一种高炉冷却壁高强复合材料、制备方法及其在保护冷却壁中的应用技术

本发明专利技术公开了一种高炉冷却壁高强复合材料、制备方法及其在保护冷却壁中的应用。该炉冷却壁高强复合材料复合纤维材料及氮化铝微粉、高纯碳化硅、莫来石、氧化铝粉、硅微粉、蒙脱石、绢云母、结合剂和减水剂复合料制备而成。实践证明该复合材料具有良好的导热性能可以将热量及时传递给冷却壁，使热面温度明显降低，形成稳定的渣皮，且不易脱落，即对于冷却壁的热面能够很好地形成渣皮，可以防止渣皮脱落，实现永久稳定的渣皮，大幅提高冷却壁的使用寿命。施工和易性好，通过泵送自流成型，无需震动，即可在冷却壁镶嵌槽形成致密高强的整体。在保护高炉冷却壁中具有很好的应用前景。

A High Strength Composite Material for BF Cooling Stave, Its Preparation Method and Application in Protection of Cooling Stave

The invention discloses a high-strength composite material for blast furnace cooling stave, a preparation method and its application in protecting cooling stave. The furnace cooling stave high strength composite fiber material and aluminum nitride powder, high purity silicon carbide, mullite, alumina powder, silicon powder, montmorillonite, sericite, binder and water reducer compound were prepared. Practice has proved that the composite material has good thermal conductivity and can transfer heat to the cooling stave in time, which can significantly reduce the temperature of the hot surface and form a stable slag skin, and is not easy to fall off. That is to say, the hot surface of the cooling stave can form a good slag skin, which can prevent the slag skin from falling off, achieve permanent and stable slag skin, and greatly improve the service life of the cooling stave. Construction and ease of operation are good, through self-flow forming by pumping, without vibration, it can form a compact and high-strength whole in the cooling stave inlay groove. It has a good application prospect in protecting the cooling stave of blast furnace.

【技术实现步骤摘要】
一种高炉冷却壁高强复合材料、制备方法及其在保护冷却壁中的应用
本专利技术属于耐火材料
具体涉及一种高炉冷却壁高强复合材料。
技术介绍
炼铁高炉组成部件较多，其中，冷却壁作为众多组成部件之一，在炉型稳定、高炉使用时间延长方面起到了重要作用。冷却壁在高炉中起到的主要作用就是确保炉型的稳定和炉况完好，消除热应力并使炉衬远离炉内高温区，延长高炉寿命。冷却壁按本体结构形式分为光面冷却壁和镶砖冷却壁。其中，镶砖冷却壁主要用在风口带以上，使用工况复杂、设计结构复杂、对于材质要求较高，且铸造难度大。现有技术中大多是利用冷却壁热面整体进行镶嵌或砌筑耐火镶嵌砖，镶砖的制作工艺比较复杂，多采用碳化硅砖和磷酸浸渍粘土砖，且耐火砖镶嵌砖主要由冷却壁镶嵌砖槽提供应力支撑，在冶炼中就容易造成热应力破坏，砌筑施工需要用耐火泥浆(碳化硅质和磷酸粘土质)，造成镶嵌砖之间不能形成一个有效整体，存在砌筑缝隙，无法避免侵蚀性破坏。
技术实现思路
本专利技术针对的技术问题是：现有技术中冷却壁在冶炼中容易造成热应力破坏，镶嵌砖砌筑存在砌筑缝隙，无法避免对于冷却壁的侵蚀性破坏，挂渣皮性能不好，不能对冷却壁形成较好的保护。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高炉冷却壁高强复合材料。该冷却壁浇注料可以实现整体浇筑施工，与冷却壁形成紧密结合体，提高冷却壁的使用寿命，维护高炉操作炉型的稳定性。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种高炉冷却壁高强复合材料，该复合材料由组份A与组份B制备而成，所述组份A的质量百分比为55～65％，所述组份B的质量百分比为35～45％；所述的组份A为复合纤维材料；所述的组份B由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂＜5％和减水剂＜2.5％。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的组份B由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂3～5％和减水剂0.5～2.5％。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的复合纤维材料为碳复合纤维材料；所述碳复合纤维材料的抗拉强度为3200Mpa，抗拉弹性模量为33000～40000Mpa。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述氮化铝微粉的粒径为2um，比表面积为42m2/g，体积密度0.15g/cm3；氮化铝微粉中AlN的质量百分含量＞99.9％。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的高纯碳化硅粒径为0～3mm；其中，SiC含量≥98.5％，固定碳C含量≤0.02％，Fe2O3的质量百分含量≤0.6％；所述莫来石的粒径为0～10mm，体积密度为2.5～2.7g/cm3；莫来石中Al2O3的质量百分含量为41～47％，SiO2的质量百分含量为50～54％，Fe2O3的质量百分含量≤0.7％，TiO2的质量百分含量≤0.5％。耐火度要求≥1790℃。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的莫来石选自高岭石，经过以下方法制备得到：将选取的高岭石生料采用球磨机进行粉碎；将粉碎后放入回转窑或隧道窑中进行煅烧：窑温度由室温升温至600℃时的升温速率为5℃/min；然后以2℃/min的升温速率由600升温至1000℃，再以3℃/min的升温速率由1000℃升温至1500℃，升温至1500℃后、在该温度下保温4小时，保温结束后随炉冷却至室温，得到莫来石。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述氧化铝粉的粒径为2um，体积密度为3.0g/cm3；氧化铝粉中，Al2O3的含量≥95％，α-Al2O3的含量≥90％，Fe2O3的质量百分含量≤0.2％，Na2O的含量≤0.4％；所述硅微粉的粒径为180目，体积密度2.56g/cm3；硅微粉中SiO2的含量≥95.5％，Na2O的含量≤0.005％，K2O的含量≤0.01％，Fe2O3的质量百分含量≤0.12％。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述蒙脱石粒度为2～4mm，密度2.1～2.5g/cm3；所述绢云母粒度为1250目；绢云母中SiO2的质量百分含量为45～66％，Al2O3的含量14～17％，Fe2O3的质量百分含量1～2％，K2O的质量百分含量3～5％，H2O的含量4～6％，S、P的质量百分含量＜0.025％。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述结合剂为硅凝胶颗粒或铝酸盐水泥；所述减水剂为萘磺酸盐减水剂或聚羧酸系减水剂；优选的，所述铝酸盐水泥为CA-50，粒度为325目；其中SiO2的质量百分含量为≤8％，Al2O3的含量50～60％，Fe2O3的质量百分含量≤2.5％，R2O的质量百分含量≤0.4％，抗压强度为82Mpa；所述硅凝胶颗粒的粒径为5～10mm。所述的高炉冷却壁高强复合材料，所述的高强复合材料按照要求的比例进行混合搅拌，即得到高炉冷却壁高强复合材料。上述的高炉冷却壁高强复合材料在保护高炉冷却壁中的应用。本专利技术所述高强复合材料是一种水泥基复合单组份干粉砂浆，其中氮化铝ALN是一种具有纤锌矿型结构形态的难熔化合物，属于六方晶体，其特点是在强度高，且强度随高温升高下降极其缓慢，其较高的热导(25℃：0.0024cal/s·cm·℃)和低膨胀系数(20-500℃：4.8*10-6/℃；100-1000℃：5.7*10-6/℃)，具有良好的耐热冲击性能；绢云母和蒙脱石起到关键的吸附润滑作用可以使材料之间的陶粒粒子能够充分结合发生作用，尤其在高温和极压的作用下陶粒子之间被可以被激活；本专利技术制备莫来石所用的高岭石生料纯度高，杂质少，制备得到的莫来石具有良好的高温稳定性和抗化学侵蚀性强等优点，硅微粉和莫来石的加入有效提高了产品的抗冲刷和耐磨性能；本专利技术采用的碳复合纤维材料，该材料的抗拉强度为3200Mpa，抗拉弹性模量为33000～40000Mpa，具有比重小，耐高温(可耐受2000℃以上的高温)、耐摩擦、抗热冲击性、导热及耐腐蚀、抗热辐射性能、低热膨胀系数(1.5-1.7)*10-6(1/K))，通过与B组分原料间的相互作用，进一步增加了该浇注料的韧性及强度(韧性与强度同时得到明显提高)，增加了产品的密实性，高效防止使用过程中出现断裂现象。通过原料之间的相互协同作用，使得制取的产品其导热系数优良，可以有效传递热量至冷却壁，保护炉衬安全；强度高，耐热抗冲刷，可以让高炉投产后快速挂渣皮，实现高炉高效顺产；自流成型，结合体致密，使之施工工艺便捷，凝结速度快，缩短了工期。与现有技术相比，本专利技术具有以下积极有益效果1、该高强复合材料能够实现冷却壁热面平衡，提高冷却壁工作效率，提高炉内喷注造衬附着力，充分发挥金属材料和非金属材料各自的优势，具有性能优异，易挂渣皮；高炉炉衬表面渣皮存在和变化的影响因素是在冷却能力、上升煤气以及下降炉料共同作用下形成的热面温度，根据熔融渣铁的凝固温度(如1150℃)，如果热面温度低于“1150℃”,则有“能力”挂渣；如果热面温度高于“1150℃”，则没有“能力”挂渣。当冷却壁热面温度越低，则越有“能力”在自身热面形成渣皮。本专利技术所得产品良好的导热性能可以将热量及时传递给冷却壁，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，该复合材料由组份A与组份B制备而成，所述组份A的质量百分比为55～65％，所述组份B的质量百分比为35～45％；所述的组份A为复合纤维材料；所述的组份B由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂＜5％和减水剂＜2.5％。

【技术特征摘要】
1.一种高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，该复合材料由组份A与组份B制备而成，所述组份A的质量百分比为55～65％，所述组份B的质量百分比为35～45％；所述的组份A为复合纤维材料；所述的组份B由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂＜5％和减水剂＜2.5％。2.根据权利要求1所述的高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，所述的组份B由以下重量份的原料配制而成：氮化铝微粉30％～40％、高纯碳化硅6％～8％、莫来石9％～11％、氧化铝粉20％～30％、硅微粉9％～11％、蒙脱石10％～15％、绢云母2.5％～5％、结合剂3～5％和减水剂0.5～2.5％。3.根据权利要求1或2所述的高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，所述的复合纤维材料为碳复合纤维材料；所述碳复合纤维材料的抗拉强度为3200Mpa，抗拉弹性模量为33000～40000Mpa。4.根据权利要求1或2所述的高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，所述氮化铝微粉的粒径为2um，比表面积为42m2/g，体积密度0.15g/cm3；氮化铝微粉中AlN的质量百分含量＞99.9％。5.根据权利要求1或2所述的高炉冷却壁高强复合材料，其特征在于，所述的高纯碳化硅粒径为0～3mm；其中，SiC含量≥98.5％，固定碳C含量≤0.02％，Fe2O3的质量百分含量≤0.6％；所述莫来石的粒径为0～10mm，体积密度为2.5～2.7g/cm3；莫来石中Al2O3的质量百分含量为41～47％，SiO2的质量百分含量为50～54％，Fe2O3的质量百分含量≤0.7％，TiO2的质量百分含量≤0.5％。6.根据权利要求5所述的高炉冷却壁高强复合材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜玉毅，
申请(专利权)人：河南华西耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41