一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种晶须增强Al2O3‑SiC‑C质铁沟浇注料及其制备方法，属于耐火浇注料技术领域。本发明专利技术的制备方法是：以45～65wt％的刚玉骨料、15～35wt％的碳化硅、2～4wt％炭黑、2～10wt％的金属铝粉@陶瓷膜微胶囊、4～6wt％的α‑氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以微量的催化剂和减水剂为添加剂；再按上述百分含量，先将金属铝粉@陶瓷膜微胶囊和催化剂预混，得到预混料，然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得到晶须增强Al2O3‑SiC‑C质铁沟浇注料。本发明专利技术制备的晶须增强Al2O3‑SiC‑C质铁沟浇注料力学性能优异，抗侵蚀性能和热震稳定性好，使用过程中浇注料流动性好。

A whisker reinforced Al_2O_3-SiC-C iron channel castable and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法
本专利技术涉及耐火浇注料
，尤其涉及一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法。
技术介绍
随着高炉容积不断增大，铁水沟耐火材料在服役过程中面临铁水的冲刷磨损、侵蚀渗透和周期性接触铁水、铁渣产生热应力的共同作用，这就要求铁水沟耐火材料既要耐侵蚀，还要有高的强度与良好的热震稳定性。Al2O3-SiC-C材料中的石墨对渣不润湿、导热系数大、热膨胀性小，且SiC耐磨性好，导热系数高，使材料具有优异的抗渣侵蚀和抗热震性能，这些特点使得Al2O3-SiC-C材料不断得到应用和发展，目前Al2O3-SiC-C质浇注料已被广泛用于大中型高炉出铁沟的工作层材料。但是碳的氧化是导致Al2O3-SiC-C质浇注料损毁的主要原因。为了解决Al2O3-SiC-C质浇注料中碳的氧化问题，通常会引入金属铝粉、铝硅合金等抗氧化剂，基于铝粉对氧气的亲和力高于碳，防止碳的氧化。但由于铝粉易水化，导致浇注料的流动性差，成型困难，因此铝粉的加入量受到限制，浇注料的性能受到影响。例如：(1)“一种轻质Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法”(CN102964138A)专利技术，以铝粉和碳化硼作为抗氧化剂添加到浇注料中，其中铝粉的加入量为0.1～0.3wt％，材料抗氧化性能较差，同时引入碳化硼形成低熔相B2O3，不利于材料高温强度的提高。(2)“一种高炉主铁沟渣线用Al2O3-SiC-C浇注料的制备方法”(CN101591179A)专利技术，以金属铝粉和硅粉作为抗氧化剂加到浇注料中，其中抗氧化剂的加入量为1～5wt％，材料的高温抗折强度较低。(3)“一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法”(CN103011868B)专利技术，以金属铝粉和硅粉做抗氧化剂，其中抗氧化剂的加入量为2～4wt％，材料的热震稳定性较差。随着铝粉的增加，材料的抗氧化性能有所提高，但是铝粉的加入量受到限制，制得的材料高温强度低、高温抗折强度低或热震稳定性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法；本专利技术方法制备的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料在中温和高温时力学性能优异，耐磨性能和热震稳定性好，使用寿命长，节能环保。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供了一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，以45～65wt％的刚玉骨料、15～35wt％的碳化硅、2～4wt％炭黑、2～10wt％的金属铝粉@陶瓷膜微胶囊、4～6wt％的α-氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以占所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂；按上述重量百分含量，先将金属铝粉@陶瓷膜微胶囊和催化剂预混，得到预混料，然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得到晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料；所述金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的制备方法是：步骤一、将金属铝粉置于加压水蒸气中，保持10～35min，制得表面腐蚀的金属铝粉；步骤二、将所述表面腐蚀的金属铝粉置于碱性硅溶胶中，放置10～60min，得到混合料浆；步骤三、将所述混合料浆真空抽滤，抽滤剩余物于80～120℃空气气氛中烘干至恒重，得到表面预处理的金属铝粉；步骤四、将所述表面预处理的金属铝粉于500～700℃下焙烧2～8h，得到金属铝粉@陶瓷膜微胶囊。优选地，所述刚玉骨料的颗粒级配组成是：粒径小于5mm且大于3mm的占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于1mm的占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料15～25wt％；所述碳化硅中SiC含量≥97wt％，碳化硅的颗粒级配组成是：粒径小于3mm且大于1mm的占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm的占原料5～12wt％。优选地，所述炭黑中碳含量≥99wt％；所述α-氧化铝粉中的Al2O3含量≥97wt％，α-氧化铝粉粒径≤8μm；所述硅微粉中SiO2含量≥92wt％，硅微粉粒径≤0.6μm；所述纯铝酸钙水泥的成分包括Al2O3、SiO2和Fe2O3，Al2O3含量为50～60wt％，SiO2含量＜8wt％，Fe2O3含量＜2.5wt％；所述纯铝酸钙水泥的粒径≤10μm。优选地，所述催化剂为金属铁粉、硅铁粉和金属钴粉中的一种或几种。优选地，所述减水剂为三聚磷酸钠、四聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或几种。优选地，在制备金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的方法步骤一中，所述金属铝粉的粒径≤38μm。优选地，在制备金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的方法步骤一中，所述加压水蒸气的温度为100℃～180℃，压力在0.05～0.2Mpa。优选地，在制备金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的方法步骤四中，所制得金属铝粉@陶瓷膜微胶囊具有壳层，壳层厚度为0.5～5μm。本专利技术还提供了一种按上述制备方法制备的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料。本专利技术采用金属铝粉@陶瓷膜微胶囊做抗氧化剂，避免了直接添加铝粉水化对浇注料施工性能的负面影响，使浇注料在成型过程中，具有好的施工性能。本专利技术的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料中所加入的金属铝粉@陶瓷膜微胶囊在600℃时开始发生破裂，铝粉裸露出来，铝粉对氧的亲和力大于碳，铝粉与氧气结合原位形成Al2O3晶须，起到保护碳的作用。同时，形成的Al2O3晶须伴随金属铝粉@陶瓷膜微胶囊加热后膨胀填充了基质中的气孔，进一步防止材料被氧化。随着温度升高至1000℃以上时，所生成的Al2O3与胶囊表面的纳米SiO2在催化剂的作用下反应原位生成莫来石晶须。晶须在基质中交错分布，相互交织，构成网络，提高了材料的强度与热震稳定性；从而延长了本专利技术的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的使用时间，满足大型高炉炼铁工艺要求。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有的有益效果如下：本专利技术制备的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料：中温和高温力学性能优异，抗侵蚀性能和热震稳定性好，使用寿命长，节能环保；材料使用过程中浇注料流动性好，浇注料生产稳定，适用于铁水沟部位。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。图1为本专利技术实施例制备的晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料在1450℃×3h煅烧后的SEM形貌图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。为避免重复，先将本具体实施方式所采用的原料和添加剂统一描述如下，实施例中不再赘述：所述刚玉骨料的颗粒级配组成是：粒径小于5mm且大于3mm的占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于1mm的占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料15～25wt％。所述碳化硅中SiC含量≥97wt％，碳化硅的颗粒级配组成是：粒径小于3mm且大于1mm的占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm的占原料5～12wt％。所述炭黑中碳含量≥99wt％。所述α-氧化铝粉中Al2O3含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶须增强Al2O3‑SiC‑C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于，以45～65wt％的刚玉骨料、15～35wt％的碳化硅、2～4wt％炭黑、2～10wt％的金属铝粉@陶瓷膜微胶囊、4～6wt％的α‑氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以占所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂；按上述重量百分含量，先将金属铝粉@陶瓷膜微胶囊和催化剂预混，得到预混料，然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得到晶须增强Al2O3‑SiC‑C质铁沟浇注料；所述金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的制备方法是：步骤一、将金属铝粉置于加压水蒸气中，保持10～35min，制得表面腐蚀的金属铝粉；步骤二、将所述表面腐蚀的金属铝粉置于碱性硅溶胶中，放置10～60min，得到混合料浆；步骤三、将所述混合料浆真空抽滤，抽滤剩余物于80～120℃空气气氛中烘干至恒重，得到表面预处理的金属铝粉；步骤四、将所述表面预处理的金属铝粉于500～700℃下焙烧2～8h，得到金属铝粉@陶瓷膜微胶囊。

【技术特征摘要】
1.一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于，以45～65wt％的刚玉骨料、15～35wt％的碳化硅、2～4wt％炭黑、2～10wt％的金属铝粉@陶瓷膜微胶囊、4～6wt％的α-氧化铝粉、2～4wt％的硅微粉和4～6wt％的铝酸钙水泥为原料，以占所述原料0.1～0.3wt％的催化剂和0.1～0.3wt％的减水剂为添加剂；按上述重量百分含量，先将金属铝粉@陶瓷膜微胶囊和催化剂预混，得到预混料，然后将预混料、减水剂和其余原料混合，搅拌均匀，即得到晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料；所述金属铝粉@陶瓷膜微胶囊的制备方法是：步骤一、将金属铝粉置于加压水蒸气中，保持10～35min，制得表面腐蚀的金属铝粉；步骤二、将所述表面腐蚀的金属铝粉置于碱性硅溶胶中，放置10～60min，得到混合料浆；步骤三、将所述混合料浆真空抽滤，抽滤剩余物于80～120℃空气气氛中烘干至恒重，得到表面预处理的金属铝粉；步骤四、将所述表面预处理的金属铝粉于500～700℃下焙烧2～8h，得到金属铝粉@陶瓷膜微胶囊。2.根据权利要求1所述的一种晶须增强Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料的制备方法，其特征在于，所述刚玉骨料的颗粒级配组成是：粒径小于5mm且大于3mm的占原料10～15wt％，粒径小于3mm且大于1mm的占原料20～25wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料15～25wt％；所述碳化硅中SiC含量≥97wt％，碳化硅的颗粒级配组成是：粒径小于3mm且大于1mm的占原料5～8wt％，粒径小于1mm且大于0.088mm的占原料5～15wt％，粒径小于0.088mm的占原料5～12wt％。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张美杰，夏求林，顾华志，黄奥，付绿平，白晨，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42