CN1451634A - 一种用于炼铁高炉的氮化硅刚玉质浇注耐火材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种炼铁高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，由下列物料组成：按质量计，60～85％的耐火材料骨料，如：白刚玉、致密刚玉、板状刚玉、棕刚玉等，3～20％的氮化硅粉，3～15％的氧化铝微粉，0.6～12％的纯铝酸钙或高铝质水泥结合剂，0～8％的碳化硅，0～8％的金属粉，如：金属硅粉和金属铝粉，0.5～1.5％的分散性氧化铝(或1～5％的硅灰及0.05～0.5％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠)。上述配合料，在加入3.3～6％清洁水混合后，可以在高炉现场浇注施工或预制成耐火器件。此材料具有优异的抗渣侵蚀率、铁水熔损指数和抗碱性指标，适合作为炼铁高炉耐火内衬使用。

Description

一种用于炼铁高炉的氮化硅刚玉质浇注耐火材料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，特别是提供了一种用于炼铁高炉的氮化硅刚玉质浇注耐火材料，尤其适合于不定形耐火材料。
背景技术：
我国早期高炉用耐火材料的主要材质为刚玉和刚玉莫来石，这种材质的主要缺点就是抗渣铁和抗碱性能较差，虽然导热率(3w/m·k左右)较小，但侵蚀较快，炉衬很快就变薄，故一般只适合于炉底部位。
随后出现了刚玉碳化硅复合砖，这种材料就其本身的材质而言，导热率增加(4w/m·k左右)不多，而抗渣、抗碱性有所提高。
20世纪末期出现Sialon结合刚玉砖后，人们普遍认为是种优良的高炉用耐火材料，然而由于原材料成本较高，氮化烧成工艺复杂，氮化窑炉投资大，因而制品价格过高；加之在烧制大规格制品时，内部氮化难以完全，影响了产品的质量稳定性，因此难以制成大规格制品。
2000年开发了塑性相复合刚玉制品，其主要特点是：a)应用了金属的延性，使成型转变为塑性成型，提高坯体致密性，而且保留于制品内部的金属增加了材料的韧性；b)在炉内处于砖体表面的金属可在材料表面自动形成致密的氮、碳化合物抗渣层。而在铁水中，又是以刚玉表面出现，具有良好的抗铁水侵蚀性能。使得抗渣、铁侵蚀性能均优良，而可适用于较宽的范围内；c)金属相在使用时的自发反应，使之具有自修复能力。以上特点，使得砖的内在质量相当于Sialon结合刚玉砖。塑性相复合刚玉砖的价格较低，其质量完全可与Siaoln结合刚玉砖相媲美，并已得到广泛应用。
上述耐火材料制品，都是烧成制品，因为烧成工艺的限制难以制成大规格的制品，因而炼铁高炉砌筑时，形成的砖缝多，不利于炉衬的整体性。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种以氮化硅和刚玉为基本组成的耐火材料，特别是一种不定形耐火材料，适用于炼铁高炉内衬.由于氮化硅的加入，使材料具有优异的抗渣侵蚀率、铁水熔损指数和抗碱性指标。
本发明以刚玉和氮化硅为主要原料，组分比例按质量计，耐火材料骨料含量为60～85％，氮化硅粉含量为3～20％，氧化铝微粉含量为3～15％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为0.6~12％，碳化硅含量为0～8％，金属粉含量为0～8％，分散性氧化铝含量为0.5~1.5％；上述配合料，在加入3.3~6％清洁水混合后，浇注施工。组分比例的优先选择范围：耐火材料骨料含量为68～72％，氮化硅粉含量为6~14％，氧化铝微粉含量为10～13％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为1～3％，碳化硅含量为0～6％，金属粉含量为0～2％，分散性氧化铝含量为0.7～1.0％。
本发明所述的耐火材料骨料为白刚玉或致密刚玉、板状刚玉、棕刚玉，所述的金属粉为金属硅粉或金属铝粉。
本发明中0.5～1.5％的分散性氧化铝可以用1～5％的硅灰及0.05～0.5％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠代替。代替后，组分比例的优先选择范围：耐火材料骨料含量为68～72％，氮化硅粉含量为6～15％，氧化铝微粉含量为5～8％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为0.8～1.5％，碳化硅含量为0～6％，金属粉含量为0～2％；2～3％的硅灰及0.1～0.15％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠。
具体工艺流程如图1所示。
1.原料配合比：按质量计，a)其最佳配合60～85％的耐火材料骨料，如：白刚玉、致密刚玉、板状刚玉、棕刚玉等，3～20％的氮化硅粉，8～13％的氧化铝微粉，0.6～12％的纯铝酸钙或高铝质水泥，0～8％的碳化硅，0～8％的金属粉，如：金属硅粉和金属铝粉，1～5％的硅灰及0.05～0.3％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠。上述配合料，在加入3.3～6％清洁水混合后，浇注施工。b)其最佳配合比是，68～72％的耐火材料骨料，如：白刚玉、致密刚玉、板状刚玉、棕刚玉等，6～15％的氮化硅粉，5～8％的氧化铝微粉，0.8～1.5％的纯铝酸钙或高铝质水泥，0～6％的碳化硅，0～2％的金属粉，如：金属硅粉和金属铝粉，2～3％的硅灰及0.1～0.15％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠。
2.配料与混合：按上述配合比计量配料，计量精度≥0.5％，称好的物料在投入混合机内，混合机可以是行星式混合机、强制逆流混合机、强制搅拌机等等，加料顺序为先加骨料，后加粉料及外加剂，外加剂是指硅灰、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和分散性氧化铝。根据混合机的类型，混合时间在4～25分钟之间，例如用行星式混合机混合10分钟。
3.成型：加入洁净的自来水，进行搅拌，搅拌时间根据观察物料的流变性来确定，但不能少于5分钟。如果制造预制器件，则采用下面步骤，采用振动台或振动棒成型，振动时间以表面泛浆为准。振动结束后用抹刀将表面处理平整。如果现场浇注炼铁高炉整体内衬，则采用一下步骤，在高炉内放入成型模具，放入搅拌好物料，振动成型，振动时间以表面泛浆为准。
4.养护及脱模：成型后在空气中进行自然养护。脱模后再经24h以上的自然养护，进行烘烤。
5.烘烤：经养护后的预制器件进入干燥窑中进行烘烤，整体衬直接在高炉内烘烤，烘烤曲线见附图2。
6.预砌：烘烤后的预制器件一经冷却即可进行预组装。
本发明的优点在于：浇注耐火材料用于炼铁高炉内衬，可以浇注预制成各种规格、异形和大型耐火器件，砌筑在高炉内，或现场直接浇注在高炉内。可以大大减少砌筑砖缝，提高了炉衬的整体性，有利于提高炼铁高炉的服役寿命。并具有制造工艺简单，投资少，生产周期短。
附图说明
图1是本发明的一种生产工艺流程图。
图2是本发明的一种烘烤升温曲线。
具体实施方式：下表列出了炼铁高炉的氮化硅刚玉质浇注耐火材料的实施例(按质量百分数计)：
    实施例     1     2     3   4     5     6
棕刚玉原料   8-5mm     25     25     25   25     25白刚玉     25
  5-3mm     15     15     15   15     15白刚玉     15
  3-1mm     15     15     15   15     15白刚玉     15
  1-0mm     15     15     15   15   15板状刚玉     15
    白刚玉   1-0mm     -      -      -   -       -     -
  200目     7     4      -   10     6     12
Si3N4粉   200目     6     9     6   6     14     -
  320目     -     -     -   -      -     -
SiC粉   1-0mm     -     -     -   -      -     -
  180目     -     -     6   4      -     8
    金属S粉     2     2     2   1      -     -
    CTC50     13     13     14   -      -     -
    CL370     -     -     -   6      6     6
    971U     -     -     -   2.5      2.5     2.5
    CA Secar71     2     2     2   1.5      1.5     1.5
    ADS1+ADW1    0.8     0.8    0.8     -      -     -
三聚磷酸钠+六偏磷酸钠     -      -     -   0.12      0.12     0.12
    加水量    3.8     4.0    4.0   3.5      3.5     3.5
化学成分，％   Al2O3    86.5     83.5    80.7   81.5      81.5     85.5
    N    2.1     3.2    2.1   2.1      5.05     -
    SiC     -      -    5.8   3.8      -     7.8
耐压强度，MPa   10℃×24h    75.8     70.4    72.6   68.5      66.9     74.2
  500℃×3h    182.6     172.5    176.3   179.2      172.8     178.9
  体积密度，g/cm3   10℃×24h    3.42     3.34    3.38   3.33      3.26     3.38
  1500℃×3h    3.36     3.30    3.32   3.28      3.22     3.33
  显气孔率，％   110℃×24h    7.3     8.1    8.0   8.6      9.2     8.2
  500℃×3h    8.9     9.2    8.9   9.4      10.0     9.0
注：CTC50和CL370为Alcoa公司活性氧化铝，ADS1和ADW1为Alcoa公司分散性氧化铝，971U为Elkem公司硅灰，CA Secar71为Lafarged公司的铝酸钙水泥。

Claims (5)

1、一种炼铁高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，以耐火材料骨料和氮化硅为主要原料，其特征在于：组分比例按质量计，耐火材料骨料含量为60～85％，氮化硅粉含量为3～20％，氧化铝微粉含量为3～15％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为0.6～12％，碳化硅含量为0～8％，金属粉含量为0～8％，分散性氧化铝含量为0.5~1.5％；上述配合料，在加入3.3～6％清洁水混合后，浇注施工。
2、按照权利要求1所述的高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，其特征在于：所述的耐火材料骨料为白刚玉或致密刚玉、板状刚玉、棕刚玉，所述的金属粉为金属硅粉或金属铝粉。
3、按照权利要求1或2所述的高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，其特征在于：0.5～1.5％的分散性氧化铝可以用1～5％的硅灰及0.05～0.5％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠代替。
4、按照权利要求1或2所述的高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，其特征在于：组分比例的优先选择范围：耐火材料骨料含量为68～72％，氮化硅粉含量为6～14％，氧化铝微粉含量为10～13％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为1～3％，碳化硅含量为0～6％，金属粉含量为0～2％，分散性氧化铝含量为0.7～1.0％。
5、按照权利要求1或3所述的高炉用氮化硅刚玉质浇注耐火材料，其特征在于：组分比例的优先选择范围：耐火材料骨料含量为68～72％，氮化硅粉含量为6～15％，氧化铝微粉含量为5～8％，纯铝酸钙或高铝质水泥含量为0.8～1.5％，碳化硅含量为0～6％，金属粉含量为0～2％；2～3％的硅灰及0.1～0.15％的三聚磷酸钠或/和六偏磷酸钠。
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