用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法
【专利摘要】用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法，内衬的原料由20.65~31.85%基质、65~72%骨料、0.05~0.15%防爆纤维、3~7%结合剂和0.1~0.2%分散剂组成；其制备方法使将原料与一定重量的水混合成浇注料，浇注后经养护、热处理制得送风支管内衬。本发明中，基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、α-Al2O3微粉和SiO2微粉组成，骨料由粘土熟料颗粒和3~0.074mm粒度等级的红柱石颗粒组成。在使用过程中，红柱石转化成的莫来石能够与其它原料形成交织结构，能够起到桥接增韧的作用，提高原料制品的抗热震性；莫来石化的膨胀效果持久，体积稳定性好，内衬的使用寿命长。
【专利说明】用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐火材料【技术领域】，具体的说是一种用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗 热震内衬及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 炼铁高炉送风装置即所谓的送风支管，是高炉炉前设备中至关重要的组成部件， 也是热风炉管道系统中的薄弱环节，是决定高炉能否正常生产的关键。目前，国内高炉普遍 存在着外表温度高、发红、使用寿命短以及因漏风造成热能损失过大的诸多弊端，使用寿命 一般在一年以内，与使用寿命为20~30年的热风炉不匹配，难以满足高炉冶炼对送风装置 的使用要求；而且，还限制了热风温度、富氧率和煤粉喷吹量的提高。
[0003] 这种现象主要是由送风支管内衬性能不能长期满足高风温风压下高耐磨性能和 高温抗热震的工作条件引起的。那么寻找新型的、行之有效的送风装置内衬势在必行，也 是强化冶炼的必要手段之一。申请号为01133638. 2的中国发明专利，公开了一种高炉送 风管道(鹅颈管、弯管、直吹管）用耐火浇注料，其采用的烧结矾土和镁砂在高温使用过程 中生成铝镁尖晶石，虽其初期的膨胀作用利于体积稳定，但在铝镁尖晶石反应完全后，因 其结晶长大，体积收缩，易产生裂纹，该内衬材料使用时间不持久，使用寿命短。申请号为 2005100177252的发明专利公开了一种高炉进风管道专用耐火浇注料及其成型方法，该 浇注料加入的膨胀剂为硅石粉或粉状蓝晶石，在进风管道的高温作用下，粉料的蓝晶石在 1100°C开始发生莫来石化，在温度为1250°C的高风温下能够完全莫来石化，其转化过程短 暂，在莫来石化完成后，由于内衬中该莫来石化过程产生富余Si02，或硅石粉中的Si02，多 于内衬材料中的A1203，该浇注料的膨胀不持久，继续使用易因体积收缩产生裂纹。而且，该 浇注料中仅加入〇. 1~4份的硅灰，而加水量为8~17份，会影响浇注料的高温强度；且高铝水 泥加入量较多，其与Si02反应生成含硅铝钙的低熔点化合物，降低浇注料的高温性能，影响 内衬的体积稳定性和抗冲刷性能。其该浇注料中水泥含量多，水泥化合物多，在制作送风装 置时，其热处理温度达500°C，对钢壳是不利的。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服传统送风支管的耐火内衬存在高温性能差的 缺陷，提供了一种用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法，能够使高炉送 风支管在高风温风压的条件下满足高耐磨和抗热震的工作条件。
[0005] 本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热 震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和分散剂组成，各物料的重量百分比是：基 质20. 65?31. 85%、骨料65?72%、防爆纤维0. 05?0. 15%、结合剂3?7%和分散剂0. 1?0. 2% ;所 述的基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、a-Al203微粉和5102微粉组成，基 质中各物料的重量占基质总重量的百分比是：红柱石19~31%、刚玉31~35%、a-Al203微粉 15~19%和Si02微粉23~27% ;所述的骨料由粘土熟料颗粒和:TO. 074mm粒度等级的红柱石 颗粒组成，骨料中各物料的重量占骨料总重量的百分比是：粘土熟料颗粒5(T62%和红柱石 颗粒38飞0% ;所述的结合剂由纯铝酸钙水泥和P-A1203组成，结合剂中各物料的重量占结 合剂总重量的百分比是：纯铝酸钙水泥55?65%和P-Al20335?45% ;所述的分散剂由三聚磷 酸钠和/或六偏磷酸钠组成。
[0006] 本发明的纯铝酸钙水泥和P-ai2o3，在使用过程中能够与水发生水化反应，所产生 的结合作用：纯铝酸钙水泥>P-A1203，通过对二者的重量比进行调整，可获得流动性好的 浇注料。本发明中，刚玉细粉的粒径为300目，a-A1203微粉粒径彡5微米，Si02微粉粒径 < 1微米。微粉比表面积较大、有较好的粘聚性能，可改善坯体的成型强度。
[0007] 进一步的，本发明中，3~0. 074mm粒度等级的红柱石又分为3~lmm和1~0. 074mm两 种等级，3?lmm和f〇. 074mm两种粒度的重量比17?22 :2广28。
[0008] 所述的粘土熟料颗粒分为8~5mm和5~3mm两种粒度等级，两种粒度的重量比为 25?31 :25?31。
[0009] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，预先将浇注模芯置于送风 支管的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重混合后，力口 入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇 注料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入< 200°C 的热处理室中保温4h。
[0010] 有益效果：1、红柱石的莫来石化过程中体积膨胀，本发明中，红柱石分为 3~0. 074mm和200目两种粒度等级，且红柱石颗粒料的重量份数多于红柱石细粉，红柱石 高温分解出的富氧化硅玻璃相游离出红柱石颗粒料的路径较为曲折，迁移较慢，在裂纹 扩展时，富氧化硅玻璃相能够弥合裂缝，其制品在1250°C时的耐压强度能够达到lOOMPa， 1200°C时的耐磨性能够达到4. 0cm3 ;红柱石细粉较易反应，而红柱石颗粒转化速度慢，二者 的颗粒级配能够使红柱石保持未完全莫来石化，形成莫来石潜能，即莫来石化是一个持续 的过程，该持续的莫来石化过程能够补偿原料制品因受应力作用产生的体积收缩，提高其 高温机械性能，其制品的荷重软化温度大于1650°C，抗蠕变性好，0. 2MPaX1250°CX0-50h 下的蠕变量达-〇. 55%左右；同时，该持续的莫来石化过程有利于制备原料在使用过程中， 各原料膨胀系数的复配而提高抗热震性，原料制品在ll〇〇°C水冷的热震稳定性大于100 次； 2、本发明的浇注料为红柱石质，且红柱石的莫来石化开始转化温度为1200°C，与现有 技术相比，比蓝晶石的莫来石化开始温度高，粗颗粒的红柱石分解进程较慢，其分解出的 Si02可与基质中游离的A1203、刚玉和a-Al203反应生成莫来石。因此，莫来石化的膨胀效 果持久，体积稳定性好，不会产生裂纹，内衬的使用寿命长。
[0011] 3、该浇注料加入的微粉多，填充性好，加水量少，使该浇注料具有很好的流动性， 有利于浇注料强度的提高；该浇注料加入的纯铝酸钙水泥少，生成的低熔物少，高温性能 好，又辅以P-A1203结合剂，低温热处理强度高；水泥含量少，水泥化合物少，且加有有机防 爆纤维，抗爆裂性好，因此，该浇注料形成送风支管的内衬时，其热处理温度一般< 200°c， 表面温度低，对送风支管的钢壳无伤害作用；而且，该内衬低导热，在加大喷煤量的同时，能 够最大限度的使用高风温，避免热能流失，该内衬还能够提高热风装置的蓄热能力，延长其 使用寿命。
【具体实施方式】
[0012] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结 合剂和分散剂组成，各物料的重量百分比是：基质20. 65~31. 85%、骨料65~72%、防爆纤维 0. 05、. 15%、结合剂3?7%和分散剂0.f〇. 2% ;其中，所述的基质由200目粒度等级的红柱 石细粉、刚玉细粉、a-A1203微粉和Si02微粉组成，基质中各物料的重量占基质总重量的百 分比是：红柱石19?31%、刚玉31?35%、a-A1203微粉15?19%和Si02微粉23?27% ;所述的骨 料由粘土熟料颗粒和3~0. 074_粒度等级的红柱石颗粒组成，骨料中各物料的重量占骨料 总重量的百分比是：粘土熟料颗粒5(T62%和红柱石颗粒38飞0% ;所述的结合剂由纯铝酸钙 水泥和P-A1203组成，结合剂中各物料的重量占结合剂总重量的百分比是：纯铝酸钙水泥 55?65%和P-Al20335?45% ;所述的分散剂由三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠组成。
[0013] 本发明中，3~0. 074mm粒度等级的红柱石又分为3~lmm和1~0. 074mm两种等级， 3?1mm和f0.074mm两种粒度的重量比为17?22 :2广28。
[0014] 所述的粘土熟料颗粒分为8~5mm和5~3mm两种粒度等级，两种粒度的重量比为 25?31 :25?31。
[0015] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，预先将浇注模芯置于送风 支管的钢壳内，然后将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重在混 砂机内混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振 动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出大气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送 风支管置入< 200°C的热处理室中保温4h即可。
[0016] 本发明的原料用于送风支管时，送风支管管道内部的温度为100(Tl25(rC，在 1200°C时，红柱石（A1203 ?Si02)--次莫来石（3A1203 ? 2Si02) +游离Si02，原料中的红 柱石生成一次莫来石和游离的Si02，一次莫来石呈针状或柱状，在原料制品中能够起到 纤维增韧的效果，增强制品的机械性能；而Si02微粉和/或部分游离的Si02与原料中的 a-A1203微粉和/或刚玉细粉发生反应，生成二次莫来石，3A1203十2Si02 -二次莫来石 (3A1203 ? 2Si02)。二次莫来石呈针状，均匀分布于整个原料制品中，起到颗粒增韧的作用。 红柱石转化成的柱状和针状的莫来石能够与其它原料形成交织结构，结合牢固，当原料制 品由于热应力和其它机械应力而发生断裂时，能够起到桥接增韧的作用，提高原料制品的 抗热震性。
[0017] 本发明中，该红柱石颗粒料转化为一次莫来石，表现为体积膨胀；一次莫来石化 过程中富余的游离Si02能够分别与基质中游离的A1203、刚玉细粉、a-A1203反应生成二次 莫来石，所产生的微膨胀效应能够抵消制品使用过程中因高温负荷作用造成的制品体积收 缩；一次莫来石和二次莫来石形成交织结构，提高原料制品的热态强度。红柱石和生成的一 次莫来石处于固态，Si02玻璃相处于液态，原料中的红柱石颗粒难以全部容纳生成的Si02 玻璃相，因而使得部分的Si02玻璃相排挤到裂纹缝隙中，起到结合作用，抑制裂纹的产生， 提高了原料制品的抗热震性。
[0018] 实施例1 : 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和 分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质31. 85%、骨料65%、防爆纤维 0. 05%、结合剂3%和三聚磷酸钠0. 1% ;其中，所述的基质由9. 85%的200目粒度等级的红柱 石细粉、9. 88%的300目粒度等级的刚玉细粉、4. 78%的a-A1203微粉和7. 34%的Si02微粉 组成；所述的骨料由16. 25%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、19. 5%的5~3mm粒度等级 的粘土熟料颗粒、13%的3~lmm粒度等级的红柱石颗粒和16. 25%的1~0. 074mm粒度等级的 红柱石颗粒组成；所述的结合剂由1. 95%的纯铝酸钙水泥和1. 05%的P-A1203组成。
[0019] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，将浇注模芯置于送风支管 的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述的原料按照配比称重混合后，加入占 原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支管的钢壳的振动过程中浇注该浇注 料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱除模芯，将送风支管置入< 200°C的 热处理室中保温4h。
[0020] 本发明中，P_A1203作为原料的结合剂，能够与水发生水化反应生成A1 (0H) 3，并在 热风炉的高温作用下能够分解转化为a_A1203，并与Si02微粉和/或红柱石分解生成的游 离Si02发生莫来石化反应，可以根据ci-A1203和p_A1203的重量比调配二者的加入比例， 最大限度的提高原料的流动性，改善其高温性能。
[0021] 实施例2: 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和 分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质20. 65%、骨料72%、防爆纤维 0. 15%、结合剂7%和分散剂0. 2% ;其中，所述的基质由6. 25%的200目粒度等级的红柱石细 粉、11. 05%的300目粒度等级的刚玉细粉、6. 05%的a-A1203微粉和8. 5%的Si02微粉组成； 所述的骨料由16. 25%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、16. 25%的5~3mm粒度等级的粘土 熟料颗粒、14. 3%的3~lmm粒度等级的红柱石颗粒和18. 2%的1~0. 074mm粒度等级的红柱石 颗粒组成；所述的结合剂由3. 85%的纯铝酸钙水泥和3. 15%的P-A1203组成；所述的分散 剂由0. 05%的三聚磷酸钠和0. 15%的六偏磷酸钠组成。
[0022] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，将所述的原料按照配比称 重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；送风支管内衬具体的制备过 程参照实施例1。
[0023] 实施例3: 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂和 分散剂组成，各物料的重量占原料总重量的百分比是：基质26. 25%、骨料68. 5%、防爆纤维 0. 1%、结合剂5%和六偏磷酸钠0. 15% ;其中，所述的基质由6. 56%的200目粒度等级的红柱 石细粉、8. 66%的300目粒度等级的刚玉细粉、4. 46%的a-A1203微粉和6. 57%的Si02微粉 组成；所述的骨料由21. 2%的8~5mm粒度等级的粘土熟料颗粒、21. 2%的5~3mm粒度等级的 粘土熟料颗粒、11. 65%的3~lmm粒度等级的红柱石颗粒和14. 45%的1~0. 074mm粒度等级的 红柱石颗粒组成；所述的结合剂由3%的纯铝酸钙水泥和2%的P-A1203组成。
[0024] 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，将所述的原料按照配比称 重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；送风支管内衬具体的制备过 程参照实施例1。
[0025] 表1:实施例1~3耐火制品的理化检验结果
【权利要求】
1. 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其原料由基质、骨料、防爆纤维、结合剂 和分散剂组成，其特征在于：各物料的重量百分比是：基质20. 65~31. 85%、骨料65~72%、防 爆纤维0. 05?0. 15%、结合剂3?7%和分散剂0. 1?0. 2% ; 其中，所述的基质由200目粒度等级的红柱石细粉、刚玉细粉、a-A1A微粉和Si02微粉组成，基质中各物料的重量占基质总重量的百分比是：红柱石19~31%、刚玉31~35%、 a -A1203 微粉 15?19% 和 Si02 微粉 23?27% ; 所述的骨料由粘土熟料颗粒和:TO. 074_粒度等级的红柱石颗粒组成，骨料中各物料 的重量占骨料总重量的百分比是：粘土熟料颗粒5(T62%和红柱石颗粒38飞0% ; 所述的结合剂由纯铝酸钙水泥和P_A1203组成，结合剂中各物料的重量占结合剂总重 量的百分比是：纯铝酸钙水泥55?65%和P -Al20335?45% ; 所述的分散剂由三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠组成。
2. 根据权利要求1所述的用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其特征在于：所 述3?0? 074mm粒度等级的红柱石又分为3?1mm和1?0? 074mm两种等级，3?1mm和1?0? 074mm 两种粒度的重量比为17?22 :2f 28。
3. 根据权利要求1所述的用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬，其特征在于：所 述的粘土熟料颗粒分为8~5mm和5~3mm两种粒度等级，两种粒度的重量比为25~31 :25~31。
4. 一种如权利要求1所述的用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬的制备方法，其 特征在于：将浇注模芯置于送风支管的钢壳内，将送风支管的钢壳安装在振动台上，将所述 的原料按照配比称重混合后，加入占原料总重量4%的水搅拌均匀，形成浇注料；在送风支 管的钢壳的振动过程中浇注该浇注料，直至浇注料不再冒出气泡时停止，自然养护24h，脱 除模芯，将送风支管置入彡200°C的热处理室中保温4h。
【文档编号】C04B35/66GK104355630SQ201410560773
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】李富朝, 孙庚辰, 张玉涛, 樊旭光 申请人:郑州安耐克实业有限公司