一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法与流程

1.本发明涉及矿热炉耐火材料技术领域，具体涉及一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法。


背景技术：

2.矿热炉是一种利用电弧的能量来生产硅铁、锰铁、铬铁和镍铁合金等铁合金的电炉；矿热炉的工作特点是电极插入炉料进行埋弧操作，利用电阻产生能量来熔炼金属，陆续加料、间歇式出铁渣、连续作业的一种工业电炉；出铁沟系统主要包括主铁沟和渣沟，其作用是将渣铁分离，先出渣由渣沟处理，后将铁水由铁沟导入铁水罐；矿热炉出铁沟铺设在钢板沟槽内或混凝土基础上，永久衬可以用耐火砖砌成，也可以用不定性耐火材料筑成，工作衬目前多采用不定形材料筑成；目前，矿热炉出铁场工作衬所采用的大都是al2o
3-sic-c质不定形耐火材料。
3.al2o
3-sic-c质不定形耐火材料的损坏主要由以下三方面组成：一是高温铁水和炉渣对其热冲击引起的裂纹及其氧化对其整体结构的破坏；二是高温铁水和炉渣向其内部的滲透所引起的结构破坏；三是高温铁水和炉渣的熔蚀及冲刷；我国钢铁和耐火材料的消耗量大，由此产生的废弃的耐火材料数量大。
4.出铁沟耐火材料中大量使用的棕刚玉、碳化硅等原料都离不开耐火矿物原料的高温煅烧或电熔加工，存在生产成本高、能耗大的缺点；用后的废旧耐火材料中还具有相当一部分高品质的耐火材料的存在；但是回收的材料中含有很多氧化铝未长大的小晶体，小晶体在一定条件下会不断生长变大，形成正常的晶体，但是长期在高温、高压下，晶体异常生长，外部气孔会进入晶体内部形成封闭的气孔，骨料的密度降低，再加上回收材料在浇注成型过程中耗水量大，体积密度随着回收料的增加而降低，烧后线变化率逐渐减小，氧化铝晶体产生各种缺陷，晶体的质点由原来的位置移到晶体中的孔隙或者晶体表面，原有的位置形成空位，从而使晶体内部结合强度降低，晶体的尺寸变大，晶体密度降低，晶体与晶体之间发生偏移，相互质检产生微裂纹，由于微裂纹产生，晶体内部结合力降低及晶体密度降低，导致再生料的颗粒强度低，颗粒内部气孔率大，浇注料抗折强度、耐压强度降低，而且回收料中渣中含有少量的二氧化硅和氧化钙成分易于与新浇注料中的高纯度三氧化二铝、氧化镁以及炭化硅形成低熔点化合物，造成性能下降。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料及其制备方法，解决以下技术问题：（1）现有技术中使用大量高品质棕刚玉、致密刚玉、sic等制备al2o
3-sic-c质不定形耐火材料，生产成本高；（2）现有技术中的回收利用仅仅是将废旧料粉碎后再添加到原料中制备耐火材料，得到的耐火材料性能难以保证。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料，所述耐火浇注料包括如下质量百分比的原料：棕刚玉
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5-10%致密刚玉
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5-8%回收料
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60-70%sic 粉
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10-15%α-al2o3微粉
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2-3.5%硅粉
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1-1.5%金属铝粉
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0.1-0.15%球沥青
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1-2%sio2微粉
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0-2.5%添加料
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1-8%。
7.作为本发明进一步的方案：所述回收料的制备方法包括如下步骤：s1:将高炉、矿热炉的废弃耐火材料除去挂渣层后用颚式破碎机破碎后分级筛选出8mm以下颗粒；s2:采用轮碾法去除回收颗粒料中的假颗粒，采用shn型碾轮式混砂机轮碾以除去假颗粒，轮碾时间6min；s3:双层震动筛筛分出粒径为5-3mm的一级回收料、粒径为3-1mm的二级回收料以及粒径《1mm的三级回收料；s4:磁铁棒对一级回收料、二级回收料以及三级回收料进行物理除铁，铁含量下降到1%以下。
8.作为本发明进一步的方案：所述回收料中一级回收料、二级回收料以及三级回收料的质量比为1:2-3:3-6。
9.作为本发明进一步的方案：所述添加料的制备方法包括如下步骤：（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、0.1mol/l盐酸,60℃回流1-2h,然后加入混合液，得到组分a;（2）取钛酸四丁酯、乙酰丙酮、无水乙醇,常温搅拌均匀，得到组分b；（3）将组分a和组分b搅拌均匀，得到添加料。
10.作为本发明进一步的方案：步骤（1）中正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水：0.1mol/l盐酸的体积比为8-12:8-12:0.8-1.2:0.01-0.03。
11.作为本发明进一步的方案：步骤（1）中混合液是体积比为1.5-2:2的去离子水和无水乙醇混合得到，混合液与正硅酸乙酯的体积比为1：2-4。
12.作为本发明进一步的方案：步骤（2）中钛酸四丁酯：乙酰丙酮：无水乙醇的质量比为100：30-50:6000-10000。
13.作为本发明进一步的方案：所述棕刚玉包括如下重量百分数的棕刚玉：10%的粒径3-5mm棕刚玉、25-30%的粒径1-3mm棕刚玉、27-32%的粒径0.1-1mm棕刚玉、16-22%的粒径0.05-0.1mm棕刚玉、10-15%的粒径《0.1mm棕刚玉。
14.作为本发明进一步的方案：所述致密刚玉的粒径尺寸《0.044mm。
15.作为本发明进一步的方案：所述sic粉的粒径尺寸《0.044mm。
16.一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料的制备方法,包括如下步骤：按配比将粉料干混30s，加入骨料干混30s，加入添加料，加入总组分质量分数5.5%的水，湿混120s，物料搅拌均匀；所述骨料包括棕刚玉、致密刚玉、回收料，所述粉料包括sic 粉、α-al2o3微粉、硅粉、金属铝粉、球沥青、sio2微粉。
17.刚玉、碳化硅以及碳素的主要原料相互配合，相互弥补各自不足，碳化硅和碳的加入，使刚玉有了良好的热震稳定性和抗侵蚀性能。
18.al2o3粉末粒径小于5um的活性微粉，提高材料的流动性和烧结性能；al2o3降低高温下cao与sio2反应生成的低熔物的情况，提高材料的抗侵蚀性能。
19.sio2微粉在浇注料体系可以提高材料的流动性并促进浇注料的烧结；硅粉在与碳反应生成粒度十分细小的碳化硅和si-o-n晶须或颗粒，堵塞气孔，使气孔率降低，体积密度增加，耐压强度增加；碳化硅和碳是高耐火、高导热、抗侵蚀的优良材料，两者配合发挥防氧化及阻止渣向基质渗透的作用。
20.金属铝粉在反应过程中生成新的细小的三氧化二铝新相，随着高温保温处理的进行，新相粒子会促进试样的烧结和致密化。
21.碳化硅以细粉形式加入，提高铁沟料的抗冲刷能力。
22.球沥青在被结合物料颗粒之间被碳化，形成颗粒间的结合碳，产生牢固的碳结合，在高温条件下沥青成分碳化形成石墨碳，使材料具有较好的高温结构强度。
23.本发明的有益效果：（1）本发明对矿热炉以及高炉用后的出铁沟用耐火浇注料进行回收利用，通过特殊工艺将其中的废弃耐火浇注料进行分离、再加工；废弃耐火材料中在高温铁水的高温作用下，导致耐火材料颗粒与颗粒、颗粒与基质间烧结成块的物料，具有较高的强度，简单破碎后产生相当一部分的伪颗粒，本发明通过碾压过筛除去假颗粒；并添加本发明制备的添加料，制备得到新的矿热炉出铁沟用耐火浇注料应用在矿热炉出铁沟系统上，具有体积密度高、孔隙率低、常温耐压、抗折度高，抗爆温度大于500℃，能较好地适应现场烘烤条件，能与残衬牢固结合，整体强度高，热抗震性好，抗渣铁侵蚀性强的优点；本技术在掺入质量分数为60-70%的废al2o
3-sic-c砖颗粒的前提下制备得到的耐火材料，完全适用矿热炉中出铁沟系统对耐火浇注料的性能需求；原料大量使用回收利用的浇注料废料，原材料成本大幅降低，产生明显的经济效益。
24.（2）本发明组分中的棕刚玉、致密刚玉以及回收料在材料中起骨架作用，并合理配制回收料的尺寸，有效避免回收的材料采用简单的粗颗粒加入造成粒径级配不合理，形成粗颗粒和粗颗粒接触的疏松组织的情况发生，使耐火材料在高温频繁热周转后不容易产生热震裂纹，保持整体强度、维持抗侵蚀性能；本发明组分中引入添加料，解决了产品高温烧结收缩造成产品产生裂纹、组分中添加回收耐火材料导致制备过程中加水量大、流动性差以及体密低的问题；本发明添加料中的多聚硅酸分散体系内部结构为硅氧烷（-si-o-si-）网络，与α-al2o3微粉混合时，添加料可吸附在α-al2o3颗粒表面，形成单层饱和分布，同时填充于颗粒间隙，因此分散性好、渗透性较好，通过干燥或烧结处理，以化学键（si-o-si）相结合形成稳定的空间网络结构，将α-al2o3颗粒牢固结合在一起，并在al2o3颗粒表面形成纳米包覆的微复合结构，同时添加料覆盖在固体表面能形成牢固的硅胶薄膜，从而增强材质的粘结、固化和成型特征，不存在中温区强度损失，抗氧化性能好；而且添加料中的钛元素的
添加，高温下还原成碳化钛、氮化碳和碳氮化钛溶解在钢液中，在侵蚀严重的部位由于溶解度下降而沉析出来，产生了浓度差，造成碳化钛、氮化碳和碳氮化钛连续向该处进行迁移，导致在表面形成碳化钛、氮化碳和碳氮化钛为主的高熔点钛化物；有效避免排渣过程中渣中二氧化硅含量过高，导致出铁钩被严重侵蚀的危险；在渣-铁钩料界面，也有效避免渣中二氧化硅与碳素反应从底部生成的一氧化碳气泡加速对铁沟料的侵蚀，本技术钛元素的添加还提高浇注料的抗侵蚀性。
具体实施方式
25.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1回收料的制备方法包括如下步骤：s1:将高炉、矿热炉的废弃耐火材料除去挂渣层后用颚式破碎机破碎后分级筛选出8mm以下颗粒；s2:采用轮碾法去除回收颗粒料中的假颗粒，采用shn型碾轮式混砂机轮碾以除去假颗粒，轮碾时间6min；s3:双层震动筛筛分出粒径为5-3mm的一级回收料、粒径为3-1mm的二级回收料以及粒径《1mm的三级回收料；s4:磁铁棒对一级回收料、二级回收料以及三级回收料进行物理除铁，铁含量下降到1%以下。
27.所述回收料中一级回收料、二级回收料以及三级回收料的质量比为1:2:3。
28.实施例2添加料的制备方法包括如下步骤：（1）取8ml正硅酸乙酯、8ml无水乙醇、0.8ml去离子水、0.01ml 0.1mol/l盐酸,60℃回流1h,然后加入4ml混合液，混合液是体积比为1.5:2的去离子水和无水乙醇混合得到，得到组分a;（2）取10g钛酸四丁酯、3g乙酰丙酮、600g无水乙醇,常温搅拌均匀，得到组分b；（3）将组分a和组分b搅拌均匀，得到添加料。
29.实施例3添加料的制备方法包括如下步骤：（1）取10ml正硅酸乙酯、10ml无水乙醇、1ml去离子水、0.02ml 0.1mol/l盐酸,60℃回流1.5h,然后加入4ml混合液，混合液是体积比为1.5:2的去离子水和无水乙醇混合得到，得到组分a;（2）取10g钛酸四丁酯、4g乙酰丙酮、800g无水乙醇,常温搅拌均匀，得到组分b；（3）将组分a和组分b搅拌均匀，得到添加料。
30.实施例4添加料的制备方法包括如下步骤：
3mm棕刚玉、30%的粒径0.1-1mm棕刚玉、20%的粒径0.05-0.1mm棕刚玉、15%的粒径《0.1mm棕刚玉。
38.所述致密刚玉的粒径尺寸《0.044mm。
39.所述sic粉的粒径尺寸《0.044mm。
40.一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料的制备方法,包括如下步骤：按配比将sic 粉、α-al2o3微粉、硅粉、金属铝粉、球沥青、sio2微粉干混30s，加入棕刚玉、致密刚玉、实施例1制备的回收料干混30s，加入实施例3制备的添加料，加入总组分质量分数5.5%的水，湿混120s，物料搅拌均匀。
41.实施例7一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料，所述耐火浇注料包括如下质量百分比的原料：棕刚玉
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5%致密刚玉
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7%回收料
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61%sic 粉
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11%α-al2o3微粉
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3%硅粉
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1.4%金属铝粉
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0.1%球沥青
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1.5%sio2微粉
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2%添加料
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8%。
42.所述棕刚玉包括如下重量百分数的棕刚玉：10%的粒径3-5mm棕刚玉、25%的粒径1-3mm棕刚玉、30%的粒径0.1-1mm棕刚玉、20%的粒径0.05-0.1mm棕刚玉、15%的粒径《0.1mm棕刚玉。
43.所述致密刚玉的粒径尺寸《0.044mm。
44.所述sic粉的粒径尺寸《0.044mm。
45.一种矿热炉出铁沟用耐火浇注料的制备方法,包括如下步骤：按配比将sic 粉、α-al2o3微粉、硅粉、金属铝粉、球沥青、sio2微粉干混30s，加入棕刚玉、致密刚玉、实施例1制备的回收料干混30s，加入实施例4制备的添加料，加入总组分质量分数5.5%的水，湿混120s，物料搅拌均匀。
46.对比例1回收料的制备方法包括如下步骤：s1:将高炉、矿热炉的废弃耐火材料除去挂渣层后用颚式破碎机破碎后分级筛选出8mm以下颗粒；s2:双层震动筛筛分出粒径为5-3mm的一级回收料、粒径为3-1mm的二级回收料以及粒径《1mm的三级回收料；s3:磁铁棒对一级回收料、二级回收料以及三级回收料进行物理除铁，铁含量下降到1%以下。
47.所述回收料中一级回收料、二级回收料以及三级回收料的质量比为1:2:3。
48.对比例2
回收料的制备方法包括如下步骤：s1:将高炉、矿热炉的废弃耐火材料除去挂渣层后用颚式破碎机破碎后分级筛选出8mm以下颗粒；s2:采用轮碾法去除回收颗粒料中的假颗粒，采用shn型碾轮式混砂机轮碾以除去假颗粒，轮碾时间6min；s3:双层震动筛筛分出粒径为5-3mm的一级回收料、粒径为3-1mm的二级回收料以及粒径《1mm的三级回收料。
49.所述回收料中一级回收料、二级回收料以及三级回收料的质量比为1:2:3。
50.对比例3添加料的制备方法包括如下步骤：（1）取8ml正硅酸乙酯、8ml无水乙醇、0.8ml去离子水、0.01ml 0.1mol/l盐酸,60℃回流1h,然后加入4ml混合液，混合液是体积比为1.5:2的去离子水和无水乙醇混合得到，得到添加料。
51.对比例4添加料的制备方法包括如下步骤：（1）取10g钛酸四丁酯、3g乙酰丙酮、600g无水乙醇,常温搅拌均匀，得到添加料。
52.对比例5与实施例5相比，将其中实施例1制备的回收料等质量替换成对比例1制备的回收料，其余组分、配比以及制备方法完全一致。
53.对比例6与实施例5相比，将其中实施例1制备的回收料等质量替换成对比例2制备的回收料，其余组分、配比以及制备方法完全一致。
54.对比例7与实施例5相比，将其中实施例2制备的添加料等质量替换成对比例3制备的添加料，其余组分、配比以及制备方法完全一致。
55.对比例8与实施例5相比，将其中实施例2制备的添加料等质量替换成对比例4制备的添加料，其余组分、配比以及制备方法完全一致。
56.对比例9与实施例5相比，将其中实施例1制备的回收料等质量替换成对比例1制备的回收料，不添加实施例2制备的添加料。
57.性能检测将实施例5-7和对比例5-9制备的浇注料放入搅拌机中搅拌，在搅拌过程中逐渐加入适量水,此过程为1min，然后再搅拌4min；搅拌均匀后，将物料浇入40mmx40mmx160mm的三联模内，在振动台上振动浇注成型，经24h自然养护后脱模，放人烘箱内经110℃烘干24h，然后1450℃保温3h烧成，随炉冷却；冷却后，测定试样的显气孔率、体积密度、线变化率、抗折强度、耐压强度及高温抗折强度，检测数据见表1-2。
58.（1）线变化率根据gb/t 5988-2007测定不同温度热处理后试样的线变化率，计算公式为：
y1=（l
2-l1）/l1×
100%y2=（l
3-l1）/l1×
100%其中，式中l1为成型脱模后试样的长度，l2为烘烤24h后试样的长度，l3为烧成后试样的长度。
59.（2）体积密度及显气孔率采用中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司生产的xqk-03型号的显气孔体密测定仪，用archimedes原理检测烧成后试样的显气孔率及体积密度，计算公式为：体积密度=m1d/(m
3-m2)显气孔率=（m
3-m1）/(m
3-m2)
×
100%其中，式中m1为试样中空气中的重量，m2为试样悬浮于液体中的重量，m3为试样经真空抽气饱和吸附液体后的重量，d为测试所使用的液体密度。
60.（3）常温耐压强度根据gb/t 5072-2008检测烧成后试样的常温耐压强度，计算公式为：p=f/s其中，式中p为常温耐压强度，mpa；s为试样的受压面积，m2；f为压碎试样所需的极限压力，n。
61.（4）常温抗折强度根据gb/t 3001-2007检测烧成后试样的常温抗折强度，计算公式为：r=3wl/(2bd2)其中，式中r为抗折强度，mpa；w为试样折断时最大荷重，n；l为支撑试样的跨距，mm；b为试样的宽度，mm；d为试样的高度，mm。
62.（5）抗渣性能采用静态坩埚法，将混匀后的浇注料振动成型为坩埚试样(外部尺寸70mmx70mmx70mm，渣孔尺寸30mmx30mm)，硬化后脱模，常温养护24h，然后在110℃干燥箱中烘干24h；在坩埚试样中加入30g高炉炉渣，于1500℃保温3h；自然冷却后沿坩埚中线将坩埚对称切开，采用侵蚀指数来评价浇注料的抗渣侵蚀性能:侵蚀指数=(s-s0)/s0x100%其中：s为侵蚀后坩埚孔中心截面积，s0为原坩埚孔中心截面积。
63.表1：实施例5-7性能检测结果
表2：对比例5-9性能检测结果由表1-2所示，实施例5-7制备的浇注料具有体积密度高、孔隙率低、常温耐压、抗折度高，抗爆温度大于500℃，能较好地适应现场烘烤条件，能与残衬牢固结合，整体强度高，热抗震性好，抗渣铁侵蚀性强的优点。
64.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围;凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。