CN113816727B - 一种中频感应炉用浇注料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。其技术方案是：先以35.0～47.0wt％的高铝矾土、25.0～34.0wt％的煤矸石、13.0～19.0wt％的钒铁渣、6.0～9.0wt％的地开石、2.0～5.0wt％的活性氧化铝微粉和1.5～4.5wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.5～4.5wt％的结合剂和0.05～0.08wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。所述钒铁渣为铝热法生产钒钛合金的固体废弃物，主要化学成分是：Al2O3含量≥83.5wt％，MgO含量≥9.0wt％，CaO含量≤5.0wt％。本发明具有工艺简单、节能环保和成本低廉的特点，所制备的中频感应炉用浇注料的抗热震性能优良、力学性能高、抗渣性能好和使用寿命长。

Description

一种中频感应炉用浇注料及其制备方法
技术领域
本发明属于中频炉炉衬材料的技术领域，具体涉及一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。
背景技术
中频感应炉是高品质钢及合金材料关键冶炼环节的重要设备，因具有熔化速度快、熔炼温度高、钢液化学成分均匀等优点而广泛应用于精密铸造行业；炉衬是中频感应炉的重要组成部分之一，它不仅起容器支撑的作用，也参与冶金物理和化学反应过程，对中频感应炉的安全稳定运行和钢的质量有重要影响。中频感应炉炉衬处于高温环境中，服役条件苛刻，中频感应炉炉衬的要求日益严格：(1)有足够的耐火度、体积变化小、抗热震稳定性好、化学稳定性好、不污染钢液；(2)有足够的烧结强度，以抵抗机械冲击、并能抗炉渣侵蚀。
铝钒土耐火材料具有良好的高温特性。用铝钒土材料制备的坩埚，与目前国内精铸生产中常用的各种坩埚相比，具有价格便宜、使用寿命长、元素烧损少和钢水质量高等特点，适应多钢种熔炼。
高铝钒土为中性耐火材料，高温化学稳定性较好，在高温下与合金元素不易发生反应，因而元素烧损也少。高铝钒土炉衬与石英砂酸性炉衬相比，Mn、Cr元素烧损量减少50％，与碱性炉衬相比，Si元素烧损减少70wt％。高铝钒土炉衬对熔炼锰钢、高锰钢、高铬钢、高速钢和铝镍磁钢具有良好的使用效果，上述钢种是不适宜用酸性炉衬熔炼的。其次，因高铝钒土炉衬耐蚀性较好，钢液中减少了因炉衬熔蚀所造成的夹杂物，从而提高了钢水的质量。但是，目前国内的高铝矾土价格逐日上涨和储量日益紧张，亟需寻求低价质优的高铝质原材料对高铝矾土进行替代，从而减轻资源压力和减少生产成本。
目前，已有针对中频感应炉用浇注料的技术，如“一种中频感应炉炉底抗渗浇注料”(CN112511888A)专利技术，公开了一种以致密刚玉、尖晶石、氧化锆、分散性氧化铝微粉、活性氧化铝微粉、铝酸钙水泥和减水剂为原料，制得中频感应炉炉底抗渗浇注料，该方法的原料成本较高，市场竞争力较差；如“镁质修补料研究及其在中频感应炉上的应用”(《耐火材料》,200426(2):41-43)，公开了一种以镁质原料为主要原料，结合铝酸钙水泥和氧化铬制备中频炉浇注料的放法，其中氧化镁水化后的致密度较差，力学强度不佳，且引入氧化铬，极易造成环境污染。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、节能环保和成本低廉的中频感应炉用浇注料的制备方法，所制备的中频感应炉用浇注料的抗热震性能优良、力学性能高、抗渣性能好和使用寿命长。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以35.0～47.0wt％的高铝矾土、25.0～34.0wt％的煤矸石、13.0～19.0wt％的钒铁渣、6.0～9.0wt％的地开石、2.0～5.0wt％的活性氧化铝微粉和1.5～4.5wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.5～4.5wt％的结合剂和0.05～0.08wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述高铝矾土中：粒径小于8mm且大于等于5mm的颗粒占32～35.0wt％，粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占19.0～22wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占16.0～19wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占8.0～10wt％、粒径小于0.088mm的细粉占18～22.0wt％；所述高铝矾土的主要化学成分是：Al2O3含量≥77.6wt％，SiO2含量≥12.0wt％，Fe2O3含量≤0.2wt％，K2O+Na2O含量≤1.1wt％。
所述煤矸石中：粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占24～27.0wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占35.0～38wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占22.0～25wt％、粒径小于0.088mm的细粉占16.0～19wt％；所述煤矸石的主要化学成分是：Al2O3含量≥44.5wt％，SiO2含量≥42.0wt％，Fe2O3含量≤0.355wt％，K2O+Na2O含量≤1.5wt％，IL≤0.7wt％。
所述钒铁渣为铝热法生产钒钛合金的固体废弃物，其中：粒粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒30～33.0wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占50.0～54wt％、粒径小于0.088mm的细粉占比15.0～20wt％；所述钒铁渣的主要化学成分是：Al2O3含量≥83.5wt％，MgO含量≥9.0wt％，CaO含量≤5.0wt％，SiO2含量≤0.3wt％，Fe2O3含量≤0.2wt％，IL≤0.2wt％。
所述地开石的粒径小于0.5μm；所述地开石的主要化学成分是：Al2O3含量≥49.7wt％，SiO2含量≥42.0wt％，Na2O含量≤0.71wt％，IL≤0.89wt％。
所述活性氧化铝微粉的粒径小于0.5μm；所述活性氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥99.7wt％，Na2O含量≤0.05wt％。
所述铝酸钙水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸钙水泥的主要化学成分是：Al2O3含量≥64.5wt％，Na2O含量≤0.15wt％，IL≤18.9wt％。
所述结合剂是浓度为5wt％的铝溶胶、浓度为10wt％的铝溶胶和浓度为15wt％的铝溶胶中的一种。
所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和木质素磺酸钠中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明以高铝矾土、煤矸石、钒铁渣、地开石、活性氧化铝微粉和铝酸钙水泥为原料，再外加结合剂和减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。工艺简单，节能环保。
2、本发明采用煤矸石替代常规的莫来石，煤矸石的天然微孔结构提高了中频感应炉用浇注料的抗热震性能；所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度为10.9～15.1MPa，耐压强度为67.4～79.6MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度为108.8～145.8MPa，线变化率±0.02％；1400℃高温抗折强度为22.4～28.2MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度为106.5～118.2MPa，性能优于市场同类产品。
3、本发明采用煤矸石、钒铁渣等大宗固体废弃物，一方面能降低中频感应炉用浇注料的原料成本，实现资源的循环利用，生产成本低，绿色环保；另一方面，钒铁渣中所含的MgO和CaO等杂质，在高温下容易与铝溶胶反应生成微晶尖晶石和六铝酸钙(CA6)等微晶相填充于骨料与基质之间，提高了中频感应炉用浇注料的高温使用性能，延长使用寿命。
4、本发明采用的地开石作为基质增强剂，一方面地开石的天然微晶有助于基质的抗渣性能提升，另一方面地开石的黏土性质有助于增加浇注料的流动性能，在浇注成型的过程中加快气体的排除，进一步优化基质的致密化程度，从而提升中频感应炉用浇注料的力学性能和抗渣渗透性能。
因此，本发明具有工艺简单、节能环保和成本低廉的特点，所制备的中频感应炉用浇注料的抗热震性能优良、力学性能高、抗渣性能好和使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式中原料的粒径和化学成分统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述高铝矾土中：粒径小于8mm且大于等于5mm的颗粒占32～35.0wt％，粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占19.0～22wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占16.0～19wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占8.0～10wt％、粒径小于0.088mm的细粉占18～22.0wt％；所述高铝矾土的主要化学成分是：Al2O3含量≥77.6wt％，SiO2含量≥12.0wt％，Fe2O3含量≤0.2wt％，K2O+Na2O含量≤1.1wt％。
所述煤矸石中：粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占24～27.0wt％、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占35.0～38wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占22.0～25wt％、粒径小于0.088mm的细粉占16.0～19wt％；所述煤矸石的主要化学成分是：Al2O3含量≥44.5wt％，SiO2含量≥42.0wt％，Fe2O3含量≤0.355wt％，K2O+Na2O含量≤1.5wt％，IL≤0.7wt％。
所述钒铁渣为铝热法生产钒钛合金的固体废弃物，其中：粒粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒30～33.0wt％、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占50.0～54wt％、粒径小于0.088mm的细粉占比15.0～20wt％；所述钒铁渣的主要化学成分是：Al2O3含量≥83.5wt％，MgO含量≥9.0wt％，CaO含量≤5.0wt％，SiO2含量≤0.3wt％，Fe2O3含量≤0.2wt％，IL≤0.2wt％。
所述地开石的粒径小于0.5μm；所述地开石的主要化学成分是：Al2O3含量≥49.7wt％，SiO2含量≥42.0wt％，Na2O含量≤0.71wt％，IL≤0.89wt％。
所述活性氧化铝微粉的粒径小于0.5μm；所述活性氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥99.7wt％，Na2O含量≤0.05wt％。
所述铝酸钙水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸钙水泥的主要化学成分是：Al2O3含量≥64.5wt％，Na2O含量≤0.15wt％，IL≤18.9wt％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以35.0～37.0wt％的高铝矾土、32.5～34.0wt％的煤矸石、14.0～15.0wt％的钒铁渣、7.5～8.0wt％的地开石、4.5～5.0wt％的活性氧化铝微粉和4.0～4.5wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.5～3.7wt％的结合剂和0.05～0.06wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为5wt％的铝溶胶。
所述减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度11.8～13.5MPa，耐压强度68.9～72.2MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度121.6～132.5MPa，线变化率±0.02％；1400℃高温抗折强度22.4～24.6MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度106.5～108.2MPa。
实施例2
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以37.0～39.0wt％的高铝矾土、30.0～32.5wt％的煤矸石、18.0～19.0wt％的钒铁渣、6.0～6.5wt％的地开石、4.0～4.5wt％的活性氧化铝微粉和3.0～4.0wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.7～3.9wt％的结合剂和0.06～0.07wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为10wt％的铝溶胶。
所述减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度12.4～14.3MPa，耐压强度73.1～76.4MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度125.5～142.3MPa，线变化率±0.01％；1400℃高温抗折强度24.1～26.6MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度113.5～114.9MPa。
实施例3
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以39.0～41.0wt％的高铝矾土、29.0～31.0wt％的煤矸石、15.0～16.0wt％的钒铁渣、8.5～9.0wt％的地开石、3.5～4.0wt％的活性氧化铝微粉和3.0～3.5wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料4.0～4.3wt％的结合剂和0.07～0.08wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为15wt％的铝溶胶。
所述减水剂为木质素磺酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度11.5～13.7MPa，耐压强度70.7～74.1MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度117.2～129.7MPa，线变化率±0.00％；1400℃高温抗折强度23.5～25.7MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度112.5～115.2MPa。
实施例4
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以43.0～45.0wt％的高铝矾土、25.0～27.0wt％的煤矸石、16.0～17.0wt％的钒铁渣、8.0～8.5wt％的地开石、2.0～2.5wt％的活性氧化铝微粉和1.5～2.0wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.8～4.0wt％的结合剂和0.07～0.08wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为5wt％的铝溶胶。
所述减水剂为三聚磷酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度10.9～12.2MPa，耐压强度67.4～71.1MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度108.8～122.7MPa，线变化率±0.02％；1400℃高温抗折强度24.5～26.1MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度106.9～108.5MPa。
实施例5
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以41.0～43.0wt％的高铝矾土、26.5～28.0wt％的煤矸石、17.0～18.0wt％的钒铁渣、7.0～7.5wt％的地开石、2.5～3.0wt％的活性氧化铝微粉和2.5～3.0wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.9～4.1wt％的结合剂和0.05～0.06wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为10wt％的铝溶胶。
所述减水剂为六偏磷酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度12.2～14.5MPa，耐压强度71.1～74.9MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度120.2～137.5MPa，线变化率±0.01％；1400℃高温抗折强度25.9～27.2MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度108.2～110.5MPa。
实施例6
一种中频感应炉用浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先以45.0～47.0wt％的高铝矾土、28.0～29.5wt％的煤矸石、13.0～14.0wt％的钒铁渣、6.5～7.0wt％的地开石、3.0～3.5wt％的活性氧化铝微粉和2.0～2.5wt％的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料4.2～4.5wt％的结合剂和0.06～0.07wt％的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。
所述结合剂是浓度为15wt％的铝溶胶。
所述减水剂为木质素磺酸钠。
本实施例所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度12.8～15.1MPa，耐压强度75.2～79.6MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度127.5～145.8MPa，线变化率±0.01％；1400℃高温抗折强度26.8～28.2MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度115.5～118.2MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式以高铝矾土、煤矸石、钒铁渣、地开石、活性氧化铝微粉和铝酸钙水泥为原料，再外加结合剂和减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料。工艺简单，节能环保。
2、本具体实施方式采用煤矸石替代常规的莫来石，煤矸石的天然微孔结构提高了中频感应炉用浇注料的抗热震性能；所制备的中频感应炉用浇注料经检测：110℃×24h烘后，抗折强度为10.9～15.1MPa，耐压强度为67.4～79.6MPa；1550℃×3h烧后，抗折强度>29.3MPa，耐压强度为108.8～145.8MPa，线变化率±0.02％；1400℃高温抗折强度为22.4～28.2MPa；1100℃水冷热震试验25次后，残余耐压强度为106.5～118.2MPa，性能优于市场同类产品。
3、本具体实施方式采用煤矸石、钒铁渣等大宗固体废弃物，一方面能降低中频感应炉用浇注料的原料成本，实现资源的循环利用，生产成本低，绿色环保；另一方面，钒铁渣中所含的MgO和CaO等杂质，在高温下容易与铝溶胶反应生成微晶尖晶石和六铝酸钙(CA6)等微晶相填充于骨料与基质之间，提高了中频感应炉用浇注料的高温使用性能，延长使用寿命。
4、本具体实施方式采用的地开石作为基质增强剂，一方面地开石的天然微晶有助于基质的抗渣性能提升，另一方面地开石的黏土性质有助于增加浇注料的流动性能，在浇注成型的过程中加快气体的排除，进一步优化基质的致密化程度，从而提升中频感应炉用浇注料的力学性能和抗渣渗透性能。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、节能环保和成本低廉的特点，所制备的中频感应炉用浇注料的抗热震性能优良、力学性能高、抗渣性能好和使用寿命长。

Claims (3)

1.一种中频感应炉用浇注料的制备方法，其特征在于先以35.0~47.0wt%的高铝矾土、25.0~34.0wt%的煤矸石、13.0~19.0wt%的钒铁渣、6.0~9.0wt%的地开石、2.0~5.0wt%的活性氧化铝微粉和1.5~4.5wt%的铝酸钙水泥为原料，再外加所述原料3.5~4.5wt%的结合剂和0.05~0.08wt%的减水剂，混合均匀，制得中频感应炉用浇注料；
所述高铝矾土中：粒径小于8mm且大于等于5mm的颗粒占32~35.0wt%，粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占19.0~22wt%、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占16.0~19wt%、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占8.0~10wt%、粒径小于0.088mm的细粉占18~22.0wt%；所述高铝矾土的主要化学成分是：Al2O3含量≥77.6wt%，SiO2含量≥12.0wt%，Fe2O3含量≤0.2wt%，K2O+Na2O含量≤1.1wt%；
所述煤矸石中：粒径小于5mm且大于等于3mm的颗粒占24~27.0wt%、粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒占35.0~38wt%、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占22.0~25wt%、粒径小于0.088mm的细粉占16.0~19wt%；所述煤矸石的主要化学成分是：Al2O3含量≥44.5wt%，SiO2含量≥42.0wt%，Fe2O3含量≤0.355wt%，K2O+Na2O含量≤1.5wt%，IL≤0.7wt%；
所述钒铁渣为铝热法生产钒钛合金的固体废弃物，其中：粒粒径小于3mm且大于等于1mm的颗粒30~33.0wt%、粒径小于1mm且大于等于0.088mm的颗粒占50.0~54wt%、粒径小于0.088mm的细粉占比15.0~20wt%；所述钒铁渣的主要化学成分是：Al2O3含量≥83.5wt%，MgO含量≥9.0wt%，CaO含量≤5.0wt%，SiO2含量≤0.3wt%，Fe2O3含量≤0.2wt%，IL≤0.2wt%；
所述地开石的粒径小于0.5μm；所述地开石的主要化学成分是：Al2O3含量≥49.7wt%，SiO2含量≥42.0wt%，Na2O含量≤0.71wt%，IL≤0.89wt%；
所述活性氧化铝微粉的粒径小于0.5μm；所述活性氧化铝微粉的主要化学成分是：Al2O3含量≥99.7wt%，Na2O含量≤0.05wt%；
所述铝酸钙水泥的粒径小于0.074mm；所述铝酸钙水泥的主要化学成分是：Al2O3含量≥64.5wt%，Na2O含量≤0.15wt%，IL≤18.9wt%；
所述结合剂是浓度为5wt%的铝溶胶、浓度为10wt%的铝溶胶和浓度为15wt%的铝溶胶中的一种。
2.根据权利要求1所述的中频感应炉用浇注料的制备方法，其特征在于所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和木质素磺酸钠中的一种。
3.一种中频感应炉用浇注料，所述的中频感应炉用浇注料是根据权利要求1~2项中任一项所述的中频感应炉用浇注料的制备方法所制得的中频感应炉用浇注料。
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