一种应用于铁水包的碳质不定形耐火材料及其生产方法与流程

本发明涉及一种碳质不定形耐火材料生产的新工艺，属于工业固废应用于耐火材料行业的一种新技术。

背景技术：

不定形耐火材料是由一定级配的骨料、粉料、结合剂和外加剂组成的不定形状的不经烧成可供直接使用的耐火材料。不定形耐火材料的耐火度应不低于1500℃，有些隔热不定形耐火材料的耐火度允许低于1500℃。这类材料无固定的外形，呈松散状、浆状或泥膏状，因而也称为散状耐火材料。

不定形耐火材料的组成包括耐火骨料和粉料、结合剂、外加剂等。其用量应根据不定形耐火材料的不同品种和用途决定。一般情况下以质量百分比计，骨料用量约占65％以上，粉料用量约为10％～35％，结合剂用量为8％～15％，外加剂通常少于1％，极少超过4％，用水(或液体)为8％～12％。

骨料分为粗骨料(≥3mm)、细骨料(3～0.088mm)、粉料分为细粉料(0.088～0.01mm)、超细粉(≤0.01mm)。

骨料在组成中用量最多并起骨架作用。粉料除起着填充空隙、改善施工性能和保证密实作用外，有时还与某些结合剂发生反应，使不定形耐火材料具有强度或用来改善其他性能。粉料可采用与骨料相同的材质(见耐火粉料)，应用中粉料的材质往往高于骨料的材质。

结合剂将结合物结合为整体是取决于结合物本身的凝结硬化性质和结合剂与结合物之间产生的粘结作用。

表1铁水包主要化学成分、矿物组成分类

在铁合金行业，往往使用铁水包盛装铁水进行浇筑，目前的耐火材料普遍使用耐火土、焦粉(60％)进行砌筑，耐火度足够，但是它的缺点在于耐火土与铁水发生反应，铁水在铁水包内粘结严重。

技术实现要素：

为了克服上述缺点，本发明提出一种应用于铁水包的碳质不定形耐火材料及其生产方法。

本发明公开了一种应用于铁水包的碳质不定形耐火材料，其中，所述碳质不定形耐火材料的组成包括：耐火骨料、粉料、结合剂，所述耐火骨料为硅石，所述粉料包括石英砂、粉煤灰和冶金焦粉，所述结合剂包括煤质沥青，其中以质量份计各组分配比为，硅石：石英砂：粉煤灰：冶金焦粉：煤质沥青＝40-60份：5-10份：10-20份：10-20份：5份。

其中耐火骨料的主要起骨架作用，增加高温强度；粉料用来实现瘠性料的紧密堆积，充填骨料间隙，避免粒度偏析，保证混合料的流动性，提高浇注料的致密性与结合强度，保证其体积稳定性；结合剂的作用是增强使骨料和粉料结合的高温强度和耐侵蚀性。当耐火骨料含量较少时，粘结强度较弱，在捣打过程中侧壁的耐火材料易出现脱落。

进一步地，所述硅石包括粒径1-2mm的硅石和粒径2-5mm的硅石，以质量份计，粒径1-2mm的硅石：粒径2-5mm的硅石＝10-15份：30-45份，其中大颗粒的硅石充当大骨料，小颗粒的硅石充当细骨料。

进一步地，所述不定形耐火材料的组成还包括减水剂。减水剂的加入可以使混合料的塑性增加。

进一步地，所述粉煤灰粒度为15～45μm，所述冶金焦粉粒度为100目以下，以质量百分比计，所述冶金焦粉的含碳量高于84％，挥发分低于7％。

本发明还公开了一种上述应用于铁水包的碳质不定形耐火材料的生产方法，包括以下步骤：

S1、将粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机进行球磨，得到球磨料；

S2、将石英砂、冶金焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌，得到搅拌料；

S3、将所述球磨料和所述搅拌料一起搅拌混合，同时加入水分得混合物料；

S4、在混合物料表面呈润湿态时支好模型，将混合物料捣打成一定厚度；

S5、将步骤S4中捣打后的混合物料烘干，得到耐火材料。

进一步地，步骤S1中所述球磨时间为5～8h。

进一步地，步骤S2中所述搅拌时间为5～15min。

进一步地，步骤S3中所述水分质量为所述球磨料和所述搅拌料总质量的25％-35％。

进一步地，步骤S4中捣打后的所述混合物料厚度为50～100mm。

进一步地，步骤S5中所述混合物料在700-800℃烘干10-24h。

表2不定形耐火材料成本表

表3铁水包耐火材料原料配比表

对比表2和表3可以看出，使用硅石、石英砂等配料的耐火材料每吨的成本约237元，成本低于主要由焦粉组成的耐火材料。

此外，碳质不定形耐火材料中的粉煤灰的熔点达2000℃以上，石英质的耐火材料耐火度达1650℃，粉煤灰粉的粒度比较小，容易分散在硅石的表面，在高温下，粉煤灰能够减低石英的熔化速度，提高了混合料的耐火度。粉煤灰的比表面积较大，所以需要首先跟沥青结合，因此粉煤灰量的增多，会导致混合料的粘结强度下降。

本发明的有益效果在于：

1.本专利发明的耐火材料结合了碳质耐火材料和铝酸盐质耐火材料的优点，既可以耐受高温，又确保了在高温下氧化损耗较低。

2.采用硅石、粉煤灰配料生产的耐火材料成本较低。

3.目前铁水包的耐火材料通常采用耐火土，但是耐火土极易与铁水粘结，每个铁水包拆包时，含碳质不定形耐火材料带走的铁要比含耐火土平均少带走150kg以上。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1是本发明中应用于铁水包的碳质不定形耐火材料的生产流程图；

图2是本发明中应用于铁水包的碳质不定形耐火材料在铁水包中倒出后的示例图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的其中一个实施例，示出了一种应用于铁水包的碳质不定形耐火材料，其中，所述碳质不定形耐火材料的组成包括：耐火骨料、粉料、结合剂，所述耐火骨料为硅石，所述粉料包括石英砂、粉煤灰和冶金焦粉，所述结合剂包括煤质沥青，其中以质量份计各组分配比为，硅石：石英砂：粉煤灰：冶金焦粉：煤质沥青＝40-60份：5-10份：10-20份：10-20份：5份。

其中耐火骨料的主要起骨架作用，增加高温强度；粉料用来实现瘠性料的紧密堆积，充填骨料间隙，避免粒度偏析，保证混合料的流动性，提高浇注料的致密性与结合强度，保证其体积稳定性；结合剂的作用是增强使骨料和粉料结合的高温强度和耐侵蚀性。当耐火骨料含量较少时，粘结强度较弱，在捣打过程中侧壁的耐火材料易出现脱落。

进一步地，所述硅石包括粒径1-2mm的硅石和粒径2-5mm的硅石，以质量份计，粒径1-2mm的硅石：粒径2-5mm的硅石＝10-15份：30-45份，其中大颗粒的硅石充当大骨料，小颗粒的硅石充当细骨料。

进一步地，所述不定形耐火材料的组成还包括减水剂。减水剂的加入可以使混合料的塑性增加。

进一步地，所述粉煤灰粒度为15～45μm，所述冶金焦粉粒度为100目以下，以质量百分比计，所述冶金焦粉的含碳量高于84％，挥发分低于7％。

本发明还公开了一种上述应用于铁水包的碳质不定形耐火材料的生产方法，如图1所示的流程图，该方法包括以下步骤：

S1、将粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机进行球磨，得到球磨料；

S2、将石英砂、冶金焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌，得到搅拌料；

S3、将所述球磨料和所述搅拌料一起搅拌混合，同时加入水分得混合物料；

S4、在混合物料表面呈润湿态时支好模型，将混合物料捣打成一定厚度；

S5、将步骤S4中捣打后的混合物料烘干，得到耐火材料。

进一步地，步骤S1中所述球磨时间为5～8h。

进一步地，步骤S2中所述搅拌时间为5～15min。

进一步地，步骤S3中所述水分质量为所述球磨料和所述搅拌料总质量的25％-35％。

进一步地，步骤S4中捣打后的所述混合物料厚度为50～100mm。

进一步地，步骤S5中所述混合物料在700-800℃烘干10-24h。

具体实施例

实施例1

原料采用硅石(1～2mm)15份，硅石(2～5mm)45份、石英砂、粉煤灰等，配比如下表：

表4耐火材料原料配比表

粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机，球磨5h，粉煤灰粒度15～45μm；石英砂、焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌10min；球磨后的混合物和预混合后的混合物一起搅拌，一边加入总混合材料质量的25％水分后，物料表面呈润湿态，支好模型，将耐火材料捣打成50mm厚，在700～800℃进行烘干，烘干10h后，得到耐火材料。经过现场铁水实验，表面下降约1cm，拆包后发现耐火材料无烧穿，内部呈焦粉黑色，矿热炉出炉铁水的初期温度超过2000℃，说明添加焦粉的耐火材料的耐火度超过2000℃。

硅石、石英砂、粉煤灰、冶金焦粉、煤质沥青等原料混合后，用搅拌机、真空挤泥机处理，成型烘干后，得到耐火材料的实验砖，其耐火度优于高铝质砖性能，具体指标见下表：

表5耐火材料检测指标对比

实施例2

原料采用硅石(1～2mm)12份，硅石(2～5mm)43份、石英砂、粉煤灰等，配比如下表：

表6耐火材料原料配比表

粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机，球磨8h，粉煤灰粒度15～45μm；石英砂、焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌10min；球磨后的混合物和预混合后的混合物一起搅拌，一边加入总混合材料质量的35％水分后，物料表面呈润湿态，支好模型，将耐火材料捣打成100mm厚，在700℃～800℃进行烘干，烘干24h后，得到耐火材料。经过现场铁水实验，表面下降约1cm，拆包后发现耐火材料无烧穿，内部呈焦粉黑色，矿热炉出炉铁水的初期温度超过2000℃，说明添加焦粉的耐火材料的耐火度超过2000℃。

硅石、石英砂、粉煤灰、冶金焦粉、煤质沥青等原料混合后，用搅拌机、真空挤泥机处理，成型烘干后，得到耐火材料的实验砖，其耐火度优于高铝质砖性能，具体指标见下表：

表7耐火材料检测指标对比

实施例3

原料采用硅石(1～2mm)10份，硅石(2～5mm)30份、石英砂、粉煤灰等，配比如下表：

表8耐火材料原料配比表

粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机，球磨7h，粉煤灰粒度15～45μm；石英砂、焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌10min；球磨后的混合物和预混合后的混合物一起搅拌，一边加入总混合材料质量的30％水分后，物料表面呈润湿态，支好模型，将耐火材料捣打成80mm厚，在700℃～800℃进行烘干，烘干12h后，得到耐火材料。经过现场铁水实验，表面下降约1cm，拆包后发现耐火材料无烧穿，内部呈焦粉黑色，矿热炉出炉铁水的初期温度超过2000℃，说明添加焦粉的耐火材料的耐火度超过2000℃。

硅石、石英砂、粉煤灰、冶金焦粉、煤质沥青等原料混合后，用搅拌机、真空挤泥机处理，成型烘干后，得到耐火材料的实验砖，其耐火度优于高铝质砖性能，具体指标见下表：

表9耐火材料检测指标对比

实施例4

原料采用硅石(1mm～2mm)20份，硅石(2mm～5mm)43份、石英砂、粉煤灰等，配比如下表：

表10耐火材料原料配比表

粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机，球磨8h，粉煤灰粒度15μm～45μm；石英砂、焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌10min；球磨后的混合物和预混合后的混合物一起搅拌，一边加入总混合材料质量的35％水分后，在铁水包内支好模型后，捣打过程中，泥料总是下落，难以使用。

实施例5

原料采用硅石(1mm～2mm)10份，硅石(2mm～5mm)20份、石英砂、粉煤灰等，配比如下表：

表11耐火材料原料配比表

粉煤灰和煤质沥青同时加入球磨机，球磨8h，粉煤灰粒度15～45μm；石英砂、焦粉、硅石在搅拌机中预混合搅拌10min；球磨后的混合物和预混合后的混合物一起搅拌，一边加入总混合材料质量的35％水分后，因为骨料太少，在捣打过程中，泥料难以成型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。