CN1208285C - 冲天炉用耐火材料 - Google Patents
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Abstract
冲天炉用耐火材料，以电熔白刚玉为主材，骨料采用四级配料，临界粒度增大至8mm，其配方和粒度为(重量%)：8-5mm的电熔白刚玉骨料22-26%，5-3mm的电熔白刚玉骨料13-17%，3-1mm的电熔白刚玉骨料8-12%，1-0mm的电熔白刚玉、碳化硅骨料10-20%，＞320目的电熔白刚玉细粉8-12%，＞280目的碳化硅粉12-16%，α-Al2O3微粉5-8%，广西泥3-7%，金属硅0.2-1%，石墨1-3%，另外加有热固性树脂结合剂6-10%和金属铝粉0.5-2%，本发明所述的耐火材料不仅耐高温，热振稳定性好，且强度高，耐铁水及溶渣的冲刷及侵蚀、抗渣性能好，使用寿命长，特别适宜作冲天炉内料。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于加热炉及辅助热工设备的耐高温材料，尤其适用于冲天炉内衬的耐高温材料。
技术背景
冲天炉是熔化生铁的热工设备，炉内工作温度高达1400℃-1600℃，炉内衬在周期性的高温溶渣和铁水侵蚀与冲刷和热振动作用下，容易裂纹，产生剥离，传统的冲天炉内衬材质为镁质或镁铬质耐火材料，但因其耐铁水冲刷强度差、抗渣性差，使用效果一直不很理想，近来，有些厂家采用美国联合产品有限公司的126-127#捣打料和修补料以替代镁质或镁铬质耐材，使用寿命得以延长，经产品分析，126-127#捣打料和修补料中除含有主要成份Al2O3、SiO2以外，还含有少量的TiO2、CaO、MgO等金属氧化物，其结合剂采用的是磷酸盐，磷酸盐结合耐火材料在900℃以前有较高的强度，在900℃时基本达到最大值，在1100℃-1300℃时强度有所下降，因为在这个温度范围内Al(H2PO3)3已分解为AlPO4和P2O5，P2O5挥发排除，此时化学结合逐渐减弱，陶瓷结合尚未形成，材料强度的下降最终影响了产品的使用寿命。
发明内容
本发明正是为了克服上述不足，提供一种热振稳定性好、耐铁水冲刷强度高、抗渣性强、使用寿命长的冲天炉用耐火材料。
本发明的创新之处在于耐火材料以电熔白刚玉为主材，配以适量的碳化硅、α-Al2O3微粉和广西白泥，结合剂采用的是热固性树脂，混配时，骨料采用四级配料，临界粒度从一般的5mm增大到8mm，具体地说，冲天炉用耐火材料，其特征在于所说的耐火材料的配方和粒度为(重量％)：
8-5mm的电熔白刚玉骨料 22-26％
5-3mm的电熔白刚玉骨料 13-17％
3-1mm的电熔白刚玉骨料 8-12％
1-0mm的电熔白刚玉、碳化硅骨料 10-20％
＞320目的电熔白刚玉细粉 8-12％
＞280目的碳化硅粉 12-16％
α-Al2O3微粉 5-8％
广西泥 3-7％
金属硅 0.2-1％
石墨 1-3％
外加：
热固性树脂结合剂 6-10％
金属铝粉 0.5-2％
本发明的骨料采用四级配料，临界粒度增大到8mm，添加8-5mm的粗大刚玉后其耐铁水冲刷强度、抗剥落性要比未添加粗大刚玉颗粒的好得多，这可以从对比实验中看到(见表一，表中ASC-1#、ASC-2#分别指该耐火材料的两产品名称)，经显微分析，添加粗大刚玉颗粒后，高温产生的裂纹发生偏移和分岔，使长裂纹得到抑制，使得耐冲刷强度和抗剥落性大幅度提高；电熔白刚玉骨料的四级配料中，各粒度的含量以自然堆积时密度最大为最佳，各颗粒的含量值分别为8-5mm 25％，5-3mm 15％，3-1mm 10％，1-0mm 10％；基料中各细分的粒度限制，则可以提高耐冲刷强度及保证料的均匀致密结构。
表一
| 急热急冷次数 | |||||||||
| 项目 | 1450℃×3h抗折强度Mpa | 1450℃×3h抗折强度MPa | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| ASC-1 | 未添加粗大刚玉 | 6.5 | 52.2 | + | ++ | ++++ | ++++ | ++++++++ | +++++++++++ |
| 添加粗大刚玉 | 10.1 | 70.9 | 0 | 0 | + | ++ | ++ | +++ | |
| ASC-2 | 未添加粗大刚玉 | 5.6 | 50.8 | ++ | ++ | +++++ | ++++++++ | +++++++++ | ++++++++++++ |
| 添加粗大刚玉 | 9.3 | 70.0 | 0 | 0 | 0 | + | ++ | +++ | |
注：0-表示试样完好 +-表示裂纹相对数量
由于冲天炉在生产过程中铁水残留的熔渣对耐火材料的侵蚀和渗透，在配料中添加碳化硅来提高抗渣性，同时由于α-Al2O3微粉的加入，填充了料中的微小气孔，提高了料的致密性，从而抑制熔渣的进一步渗透；由于碳化硅在高温下易氧化分解，为了使耐火材料的抗渣性不受其影响，配料中可同时添加适量的石墨和金属Si来防止SiC的损失，高温下，石墨和金属硅反应生成β-SiC，最终转化成α-SiC，经试验证明，用此措施来预防碳化硅损失的同时，还进一步提高了耐火材料的高温性能和抗渣性，金属硅和石墨在配料中的添加量以0.2～1％和1-3％为佳。
本发明为使耐火材料在最短的时间内达到烧结而致密化，添加有3-7％的广西白泥，广西白泥的加入量不能太大，一般不超过7％，因为广西白泥的这种短时间烧结而致密化作用，只有在高温状态下才产生，若加入太多的广西白泥，其在低温熔化时，会促使材料体积过度膨胀，从而影响耐火材料的强度。
本发明的结合剂采用的是永久结合剂-热固性树脂，其在低、中、高温下均具有良好的结合作用，从而确保了材料的强度，延长耐火材料的使用寿命，树脂的加入量也不能太多，用量大时，耐火材料成型困难，且成型时产生的气孔多，气孔过多则降低了耐火材料的强度，因此作为外加剂的热固性树脂通常控制在主料重量的6-10％之间。
本发明由于在耐火材料中添加有α-Al2O3微粉以填充料中的细小间隙，但其在提高料致密性的同时，会给料带来易爆裂、烘烤时间长等弊病，为了提高料的抗爆裂性能、缩短烘烤时间，在配料时可额外加入适量的金属铝粉，金属铝粉能与水产生放热反应，在加热过程中，金属铝粉与水反应产生的氢气在逸出的同时在料表面形成开口气孔，提高了透气性，使料中的水气易于排出，从而改善抗爆裂性，但金属铝粉的加入量必须限制，加入量过多，反应产生的氢气量大，易使料鼓胀，产生裂纹，因此金属铝粉的加入量不易过大，应控制在主料重量的0.5-2％之间，通过试样在马费炉内处理的试验表明，未添加防爆剂-金属铭粉的试样表面有明显裂纹，而加入金属铝粉的试样则表面平整光滑。
为了控制本发明所述的耐火材料的高温热变性能，提高热振稳定性，本发明配料中还可加入在高温下只有微量膨胀的石英粉，其量一般为1-3％。
本发明外加的结合剂除热固性树脂外，还可加入适量的磷酸盐和/或球状沥青，热固性树脂与磷酸盐、球状沥青的任一种或二种组成的复合结合剂的使用，使耐火材料在低温、中温、高温下的结合性能进一步完善，保证了耐火材料在各阶段的强度，有效地延长了使用寿命，连续使用时间超过56小时，配料时，外加的磷酸盐一般为主料重量的1-3％，球状沥青一般为主料重量的2-5％。
具体实施方式
实施例1，冲天炉用耐火材料，其组份与含量如下(重量配比)：
8-5mm的电熔白刚玉骨料 22份
5-3mm的电熔白刚玉骨料 13份
3-1mm的电熔白刚玉骨料 12份
1-0mm的电熔白刚玉 12份
1-0mm碳化硅骨料 6份
＞320目的电熔白刚玉细粉 8份
＞280目的碳化硅粉 15份
α-Al2O3微粉 7份
广西泥 5份
另外加入：
热固性树脂 10份
实施例2，冲天炉用耐火材料(修补料ASC-1#)，其组份与含量如下(重量配比)：
8-5mm的电熔白刚玉骨料 24份
5-3mm的电熔白刚玉骨料 14份
3-1mm的电熔白刚玉骨料 10份
1-0mm的电熔白刚玉 9份
1-0mm碳化硅骨料 4份
＞320目的电熔白刚玉细粉 12份
＞280目的碳化硅粉 12份
α-Al2O3微粉 6份
广西泥 6份
石墨 2.5份
金属硅 0.5份
另外加入：
热固性树脂 6份
磷酸盐 2份
球状沥青 4份
金属铝 1.5份
实施例3，冲天炉用耐火材料(捣打料ASC-1#)，其组份与含量如下(重量配比)：
8-5mm的电熔白刚玉骨料 25份
5-3mm的电熔白刚玉骨料 15份
3-1mm的电熔白刚玉骨料 10份
1-0mm的电熔白刚玉 10份
1-0mm碳化硅骨料 5份
＞320目的电熔白刚玉细粉 10份
＞280目的碳化硅粉 13份
α-Al2O3微粉 5份
广西泥 3份
石墨 1.3份
金属硅 0.7份
石英粉 2份
另外加入：
热固性树脂 8份
磷酸盐 1份
球状沥青 3份
金属铝 1份
将本发明所述的耐火材料(分捣打料ASC-2#与修补料ASC-1#)与美国公司的126-127#捣打料与修补料特性对比如表二。
表二
| 126# | 127# | ASC-1# | ASC-2# | |
| 临界粒度 | 3mm | 3mm | 8mm | 8mm |
| 结合剂 | 磷酸盐 | 磷酸盐 | 热固性树脂高温沥青磷酸盐 | 热固性树脂高温沥青磷酸盐 |
| Al2O3 | 68.6％ | 67.5％ | 74.96％ | 78.66％ |
| 体积密度g/cm3 | 2.56 | 2.56 | 3.03 | 3.08 |
| 最高使用℃ | 1650 | 1650 | 1730 | 1730 |
| 1450℃×3h烧后线变化％ | -0.82 | -0.8 | -0.55 | -0.35 |
| 110℃×24h烘干强度Mpa | 46.1 | 46.8 | 42.3 | 41.6 |
| 500℃×3h烧后强度Mpa | 52.3 | 51.6 | 48.9 | 48.0 |
| 1100℃×3h烧后强度Mpa | 56.2 | 56.9 | 65.2 | 64.3 |
| 1450℃×3h烧后强度Mpa | 62.1 | 60.8 | 70.9 | 70.0 |
| 连续使用时间(h) | 46-48 | 42-48 | 56-58 | 56-59 |
从此表可知，用本发明所述配料的捣打料和修补实，不仅耐高温，热振稳定性好，且强度高，耐铁水及溶渣的冲刷及侵蚀、抗渣性能好，耐火材料的使用寿命更长，特别适宜作冲天炉内衬。
Claims (5)
1.冲天炉用耐火材料，其特征在于所说的耐火材料的配方和粒度为(重量％)：
8-5mm的电熔白刚玉骨料 22-26％
5-3mm的电熔白刚玉骨料 13-17％
3-1mm的电熔白刚玉骨料 8-12％
1-0mm的电熔白刚玉、碳化硅骨料 10-20％
＞320目的电熔白刚玉细粉 8-12％
＞280目的碳化硅粉 12-16％
α-Al2O3微粉 5-8％
广西泥 3-7％
金属硅 0.2-1％
石墨 1-3％
外加：
热固性树脂结合剂 6-10％
金属铝粉 0.5-2％。
2.根据权利要求1所述的冲天炉用耐火材料，其特征在于电熔白刚玉骨料的四级配比最佳值为8-5mm 25％，5-3mm 15％，3-1mm 10％，1-0mm 10％。
3.根据权利要求1或2所述的冲天炉用耐火材料，其特征在于耐火材料中含有1-3％的石英粉。
4.根据权利要求1或2所述的冲天炉用耐火材料，其特征在于耐火材料外加的结合剂为热固性树脂与磷酸盐、球状沥青的任一种或二种的复合结合剂，磷酸盐的外加重量为1-3％，球状沥青的外加重量为2-5％。
5.根据权利要求3所述的冲天炉用耐火材料，其特征在于耐火材料外加的结合剂为热固性树脂与磷酸盐、球状沥青的任一种或二种的复合结合剂，磷酸盐的外加重量为1-3％，球状沥青的外加重量为2-5％。
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