CN1313261A - 冲天炉用耐火材料 - Google Patents

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、碳化硅任一种或二种骨料10－20%,>320#的电熔白刚玉细粉8－12%,>280#的碳化硅粉12－16%,α－Al₂O₃微粉5－8%,广西泥3－7%,除上述主料外,还外加作结合剂的热固性树脂6－10%,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,特别适宜用作冲天炉内衬。

Description

冲天炉用耐火材料

本发明涉及一种用于加热炉及辅肋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。

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。

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、碳化硅任一种或二种骨料    10-20％

＞320#的电熔白刚玉细粉                        8-12％

＞280#的碳化硅粉                             12-16％

α-Al₂O₃微粉                                5-8％

广西泥                                        3-7％除上述主料外，还外加作结合剂的热固性树脂6-10％。

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编移和分岔，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％；基料中各细粉的粒度限制，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	+	++	+++	+++++	++++++++	+++++++++++
										添加相大刚玉	10.1	70.9	○	○	+	++	++	+++
	ASC-2	未添加粗大刚玉	5.6	50.8	++	++	+++++	++++++++	+++++++++										++++++++++++
添加粗大刚玉										9.3	70.0	○	○	○	+	++	+++

注：○-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-金属铝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％。

下面结合实施例进一步说明本发明。

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的电熔白刚玉骨料  12份

  1-0mm的碳化硅骨料       6份

  ＞320#的电熔白刚玉细粉  8份

  ＞280#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的电熔白刚玉骨料   9份

  1-0mm的碳化硅骨料       4份

  ＞320#的电熔白刚玉细粉 12份

  ＞280#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-2#)，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的电熔白刚玉骨料   10份

  1-0mm的碳化硅骨料        5份

  ＞320#的电熔白刚玉细粉  10份

  ＞280#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，耐火材料的使用寿命更长，特别适宜用作冲天炉内衬。

Claims (6)

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、碳化硅任一种或二种骨料     10-20％

＞320#的电熔白刚玉细粉                         8-12％

＞280#的碳化硅粉                              12-16％

α-Al₂O₃微粉                                 5-8％

广西泥                                         3-7％除上述主料外，还外加作结合剂的热固性树脂6-10％。

2．根据权利要求1所述的耐火材料，其特征在于电熔白刚玉骨料的四级配比最佳值为8-5mm25％,5-3mm15％,3-1mm10％,1-0mm10％。

3．根据权利要求1或2所述的耐火材料，其特征在于耐火材料中含有0.2-1％的金属硅和1-3％的石墨。

4．根据权利要求3所述的耐火材料，其特征在于耐火材料中含有1-3％的石英粉。

5．根据权利要求3或4所述的耐火材料，其特征在于耐火材料中外加有金属铝粉，其含量为主料重量的0.5-2％。

6．根据权利要求5所述的耐火材料，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，磷酸盐的加入量为主料重量的1-3％，球状沥青的加入量为主料重量的2-5％。