一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于出铁口用炮泥技术领域。具体涉及一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。
【背景技术】
[0002]矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，是利用电弧的能量来熔炼金属，主要生产硅铁、锰铁、铬铁和镍铁合金等铁合金。冶炼过程中，陆续加料，间歇式出铁渣，冶炼完毕后，将熔融铁合金从出铁口放出。炮泥是一种应用于封堵矿热炉出铁口的耐火材料，为满足使用要求，矿热炉出铁口用炮泥应具备如下性能:(1)可塑性和粘结性好，容易挤进并填满铁口通道；(2)气孔率适宜，便于干燥时排出水分和气体；(3)高温体积收缩小，可避免产生裂纹；
(4)烧结性能好，耐冲刷和耐侵蚀；(5)强度适中，开口性能良好，开口机钻口容易；(6)环境污染小。
[0003]矿热炉用炮泥技术基本来源于高炉无水炮泥的演变模仿，但高炉无水炮泥价格较高，且高炉与矿热炉的工作环境相差较大，因此高炉无水炮泥不适合在矿热炉上直接使用。虽然国内外对矿热炉用炮泥的配方和性能进行了一定量的研究工作，但迄今为止炮泥在矿热炉中并未到达理想的使用效果。当前矿热炉用炮泥普遍存在强度低、耐冲刷和耐侵蚀性能差等问题。由于矿热炉的出铁口每天都要反复多次被打开和充填，如果炮泥质量存在上述问题，炽热的铁水和渣液会对出铁口炮泥产生冲刷和侵蚀作用，使用过程中出铁口就会出现扩孔，导致铁口变浅，铁流不稳定，出不净铁，严重影响正常生产，并最终影响矿热炉的使用寿命和冶炼产量。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉、强度较高、耐冲刷和耐侵蚀性能优良的矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:先以40~60wt%的矾土、5~15wt%的蓝晶石、10~20wt%的棕刚玉细粉、5~15wt%的氧化铬细粉、5~15wt%的碳化硅细粉、5~10wt%的娃微粉、l~5wt%的氧化钛细粉、l~3wt%的氧化铺细粉、l~3wt%的膨润土细粉和l~5wt%的Al203/Si2N20/SiC/C复合粉体为原料，外加所述原料l~5wt%的氧化物添加剂，在混碾机中预混合5~10分钟，得到预混粉；再向预混粉中加入所述原料0.05-0.25wt%的缓凝剂和所述原料7~15wt%的磷酸二氢铝水溶液，湿碾20~30分钟，然后经挤泥机挤泥成型，即得矿热炉出铁口用炮泥。
[0006]所述巩土的颗粒级配是:粒径为3~lmm占所述巩土 50~60wt% ;粒径小于1mm且大于等于0.5mm占所述研^土 15~30wt% ;粒径小于0.5mm且大于等于0.1mm占所述研^土15?30wt%o
[0007]所述蓝晶石的颗粒级配是:粒径为2?1mm占所述蓝晶石15?30wt%，粒径小于1mm且大于等于0.5mm占所述蓝晶石50?60wt%，粒径小于0.5mm且大于等于0.1mm占所述蓝晶石 15?30wt%o
[0008]所述Al203/Si2N20/SiC/C复合粉体的制备方法是:将矾土细粉与焦炭细粉按质量比5:1混合，即得混合料，在所述混合料中加入10wt%的酚醛树脂，用造粒机制得球形颗粒；将制得的球形颗粒装入匣钵中，再将所述匣钵置入电炉中，炉内维持氮气气氛，气氛压力为0.01-0.03MPa，温度为1400~1600 °C，保温2~5h，自然冷却至室温；破碎，细磨至粒度小于0.075mm,即得 Al203/Si2N20/SiC/C 复合粉体。
[0009]所述氧化物添加剂为N1细粉和ZnO细粉中的一种或两种。
[0010]所述的缓凝剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和柠檬酸中的一种以上。
[0011]所述的磷酸二氢铝水溶液的密度为1.45-1.55g/cm3。
[0012]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
本发明制备的矿热炉出铁口用炮泥(以下简称炮泥)的主要原料为矾土，原料较为丰富和便宜，故生产成本低廉。本发明采用的缓凝剂具有良好的保湿效果，使炮泥在长期存放过程中使用性能和操作性能不下降。采用磷酸二氢铝溶液做结合剂，加之硅微粉与水作用，赋予了炮泥较高的早期强度。高温条件下，氧化铬细粉与棕刚玉细粉会发生固溶反应，蓝晶石会转化为莫来石和石英相，硅微粉与棕刚玉细粉也会反应生成莫来石，有效促进固相反应和烧结过程，使所制备的炮泥具有较高的强度。
[0013]本发明中的莫来石的生成伴随一定的体积膨胀，避免了高温下炮泥产生大的体积收缩和裂纹。炮泥中加入的Al203/Si2N20/SiC/C复合粉体和碳化硅细粉具有优良的耐磨性，氧化物添加剂会与A1203反应原位生成耐侵蚀的尖晶石相，且在高温下氧化钛可以和材料内部的还原气氛作用原位形成耐侵蚀的TiC或Ti (C, N)，故制备的炮泥具有优良的耐冲刷和耐侵蚀性能。本发明所制备的矿热炉出铁口用炮泥的理化性能为:200°C X24h体积密度2.85-2.95g/cm3，1400。。X4h 体积密度 2.80-2.90g/cm3；200°C X24h 抗折强度 12?18Mpa，1400°C X4h抗折强度14~20Mpa ;能有效抵抗铁水对炮泥的冲刷和侵蚀12~18小时。
[0014]本发明所制备的炮泥中还加入了氧化铈，其在高温下粘度较高，容易形成熔点高的物质沉积在铁口处，可以对变大的铁口在使用过程中进行自我修复，从而实现了对出铁口的维护，有效提高矿热炉的寿命。
[0015]因此，本发明所制备的矿热炉出铁口用炮泥具有成本低廉、强度较高、耐冲刷和耐侵蚀性能优良的特点。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制: 为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的原料技术参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述:
所述巩土的颗粒级配是:粒径为3~lmm占所述巩土 50~60wt% ;粒径小于1mm且大于等于0.5mm占所述巩土 15~30wt% ;粒径小于0.5mm且大于等于0.1mm占所述巩土 15~30wt%。
[0017]所述蓝晶石的颗粒级配是:粒径为2~lmm占所述蓝晶石15~30wt%，粒径小于1mm且大于等于0.5mm占所述蓝晶石50~60wt%，粒径小于0.5mm且大于等于0.1mm占所述蓝晶石 15~30wt%。
[0018]所述Al203/Si2N20/SiC/C复合粉体的制备方法是:将矾土细粉与焦炭细粉按质量比5:1混合，即得混合料，在所述混合料中加入10wt%的酚醛树脂，用造粒机制得球形颗粒；将制得的球形颗粒装入匣钵中，再将所述匣钵置入电炉中，炉内维持氮气气氛，气氛压力为0.01-0.03MPa，温度为1400~1600 °C，保温2~5h，自然冷却至室温；破碎，细磨至粒度小于0.075mm,即得 Al203/Si2N20/SiC/C 复合粉体。
[0019]所述的磷酸二氢铝水溶液的密度为1.45-1.55g/cm3。
[0020]实施例1
一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。先以40~45wt%的矾土、12~15wt%的蓝晶石、10~15wt%的棕刚玉细粉、12~15wt%的氧化铬细粉、5~8wt%的碳化硅细粉、7~10wt%的硅微粉、l~3wt%的氧化钦细粉、l~3wt%的氧化铺细粉、l~3wt%的膨润土细粉和l~3wt%的A1203/Si2N20/SiC/C复合粉体为原料，外加所述原料l~3wt%的氧化物添加剂，在混碾机中预混合
5-7分钟，得到预混粉；再向预混粉中加入所述原料0.05-0.10wt%的缓凝剂和所述原料7~9wt%的磷酸二氢铝水溶液，湿碾20~25分钟，然后经挤泥机挤泥成型，即得矿热炉出铁口用炮泥。
[0021]本实施例1中:所述氧化物添加剂为N1细粉；所述的缓凝剂为三聚磷酸钠。
[0022]本实施例1所制得的矿热炉出铁口用炮泥的理化性能为:200°C X24h体积密度2.85-2.87g/cm3，1400。。X4h 体积密度 2.80-2.82g/cm3；200°C X24h 抗折强度 12?14Mpa，1400°C X4h抗折强度14~16Mpa ;能有效抵抗铁水对炮泥的冲刷和侵蚀12~14小时。
[0023]实施例2
一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。先以42~47wt%的矾土、10~13wt%的蓝晶石、12-17wt%的棕刚玉细粉、10~13wt%的氧化铬细粉、7~10wt%的碳化硅细粉、5~8wt%的硅微粉、3~5wt%的氧化钛细粉、l~3wt%的氧化铈细粉、l~3wt%的膨润土细粉和3~5wt%的A1203/Si2N20/SiC/C复合粉体为原料，外加所述原料3~5wt%的氧化物添加剂，在混碾机中预混合
6-8分钟，得到预混粉；再向预混粉中加入所述原料0.09-0.14wt%的缓凝剂和所述原料8~10wt%的磷酸二氢铝水溶液，湿碾22~27分钟，然后经挤泥机挤泥成型，即得矿热炉出铁口用炮泥。
[0024]本实施例2中:所述氧化物添加剂为N1细粉；所述的缓凝剂为六偏磷酸钠。
[0025]本实施例2所制得的矿热炉出铁口用炮泥的理化性能为:200°C X24h体积密度2.87-2.89g/cm3，1400。。X4h 体积密度 2.82-2.84g/cm3；200°C X24h 抗折强度 13?15Mpa，1400°C X4h抗折强度15~17Mpa ;能有效抵抗铁水对炮泥的冲刷和侵蚀13~15小时。
[0026]实施例3
一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。先以44~49wt%的矾土、8~llwt%的蓝晶石、14~19wt%的棕刚玉细粉、8~llwt%的氧化铬细粉、9~12wt%的碳化硅细粉、6~9wt%的硅微粉、l~3wt%的氧化钦细粉、l~3wt%的氧化铺细粉、l~3wt%的膨润土细粉和l~3wt%的A1203/Si2N20/SiC/C复合粉体为原料，外加所述原料l~3wt%的氧化物添加剂，在混碾机中预混合
7-9分钟，得到预混粉；再向预混粉中加入所述原料0.13-0.18wt%的缓凝剂和所述原料9~llwt%的磷酸二氢铝水溶液，湿碾24~29分钟，然后经挤泥机挤泥成型，即得矿热炉出铁口用炮泥。
[0027]本实施例3中:所述氧化物添加剂为ZnO细粉；所述的缓凝剂为柠檬酸。
[0028]本实施例3所制得的矿热炉出铁口用炮泥的理化性能为:200°C X24h体积密度2.89-2.91g/cm3，1400。。X4h 体积密度 2.84-2.86g/cm3；200°C X24h 抗折强度 14?16Mpa，1400°C X4h抗折强度16~18Mpa ;能有效抵抗铁水对炮泥的冲刷和侵蚀14~16小时。
[0029]实施例4
一种矿热炉出铁口用炮泥及其制备方法。先以46~51wt%的巩土、6~9wt%的蓝晶石、15~20wt%的棕刚玉细粉、6~9wt%的氧化铬细粉、ll~14wt%的碳化硅细粉、5~8wt%的硅微粉、l~3wt%的氧化钦细粉、l~3wt%的氧化铺细粉、l~3wt%的膨润土细粉和l~3wt%的A1203/Si2N20/SiC/C复合粉体为原料，外加所述原料3~5wt%的氧化物添加剂，在混碾机中预混合8-10分钟，得到预混粉；再向预混粉中加入所述原料0.17-0.22wt%的缓凝剂和所述原料10~12wt%的磷酸二氢铝水溶液，湿碾25~30分钟，然后经挤泥机挤泥成型，即得矿热炉出铁口用炮泥。
[0030]本实施例4中:所述氧化物添加剂为ZnO细粉；所述的缓凝剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物。
[0031]本实施例4所制得的矿热炉出铁口用炮泥的理化性能为:200°C X24h体积密度2.91-2.93g/cm3，1400。。X4h 体积密度 2.86-2.88g/cm3；200°C X24h 抗折强度 15?17Mpa，1400°C X4h抗折强度17~19Mpa ;能有效抵抗铁水对炮泥的冲刷和侵蚀15~17小时。
[0032]实施例5