一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al制造技术

本发明专利技术公开了一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al

【技术实现步骤摘要】
一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法和应用
本专利技术属于耐火材料
，更具体地说，涉及一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着炼铁工艺的不断优化更迭，高炉用耐火材料的服役环境也变得更为复杂，尤其是高炉出铁沟用耐火材料，其在长期的铁水冲刷渗透以及一定周期性冷-热循环下，材料内部会产生较大的热应力，严重时甚至出现一定规模的宏观裂纹，给出铁流程带来重大的潜在安全隐患。因此，高炉出铁沟用耐火材料的优异的综合性能是高炉炼铁环节安全、稳定、高效运行的重要保障。由于施工的方便性，不定型浇注料已成为高炉出铁沟选用的主流耐火材料。Al2O3-SiC-C耐火浇注料由于其低热膨胀系数、高导热、耐磨耐冲刷、抗侵蚀等一系列优异的特性，被广泛用作高炉出铁沟用耐火材料。然而，囿于Al2O3-SiC-C耐火浇注料中主要成分Al2O3与SiC较大的热膨胀系数差，制品在冷-热交替循环过程中内部容易产生较大热失配应力，严重制约了其长期服役的结构稳定性；此外，其内部的碳素组分极易被氧化，这会造成Al2O3-SiC-C耐火浇注料抗铁水侵蚀性能剧烈下降。为了解决上述所提及的关于Al2O3-SiC-C耐火浇注料面临的问题，通常是在选定合适骨料、基质的级配比例基础上，选择合适的外加剂，借助其在高温反应过程中与原体系中的物质形成单一或复合的增强结构，进而提高Al2O3-SiC-C耐火浇注料的综合性能。例如；(1)“纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法”(CN101767999A)基于溶胶凝胶法，采用液相分散包裹工艺制备了C@Al2O3、SiC以及C@Al2O3、MgO添加剂，通过高温下改性碳源与原基质原位合成反应生成的含碳纳米二次尖晶石与Al2O3和SiC为主晶相的纳米结构，提高了出铁沟用耐火材料的综合性能，然而其中碳素组分由于纳米结构产生的自发团聚效应，难以均匀分散在基质中，影响了材料的整体一致性；此外其制备含碳前驱体的工艺过于复杂，溶胶凝胶法的周期也较长，因此较难实现大规模产业化应用。(2)“微晶玻璃复合陶瓷Al2O3-SiC-C质浇注料”(CN102603326B)在铁沟用Al2O3-SiC-C质浇注料中引入适当且可控可调比例的粉煤灰，镁铝尖晶石，复合形核剂氧化锆和氧化锌，以期使之在高温工况下与原料中铝酸钙水泥中的CaO形成CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元体系，进而调节基质的热膨胀系数，从而缓解热失配导致的热应力损伤，然而过多地加入低熔点组分必然会适得其反地导致材料整体高温力学性能剧烈下降。(3)“一种Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料及其制备方法”(CN103011868A)以球状沥青为碳源，在铁钴镍单质或合金微粉的催化剂作用下，以期通过高温原位生成的碳晶须对耐火浇注料起到增强增韧的效果，但囿于使用的结合体系为铝酸钙水泥，其高温强度的提高效果有限；此外，其基质部分外加的催化剂与球状沥青是否混合均匀尚难得知。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供前述改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料的制备方法。本专利技术最后要解决的另一技术问题在于提供前述改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料的具体应用。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备方法，以55.0～65.0wt％的棕刚玉骨料、17.0～25.0wt％的碳化硅、8.0～15.0wt％的活性α-氧化铝微粉、4.0～6.0wt％的可水合氧化铝、1.5～2.0wt％金属铝粉/单质硅粉复配抗氧化剂和1.5～2.0wt％的改性碳源@纳米二氧化硅复合添加剂为原料；按上述原料及其百分比重量配料，外加所述原料0.15～0.25wt％的减水剂。作为优选，所述改性碳源@纳米二氧化硅复合添加剂的制备方法如下：步骤1为水热工艺，将植物碎屑、催化剂以及硅溶胶置于带有搅拌功能的密封水热釜中，于120～180℃保持30～60分钟，反应完成后于110℃干燥12小时制得改性碳源@纳米二氧化硅前驱体；步骤2为粉磨工艺，由于水热法制得的样品呈假团聚状，为保证添加剂在最终制品中的均匀性，须使用含碳化钨内衬的粉磨机将干燥后假团聚的改性碳源@纳米二氧化硅复合添加剂破碎至粉末状。作为优选，所述植物碎屑为木屑、草纤维、碎秸秆中的一种或多种，所述催化剂包括为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种或多种，所述硅溶胶的固相含量为5.0wt％，植物碎屑、催化剂、硅溶胶与水的质量比为10∶2∶8∶80。作为优选，所述棕刚玉骨料的颗粒级配为：5～3mm占棕刚玉骨料的40wt％，3～1mm占棕刚玉骨料的20wt％，1～0.088mm占棕刚玉骨料的40wt％；作为优选，所述碳化硅的粒度组成为：1～0.088mm占碳化硅的40wt％，小于0.088mm占碳化硅的60wt％。作为优选，所述α-氧化铝微粉中Al2O3含量≥98wt％，其粒度分布曲线为典型的双峰结构，峰值为1.2μm和7.6μm；所述可水合氧化铝中Al2O3含量≥85wt％，其粒度分布曲线为单峰结构，峰值为78.5μm；所述金属铝粉/单质硅粉复配抗氧化剂中金属铝粉与单质硅粉的质量比为0.1～0.2。作为优选，所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、德国巴斯夫进口聚羧酸类减水剂中的一种或多种。所述制备方法制备的改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料。一种使用所述的改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备的高炉主铁沟内衬，所述的高炉出铁沟内衬包括内衬本体和凹槽，所述的凹槽设置在内衬本体的顶端，所述的内衬本体包括开端的第一部分和末端的第二部分，所述的第一部分的横截面为U形，其顶部的凹槽为倒三角形凹槽，所述的第二部分的横截面为半圆形，其顶部的凹槽为倒梯形凹槽；从第一部分与第二部分相接处，到第二部分末端，倒三角形的凹槽的底部与顶部逐渐变宽，形成横截面积逐渐增大的倒梯形凹槽。作为优选，所述的内衬本体，从第一部分与第二部分相接处，到第二部分的终点，其横截面的宽度逐渐加宽。作为优选，所述的内衬本体，由开端的第一部分的起点到靠近末端的第二部分的终点，其横截面的高度逐渐降低。作为优选，所述的倒三角形凹槽为底部顶角小于45°的等腰锐角，并且位于第一部分的横截面的中轴线上左右对称。作为优选，所述的倒梯形凹槽为倒等腰梯形，并且位于第二部分的横截面的中轴线上左右对称。作为优选，所述的内衬本体上的凹槽底部与水平面呈夹角，在内衬本体末端凹槽底部与水平面的高度差与内衬本体的长度比为0.5～10％。作为优选，所述的第一部分的长度为1～3m。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al

【技术特征摘要】
1.一种改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备方法，其特征在于，以55.0～65.0wt％的棕刚玉骨料、17.0～25.0wt％的碳化硅、8.0～15.0wt％的活性α-氧化铝微粉、4.0～6.0wt％的可水合氧化铝、1.5～2.0wt％金属铝粉/单质硅粉复配抗氧化剂和1.5～2.0wt％的改性碳源@纳米二氧化硅复合添加剂为原料，外加所述原料0.15～0.25wt％的减水剂干混，即得改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料。


2.根据权利要求1所述的改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备方法，其特征在于，所述改性碳源@纳米二氧化硅复合添加剂的制备方法如下：
1)将植物碎屑、催化剂、硅溶胶以及水置于带有搅拌功能的密封水热釜中，于120～180℃保持30～60分钟，反应完成后于110℃干燥12小时制得改性碳源@纳米二氧化硅前驱体；
2)使用含碳化钨内衬的粉磨机将改性碳源@纳米二氧化硅前驱体破碎至粉末状。


3.根据权利要求2所述的改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备方法，其特征在于，所述植物碎屑为木屑、草纤维、碎秸秆中的一种或多种，所述催化剂为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种或多种，所述硅溶胶的固相含量为5.0wt％，所述植物碎屑、催化剂、硅溶胶与水的质量比为10∶2∶8∶80。


4.根据权利要求1所述的改性碳源优化高炉出铁沟用Al2O3-SiC-C耐火浇注料制备方法，其特征在于，所述棕刚玉骨料的颗粒级配为：5～3mm占棕刚玉骨料的40wt％，3～1mm占棕刚玉骨料的20wt％，1～0.088mm占棕刚玉骨料的40wt％。


5.根据权利要求1所述的改性碳源优化高炉出铁沟用...

【专利技术属性】
技术研发人员：童胜利，戚真健，李明晖，蒋亚强，沈望华，宋海平，
申请(专利权)人：无锡市宝宜耐火材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32