CN116639963A - 一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料及其制备方法，所述高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，包括以下组分：电熔棕刚玉45‑55份；碳化硅15‑25份；复合微粉10‑15份；Secar71高铝水泥2‑5份；金属硅粉2‑4份；外加上述原料总量质量分数为1‑3％的高温沥青粉和0.5‑1.5％的CarboresP作为复合碳源，解决了现有技术存在的含碳耐火材料中的碳极易被氧化，降低了浇注料的抗热震性和耐腐蚀性，导致出铁沟浇注料剥落并降低高炉出铁沟的使用寿命问题。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料及其制备方法。
背景技术
中国在高炉炼铁系统中，延长高炉出铁沟浇注料的使用寿命可以有效降低炼铁成本和提高生产效率。因此，它是炼铁工艺中的基础和关键耐火材料之一。由于出铁沟频繁受到高温铁水和熔渣的机械冲蚀和侵蚀，所以出铁沟浇注料必须具有优良的抗热冲击性和抗渣性。
Al2O3-SiC-C浇注料因具有良好的抗侵蚀性和抗热震性等优点，是当今国内外高炉出铁沟工作衬的普遍选择。申请号CN201810306950.5的发明专利实施例提供了一种耐侵蚀的高炉铁沟自流浇注料及其制备方法，该浇注料包括：棕刚玉颗粒40-60份，白刚玉颗粒10-20份，碳化硅粉10-15份，硅微粉3-5份球状沥青3-5份，活性氧化铝微粉5-7份，外加剂1-2份，OP乳化剂0.5-1份，水3.5-4.2份。该发明通过使用OP乳化剂制备Al2O3-SiC-C质铁沟自流浇注料，明显减少了铁沟料的加水量，提高了材料的致密性，增强了铁沟料的抗熔渣侵蚀性能，达到了延长铁沟料的使用寿命，提高了高炉的一次通铁量。申请号201811081169.9的发明专利提供了一种大型高炉出铁沟用高炉出铁沟耐火浇注料的制备方法。采用山西优质高铝矾土(Al2O3≥88％)、电熔棕刚玉、电熔白刚玉及97碳化硅为主要原料，高铝矾土、电熔棕刚玉由一定的颗粒级配组成，以电熔白刚玉粉、煅烧氧化铝粉、95硅微粉、球状沥青、金属硅粉、纯铝酸钙水泥为基质组成，并添加适量的防爆剂和高效分散剂配制而成。上述Al2O3-SiC-C浇注料中，基质碳可以与单质硅反应，生成具有高强度的碳化硅晶须，但含碳耐火材料中的碳极易被氧化，降低了浇注料的抗热震性和耐腐蚀性，导致出铁沟浇注料剥落并降低高炉出铁沟的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料及其制备方法，解决了现有技术存在的含碳耐火材料中的碳极易被氧化，降低了浇注料的抗热震性和耐腐蚀性，导致出铁沟浇注料剥落并降低高炉出铁沟的使用寿命问题。
为了解决该技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，包括以下组分：
电熔棕刚玉45-55份；
碳化硅15-25份；
复合微粉10-15份；
Secar71高铝水泥2-5份；
金属硅粉2-4份；
外加上述原料总量质量分数为1-3％的高温沥青粉和0.5-1.5％的CarboresP作为复合碳源。
优选的，所述复合微粉为Al2O3微粉和硅微粉的混合物。
优选的，所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料包括以下组分：
电熔棕刚玉45-55份；
碳化硅15-25份；
复合微粉10-15份；
Secar71高铝水泥2-5份；
金属硅粉2-4份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1％的CarboresP作为复合碳源。
优选的，所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料包括以下组分：
电熔棕刚玉55份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1％的CarboresP作为复合碳源。
优选的，所述Al2O3微粉为粒度D50＜1.8μm的Al2O3微粉，硅微粉为粒度D50＜1.7μm的硅微粉。
优选的，所述Al2O3微粉和硅微粉的重量比为1:1。
本方案还提供了一种如上述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混；
(3)加入相同量的水湿混；将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得长条试样，经过常温带模养护后，脱模，干燥，烘烤后即可投入使用。
本发明和现有技术相比，具有以下优点：
以2％的高温沥青粉复配1％的CarboresP作为复合碳源制得的棕刚玉基质浇注料,在高炉进行工业试验(其高炉容量为1080立方，其主沟到小坑长15m，渣沟11m,用料65t,使用至下次套拆,共使用123天，一次性不修补情况下平均通铁量在17.9万t以上，综合耐材吨铁消耗量低，经济效益明显。
用于高炉出铁沟，有效提高了其抗渣铁冲蚀能力，使用寿命稳步提高，吨铁成本消耗降低，综合效益得到了有效的提升。该产品用于高炉出铁沟，具有施工性能较好，抗渣铁侵蚀性好、热震稳定性高，环保性好等特点。
由于高温沥青粉及CarboresP作为残碳较高的无定形碳，具有粒度小、形状规则、反应活性大等优点，作为复合碳源其引入在高温下形成的陶瓷相及低熔相的数量控制，使得浇注料具有热震性好，高温蠕变小，与渣铁难润湿。
产品采用铁沟浇注料生产的专用粗粉精细研磨装置，实现混料均匀，改善了浇注料的流动性能，凝结时间得到了有效控制，有助于调节浇注料的施工和脱模时间，已形成了本产品的专有生产技术。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明含不同含量高温沥青粉的试样流动性能；
图2(a)为含不同含量高温沥青粉的试样的体积密度；图2(b)为含不同含量高温沥青粉的试样的显气孔率；
图3为含不同含量高温沥青粉的试样冷态耐压强度；
图4为含不同含量高温沥青粉的试样高温抗折强度；
图5为含不同含量CarboresP的试样的烧后线变化率；
图6为含不同含量CarboresP的试样冷态耐压强度；
图7为含不同含量CarboresP的试样的抗氧化性；
图8为含不同含量CarboresP的试样的高温抗折强度；
图9为无CarboresP试样高温抗折断口显微结构；
图10为添加1％CarboresP试样高温抗折断口显微结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉55份；
碳化硅15份；
复合微粉10份；
Secar71高铝水泥2份；
金属硅粉2份；
外加上述原料总量质量分数为1％的高温沥青粉作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例2
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉50份；
碳化硅20份；
复合微粉15份；
Secar71高铝水泥5份；
金属硅粉4份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例3
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉50份；
碳化硅20份；
复合微粉15份；
Secar71高铝水泥5份；
金属硅粉4份；
外加上述原料总量质量分数为3％的高温沥青粉作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
对比例1
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉55份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例4
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉45份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和0.5％的CarboresP作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例5
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉45份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1％的CarboresP作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例6
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉45份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1.5％的CarboresP作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
实施例2
制作浇注料的原料成分及其含量为：电熔棕刚玉45份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉作为复合碳源。
高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混60s；
加入相同量的水(满足施工要求为标准)湿混120s。将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得尺寸为40mm×40mm×160mm的长条试样，经过常温带模养护24h后，脱模，放入110℃恒温烘箱中干燥24h，然后分别在空气气氛下，加热到1000℃和1500℃，保温3h烧成，然后，随炉自然冷却到室温。
首先，考察高温沥青粉加入量对浇注料常温物理性能的影响。
在相同加水量的条件下，流动值随高温沥青粉加入量的变化见图1。从图1可以看出，浇注料的流动性随着高温沥青粉的增多先变好后变差，当高温沥青粉外加超过2％时，流动性变差。分析主要由于高温沥青粉分散性好，粒度细，加入量不大时，可以填充气孔，减少浇注料的用水量，改善流动性能；加入量进一步增加时，会游离在气孔外，使流动性能变差。
不同温度处理后试样的体积密度和显气孔率随着高温沥青粉加入量的变化见图2。从图2(a)可以看出浇注料在经过110℃×3h、1000℃×3h、1500℃×3h处理后，体积密度都呈现出先增大后减小的趋势，当高温沥青粉外加2％时取得最大值；从图2(b)可以看出，经低、中、高温处理后，试样显气孔率都呈先降低后增高的趋势，当高温沥青粉外加2％时取得最小值。原因是：第一，随着高温沥青粉加入量的增加填充了气孔，结构致密，促进烧结，使得试样的体积密度增大；第二，高温沥青粉代替密度较大的白刚玉粉，使浇注料体积密度减小；同时高温沥青粉引入过多，浇注料流动值下降，结构致密性降低，同样会使体积密度减小，显气孔率增大。
不同温度热处理后试样的常温耐压强度随髙温沥青粉加入量的变化见图3。从图3可以看出：随髙温沥青粉加入量的增加，110℃干燥后试样的常温耐压强度变化不明显；1000℃和1500℃烧后试样的常温耐压强度呈现先增后降的趋势，并且在高温沥青粉加入2％时最大。这是由于高温沥青粉是一种无定型碳，合适的加入量可以很好的分散在浇注料中，填充气孔，促进制品的致密化和烧结。
高温沥青加入量对浇注料高温抗折强度的影响如图4所示。从图4可以看出，随着高温沥青粉加入量的增多，试样的高温抗折强度增大，当高温沥青粉加入量超过2％时，强度增加不大。这与高温下坯体致密化和良好的莫来石晶相形成有关，对改善浇注料的高温抗折强度有利。
以上结果表明，在铁沟浇注料中加入不同量的高温沥青粉，可使浇注料的流动性能、体积密度、强度改善，当加入量为2％时，浇注料具有最佳的综合性能。因此，在本项目产品中高温沥青粉的最佳加入质量分数为2％。
其次，考察CarboresP加入量的确定加入量对浇注料常温物理性能的影响。
1000℃和1500℃烧后试样线变化率随着CarboresP加入量的变化见图5。从图5可以看出：浇注料在经过1000℃×3h、1500℃×3h烧后，线变化率均为正值，试样均表现为膨胀；随CarboresP加入量的增大，1000℃烧后试样的线膨胀率逐渐增大，分析原因：C与Si在800～1000℃原位反应生成SiC初晶而产生膨胀。随CarboresP加入量增加，反应生成的碳化硅增多，膨胀量相应增大。1500℃烧后试样的线膨胀率呈现先增大后减小的变化趋势，浇注料在CarboresP外加1％时，线变化率最大。在CarboresP加入量为0-1％段线膨胀率的增大既与生成SiC有关，也与Al2O3与SiO2发生莫来石反应有关，产生的体积膨胀；在在CarboresP加入量为1.5％时线膨胀率减小的原因与结构致密性降低有关。
不同温度热处理后，试样的常温耐压强度随CarborasP加入量的变化见图6。由图6可以看出：随着CarborasP加入量的增加，110℃试样的常温耐压强度变化不明显；1000℃和1500℃烧后试样的常温耐压强度呈现先增后降的趋势，并且在CarborasP加入1％时最大。干燥后的浇注强度主要来源于基质中水泥与复合微粉的结合，CarboresP的增加导致了浇注料流动性能的变化，影响了浇注料的体积致密度；而烧后浇注料的强度主要受试样在高温下形成的陶瓷相及低熔相的数量控制，CarboresP中含有低熔点物质，当加入过多时,会导致试样在高温下生成的低熔点物相多,且残余的碳素在高温下氧化也导致了试样结构疏松，进而影响强度。经过分析发现，浇注料在CarboresP加入量为1％时，浇注料在各温度处理后的强度最好。
经1000℃×3h、1500℃×3h处理后试样断面(40mm×40mm)形貌如图7所示。从图7中可以看出，1500℃的氧化程度小于1000℃的氧化程度，主要因1500℃处理后，试样表面形成更致密的氧化膜，缓解了氧化程度。其中CarborasP加入量在1％和1.5％时，试样的抗氧化性能相当。这主要是因为在高温下CarborasP逐步碳化，且其陶瓷挥发份渗入材料的空隙中堵塞气孔，因而加入适量的CarborasP可以提高铁沟浇注料致密度和抗氧化性能。
CarboresP加入量对浇注料高温抗折强度的影响如图8所示。如图8所示，随着CarboresP加入量超过1％时，强度增加不明显。图9是不添加CarboresP试样高温抗折断口显微结构照片；图10是添加1％CarboresP试样高温抗断口显微照片，可见图10形成了更加致密的结构。经试验对比分析，添加1％的CarboresP可以形成更加致密的莫来石晶相，改善高温抗折性能。
通过上述试验综合分析，在Al2O3-SiC-C铁沟系统中，高温沥青粉加入2％,配合CarboresP的最佳加入量为1％，可以获得最佳的综合性能。
在研究结果的基础上，以2％的高温沥青粉复配1％的CarboresP作为复合碳源制得的棕刚玉基质浇注料,在高炉进行工业试验(其高炉容量为1080立方，其主沟到小坑长15m，渣沟11m,用料65t,使用至下次套拆,共使用123天，一次性不修补情况下平均通铁量在17.9万t以上，综合耐材吨铁消耗量低，经济效益明显。
用于高炉出铁沟，有效提高了其抗渣铁冲蚀能力，使用寿命稳步提高，吨铁成本消耗降低，综合效益得到了有效的提升。该产品用于高炉出铁沟，具有施工性能较好，抗渣铁侵蚀性好、热震稳定性高，环保性好等特点。
由于高温沥青粉及CarboresP作为残碳较高的无定形碳，具有粒度小、形状规则、反应活性大等优点，作为复合碳源其引入在高温下形成的陶瓷相及低熔相的数量控制，使得浇注料具有热震性好，高温蠕变小，与渣铁难润湿。
产品采用铁沟浇注料生产的专用粗粉精细研磨装置，实现混料均匀，改善了浇注料的流动性能，凝结时间得到了有效控制，有助于调节浇注料的施工和脱模时间，已形成了本产品的专有生产技术。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，包括以下组分：
电熔棕刚玉45-55份；
碳化硅15-25份；
复合微粉10-15份；
Secar71高铝水泥2-5份；
金属硅粉2-4份；
外加上述原料总量质量分数为1-3％的高温沥青粉和0.5-1.5％的CarboresP作为复合碳源。
2.根据权利要求1所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，所述复合微粉为Al2O3微粉和硅微粉的混合物。
3.根据权利要求1所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，包括以下组分：
电熔棕刚玉45-55份；
碳化硅15-25份；
复合微粉10-15份；
Secar71高铝水泥2-5份；
金属硅粉2-4份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1％的CarboresP作为复合碳源。
4.根据权利要求1所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，包括以下组分：
电熔棕刚玉55份；
碳化硅20份；
复合微粉12份；
Secar71高铝水泥3份；
金属硅粉3份；
外加上述原料总量质量分数为2％的高温沥青粉和1％的CarboresP作为复合碳源。
5.根据权利要求2所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，所述Al2O3微粉为粒度D50＜1.8μm的Al2O3微粉，硅微粉为粒度D50＜1.7μm的硅微粉。
6.根据权利要求5所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料，其特征在于，所述Al2O3微粉和硅微粉的重量比为1:1。
7.一种如权利要求1-6所述的高炉出铁场铁沟用耐火浇注料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原料中的电熔棕刚玉、碳化硅、Secar71高铝水泥、复合微粉检测后进行预混合；
(2)将上述原料与CarboresP、高温沥青粉进行干混；
(3)加入相同量的水湿混；将物料搅拌均匀，在振动台上震动成型，制得长条试样，经过常温带模养护后，脱模，干燥，烘烤后即可投入使用。
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| CN202310742200.3A CN116639963A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 一种高炉出铁场铁沟用耐火浇注料及其制备方法 |
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| 杨强等: "复合碳源对铁沟浇注料性能的影响", 工业加热, vol. 49, no. 20, 31 December 2020 (2020-12-31), pages 19 - 23 * |
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