用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法，它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成。本发明专利技术通过铁线浇注料和渣线浇注料的原材料与组分配比的优化，达到铁沟分区耐火材料衬使用功能匹配，改善铁沟浇注料衬的综合使用性能，降低耐火材料消耗成本与环境污染、提高铁沟综合使用性能、延长铁沟使用寿命等综合目的。

Composite carbon fiber reinforced pouring material used for iron groove partition and preparation method thereof

The invention discloses a reinforced castable and its preparing method for carbon fiber composite trough partition, it includes iron casting material and slag line castable, the wire castable material poured into the main trench below the waterline iron trough of blast furnace lining and ditch lining; the pouring material for slag line the main channel lining pouring in iron blast furnace trough above the waterline; wire wire composed of castable castable material and additive; slag line composed of castable castable material and admixture of slag line. Optimization of ratio of raw materials and the distribution group through the wire and slag line castable castable, achieve the function matching of lining iron ditch partition refractory materials, improve the comprehensive use of iron trough castable lining performance, reduce the consumption of refractory material cost and environmental pollution, improve the comprehensive use of iron ditch performance and prolong the service life of iron trough general purpose etc..

【技术实现步骤摘要】
用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法
本专利技术涉及用于高炉炼铁的耐火材料领域，具体地指一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法。
技术介绍
高炉出铁沟是高炉出铁过程中引导高温铁水和熔渣流动的通道，因而，高炉出铁沟内衬在实际生产过程中与高温铁水、熔渣直接接触，承受流动铁水和熔渣的冲刷、磨损、化学侵蚀以及频繁交替出铁引起的急冷急热，导致铁水和熔渣对耐火材料表层的冲刷磨损、侵蚀熔损、应力裂纹、渗透和结构破损。因此，对高炉出铁沟用耐火材料的高温力学强度、耐化学侵蚀性和热震稳定性提出了严格的技术要求。随着高炉冶炼技术的不断发展，高炉向大型化、高效化、自动化和长寿命方向发展，单次出铁量与出铁流速增大、出铁时间延长，出铁温度上升，导致铁沟使用工况条件不断恶化，加剧了出铁沟耐火材料的损毁进程及其长寿化的难度。为此，国内学者在高炉出铁沟用Al2O3～SiC～C质浇注料的性能改进方面做了大量的工作，并大力地推进了我国高炉铁沟长寿化的技术进步，如：“一种Al2O3～SiC～C质铁沟浇注料及其制备方法”(CN103011868A)专利技术公开了一种添加催化剂的铁沟浇注料的制备方法，此方法利用高温下催化剂的作用原位生成碳晶须从而提高铁沟料的高温使用性能，碳晶须具有强度和弹性模量高、耐高温、耐腐蚀等优点，能够提高铁沟浇注料的使用性能以及延长使用寿命，但其主要缺陷在于碳晶须的生成量有限，催化剂的价格昂贵，不利于实现工业化生产。“一种含碳纤维的高炉出铁沟用浇注料及其制备方法”(CN104072177A)公开了一种碳纤维添加量为0.2～0.6wt％的铁沟浇注料及其制备方法，主要碳源仍为球状沥青，其中，碳纤维是经纤维开纤工艺制成碳纤维单丝，再在惰性气氛下进行TiO2溶胶浸渍改性；因而，浇注料制备工艺复杂，也未提供碳纤维均匀分散的具体方法。“改良的高炉出铁沟用耐火浇注料”(CN1260372C)公开了一种主骨料由致密电熔刚玉、烧结板状刚玉和电熔棕刚玉构成的铁沟浇注料，通过三种刚玉的互补协调作用，改善浇注料热震稳定性，减少浇注料热震裂纹与剥落破损，但对其他组分公开不充分，也未充分公开其他性能指标情况，不利于技术的大规模推广。由中大型高炉出铁过程可知，铁水与炉渣从出铁口一同排入储铁式主沟，经过主沟敝渣器实现渣铁分离，此后，铁水再经过支沟流入铁水罐，熔渣经过渣沟进入冲渣装置，因而，高炉铁沟包括主沟和支沟，其中，储铁式主沟耐火材料衬以铁水线为分界线，铁水线以下的耐火材料衬与铁水接触，而铁水线以上则与高炉熔渣或大气接触，由此可见，两个区域的耐火材料衬的工况条件差异较大、损毁机理不同，因而对耐火材料的使用性能要求也应不同。根据相关资料与专利报道，目前高炉出铁沟耐火材料衬普遍整体采用Al2O3～SiC～C质浇注料，未能按照不同区域进行区分，导致出铁沟铁水线上下区域的耐火材料衬破损状况显著差异，尤其是铁水线以上的渣线部位，熔渣侵蚀、热震龟裂、裂纹渗透破损尤为严重，往往因渣线损毁严重而终止使用，严重制约了铁沟综合使用性能的发挥，缩短了铁沟的使用寿命，造成耐火材料消耗成本虚高；此外，目前高炉出铁沟普遍采用的Al2O3～SiC～C质浇注料，主要原料为高纯度刚玉，主要碳源是球状沥青，且最大粒度达1mm；虽然这些主要原材料为浇注料提供了优良的高温性能与抗侵蚀性能，但高纯度刚玉质材料价格高，不利于浇注料的低成本化，也不利于浇注料使用工况条件下的陶瓷结合的形成与热震稳定性的改善；同时，球状沥青在烘烤过程中会释放有毒烟雾，形成黄烟，造成环境污染；热裂解后的残碳含量低、抗氧化性能较差、残留孔洞大，并且，在浇注料烘烤过程中，球状沥青软化渗透，造成浇注料通孔堵塞、烘烤水蒸汽排出困难，易产生浇注体爆裂，不利于铁沟的长寿化。由此可见，根据铁沟不同区域使用工况条件，开发不同类别的铁沟浇注料，以满足铁沟不同区域的使用性能要求，是延长铁沟整体使用寿命、降低耐火材料消耗成本、改善操作环境的重要手段。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的缺陷，提供了一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料及其制备方法，其具有原材料来源广泛、成本低廉、高温力学强度大、耐化学侵蚀性能优、热震稳定性好和使用寿命长等特点。为实现上述目的，本专利技术提供的一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；所述铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述铁线浇注料主料的原料按重量百分比计由22～27％的特级高铝熟料、22～27％的二级棕刚玉、15～20％的一级棕刚玉、15～20％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；所述渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述渣线浇注料主料由28～38％的一级棕刚玉、22～27％的致密电熔刚玉、23～27％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成。进一步地，所述外加剂由长短切碳纤维、碳纤维粉、金属硅粉、球状沥青、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素粉、有机硅消泡剂粉、三聚磷酸钠和减水剂FS20组成，其中，铁线浇注料主料/渣线浇注料主料与外加剂各组分的重量比依次为100份的铁线浇注料主料/渣线浇注料主料∶0.15～0.5份长短切碳纤维∶0.3～1.5份的碳纤维粉∶2～3.5份的金属硅粉∶0～2份的球状沥青∶0.1～0.2％的聚丙烯纤维∶0.01～0.03份的羧甲基纤维素粉∶0.01～0.05份的有机硅消泡剂粉∶0.1～0.2份的三聚磷酸钠∶0.05～0.15份的减水剂FS20。再进一步地，所述铁线浇注料主料中，特级高铝熟料中Al2O3含量≥88％，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为13～17％、3～7％和3～7％。再进一步地，所述铁线浇注料主料中，二级棕刚玉中Al2O3含量≥90％，二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％、3～7％和6～10％。再进一步地，所述铁线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～8％。再进一步地，所述渣线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm和3mm≤粒度≤5mm两个级配；两个级配的一级棕刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为20～25％和8～15％。再进一步地，所述渣线浇注料主料中，致密电熔刚玉中Al2O3含量≥98.6％；致密电熔刚玉按粒度大小分为1mm＜粒度≤3mm、0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目三个级配；三个级配的致密电熔刚玉占渣线浇注料主料总重量的百分数分别为5～10％、8～12％和5～8％。再进一步地，所述碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；所述铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述铁线浇注料主料的原料按重量百分比计由22～27％的特级高铝熟料、22～27％的二级棕刚玉、15～20％的一级棕刚玉、15～20％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α‑Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；所述渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述渣线浇注料主料由28～38％的一级棕刚玉、22～27％的致密电熔刚玉、23～27％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α‑Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：它包括铁线浇注料和渣线浇注料，所述铁线浇注料为浇筑于铁水线以下高炉出铁沟的主沟内衬和支沟内衬；所述渣线浇注料为浇筑于铁水线以上高炉出铁沟的主沟内衬；所述铁线浇注料由铁线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述铁线浇注料主料的原料按重量百分比计由22～27％的特级高铝熟料、22～27％的二级棕刚玉、15～20％的一级棕刚玉、15～20％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成；所述渣线浇注料由渣线浇注料主料和外加剂组成；其中，所述渣线浇注料主料由28～38％的一级棕刚玉、22～27％的致密电熔刚玉、23～27％的碳化硅、2～5％的氧化硅微粉、5～10％的α-Al2O3微粉和4～6％的纯铝酸钙水泥组成。2.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述外加剂由长短切碳纤维、碳纤维粉、金属硅粉、球状沥青、聚丙烯纤维、羧甲基纤维素粉、有机硅消泡剂粉、三聚磷酸钠和减水剂FS20组成，其中，铁线浇注料主料/渣线浇注料主料与外加剂各组分的重量比依次为100份的铁线浇注料主料/渣线浇注料主料∶0.15～0.5份长短切碳纤维∶0.3～1.5份的碳纤维粉∶2～3.5份的金属硅粉∶0～2份的球状沥青∶0.1～0.2％的聚丙烯纤维∶0.01～0.03份的羧甲基纤维素粉∶0.01～0.05份的有机硅消泡剂粉∶0.1～0.2份的三聚磷酸钠∶0.05～0.15份的减水剂。3.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，特级高铝熟料中Al2O3含量≥88％，特级高铝熟料按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的特级高铝熟料占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为13～17％、3～7％和3～7％。4.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，二级棕刚玉中Al2O3含量≥90％，二级棕刚玉按粒度大小分为5mm＜粒度≤8mm、3mm＜粒度≤5mm和1mm≤粒度≤3mm三个级配；三个级配的二级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％、3～7％和6～10％。5.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述铁线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为0.15mm＜粒度≤1mm和粒度为325目两个级配；两个级配的一级棕刚玉占铁线浇注料主料总重量的百分数分别为8～12％和5～8％。6.根据权利要求1所述用于出铁沟分区的复合碳纤维增强浇注料，其特征在于：所述渣线浇注料主料中，一级棕刚玉中Al2O3含量≥95％，一级棕刚玉按粒度大小分为5mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳德刚，欧阳思，李远兵，罗安智，张爱平，罗巍，
申请(专利权)人：武汉钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42