的不足，解决了长期以来高铝质铁沟浇注料相比刚玉质铁沟浇注料热态强度显著降低的问题，实现了普通铁沟浇注料中以高铝骨料完全替换刚玉骨料的目标。

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。

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分按质量百分比计为：

高铝骨料70-72％；球沥青2-3％；纯铝酸钙水泥0.8-1.2％；氧化铝微粉8-10％；亚微米 SiO₂微粉2-3％；碳化硅粉12-13％；金属硅粉0.8-1％；金属铝粉0.1-0.16％；纳米炭黑0.16-0.2％；防爆纤维0.08-0.16％；分散剂0.1-0.15％；外加4.2％的水搅拌均匀后振动成型。

以下实施例中，所述高铝骨料采用88高铝骨料，其尺寸为0-8mm；不同粒径颗粒占对应的铁沟浇注料配方中各组分总质量的百分比为：5-8mm 27％，3-5mm 15％，1-3mm15％，0-1mm 12-14％；其化学成分为：Al₂O₃≥88wt％、Fe₂O₃＜1.6wt％。

所述的球沥青的粒度不大于1.5mm。

所述的纯铝酸钙水泥为山东圣川公司的vical71水泥，其主要化学成分为：Al₂O₃68.5-70.5wt％，CaO 28.5-30.5wt％。

所述亚微米SiO₂微粉d₉₀≤0.5微米；体积平均粒径D[4,3]≤0.3微米,SiO₂≥99.8wt％。

所述氧化铝微粉的粒度分布为：d₁₀≤0.9μm；d₅₀≤2μm；d₉₀≤5μm，其Al₂O₃≥99.5wt％、 Na₂O≤0.1wt％。

所述金属硅粉的粒度≤45μm；其中Si含量≥98.5wt％

所述金属铝粉的粒度≤74μm，Al含量≥99wt％；

所述碳化硅粉的粒度≤74μm，为结晶良好的黑碳化硅，其中SiC含量≥98wt％

所述防爆纤维是聚丙烯纤维，其熔点为170±10℃、长度为3-5mm。

所述分散剂为聚丙烯酸类高效减水剂，有极佳的减水性能。

所述纳米炭黑为德国产N990R型。

实施例1

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分及其所占质量百分比为：将88高铝骨料70％、碳化硅粉13％、球沥青2.96％、纯铝酸钙水泥0.8％、亚微米SiO₂微粉3％、氧化铝微粉9％、金属硅粉0.8％、纳米炭黑0.16％、金属铝粉0.1％、防爆纤维0.08％、分散剂0.1％；将各原料按上述配比称取并充分混合；再加入水(水的质量为各原料总质量的4.2％)搅拌均匀后振动成型；成型后所得试样经自然干燥24h后在110℃下再进行热处理24h，制得高性能高铝质铁沟浇注料试样。

将本实施例所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样进行性能检测，结果如表1所示；其中采用的性能检测方法按照现行国家标准或行业标准进行，所得检测结果为3次平均检测结果(以下同)。

表1实施例1所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样的性能检测结果

实施例2

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分及其所占质量百分比为：将88高铝骨料72％、碳化硅粉12％、球沥青2.5％、纯铝酸钙水泥1.2％、亚微米SiO₂微粉2％、氧化铝微粉8.65％、金属硅粉1％、纳米炭黑0.2％、金属铝粉0.13％、防爆纤维0.16％、分散剂0.16％；将各原料按上述配比称取并充分混合；再加入水(水的质量为各原料总质量的4.2％)搅拌均匀后振动成型；成型后所得试样经自然干燥24h后在110℃下再进行热处理24h，制得高性能高铝质铁沟浇注料试样。

将本实施例所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样进行性能检测，结果如表2所示；其中采用的性能检测方法按照现行国家标准或行业标准进行，所得检测结果为3次平均检测结果(以下同)。

表2实施例2所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样的性能检测结果

实施例3

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分及其所占质量百分比为：将88高铝骨料70％、碳化硅粉13％、球沥青2％、纯铝酸钙水泥1％、亚微米SiO₂微粉2.5％、氧化铝微粉10％、金属硅粉0.9％、纳米炭黑0.18％、金属铝粉0.16％、防爆纤维0.12％、分散剂0.14％；将各原料按上述配比称取并充分混合；再加入水(水的质量为各原料总质量的4.2％)搅拌均匀后振动成型；成型后所得试样经自然干燥24h后在110℃下再进行热处理24h，制得高性能高铝质铁沟浇注料试样。

将本实施例所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样进行性能检测，结果如表3所示；其中采用的性能检测方法按照现行国家标准或行业标准进行，所得检测结果为3次平均检测结果(以下同)。

表3实施例3所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样的性能检测结果

实施例4

一种高性能高铝质铁沟浇注料，各组分及其所占质量百分比为：将88高铝骨料71％、碳化硅粉12.5％、球沥青3％、纯铝酸钙水泥1.2％、亚微米SiO₂微粉2.75％、氧化铝微粉8％、金属硅粉1％、纳米炭黑0.2％、金属铝粉0.12％、防爆纤维0.1％、分散剂0.13％；将各原料按上述配比称取并充分混合；再加入水(水的质量为各原料总质量的4.2％)搅拌均匀后振动成型；成型后所得试样经自然干燥24h后在110℃下再进行热处理24h，制得高性能高铝质铁沟浇注料试样。

将本实施例所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样进行性能检测，结果如表4所示；其中采用的性能检测方法按照现行国家标准或行业标准进行，所得检测结果为3次平均检测结果(以下同)。

表4实施例4所制得的高性能高铝质铁沟浇注料试样的性能检测结果

上述结果表明，本发明所得高性能高铝质铁沟浇注料，具有加水量超低、致密性好、抗渣性好、热态强度高、性价比高等特点。广泛应用于普通高炉主沟的非强烈冲击区、支沟、渣沟等部位，实现了普通铁沟浇注料中以高铝骨料完全替换刚玉骨料的目标。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于各组分按质量百分比计为：

外加4.2％的水搅拌均匀后振动成型。

2.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述高铝骨料为88高铝矾土骨料，其中所含Al₂O₃≥88wt％、Fe₂O₃≤1.6wt％，其粒径为0.1-8mm。

3.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述球沥青的粒度不大于1.5mm。

4.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述纯铝酸钙水泥主要化学成分为Al₂O₃ 68.5-70.5wt％，CaO 28.5-30.5wt％。

5.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述亚微米SiO₂微粉d₉₀≤0.5微米；体积平均粒径D[4,3]≤0.3μm，SiO₂≥99.8wt％。

6.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述氧化铝微粉的粒度分布为d₁₀≤0.9μm；d₅₀≤2μm；d₉₀≤5μm，Al₂O₃≥99.5wt％、Na₂O≤0.1wt％。

7.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述金属硅粉的粒度≤45μm；其中Si含量≥98.5wt％；所述金属铝粉的粒度≤74μm，Al含量≥99wt％；所述碳化硅粉的粒度≤74μm，SiC含量≥98wt％。

8.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述防爆纤维为聚丙烯纤维，其熔点为170±10℃、长度为5-3mm。

9.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述分散剂为聚丙烯酸类高效减水剂。

10.如权利要求1所述高性能高铝质铁沟浇注料，其特征在于所述纳米炭黑为德国产N990R型。