本发明属于中频炉用捣打料技术领域。具体涉及一种基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料及其制备方法。
背景技术：
铝铬渣是铝热还原反应冶炼金属铬、铬铁等合金所衍生的副产物。在冶炼金属铬时利用金属铝与铬矿中的cr2o3发生还原反应制取金属铬，金属铝粉与cr2o3在熔融的状态下发生激烈的化学反应，生成的al2o3迅速向刚玉相转变，同时与未反应完全的cr2o3固溶，生成铝铬固溶体，即铝铬渣。据统计，中国每年将产生50～60万吨的铝铬渣，铝铬渣中含有约0.08～0.11mg/g的cr6+(中国含铬废渣cr6+控制标准为0.008mg/g)，其已被纳入《国家危险废物名录(2016)代码：315-003-21》。目前，铝铬渣一般被当作工业垃圾处理，堆积成害，给社会和企业带来了巨大的环境和经济负担，故对铝铬渣进行无害化应用具有重大意义。
中频炉内衬是中频炉的关键部位，炉衬耐火材料的优劣是决定中频炉寿命、铸件质量及安全可靠性的一个重要因素。中频感应炉在冶炼方面有很多优势，但炉衬厚度较薄、温度梯度较大、同时反复受到急冷急热作用，且基于损毁机制，要求中频感应炉用耐火材料具有以下性能：良好的抗金属溶液和熔渣渗透侵蚀性能；良好的高温体积稳定性和抗热震性；良好的高温力学性能。
中频炉用中性干式捣打料是以刚玉、矾土、莫来石等为主要原料制成，尤其是在大型中频炉炼钢时首选炉衬材料是刚玉—尖晶石质捣打料。原因是：在刚玉捣打料中加入适量的镁砂(或合成尖晶石)和适量的烧结剂，在高温下刚玉与镁砂反应生成尖晶石，产生一定的体积膨胀，能够有效抑制炉衬工作层的龟裂，减少工作层的微裂纹，延长炉衬寿命。但是近年来由于这些高品质的原料纯度越来越低，并且储量有限，导致原料价格上涨，用于生产中频炉内衬成本较高。
“一种冶金电磁感应中频炉捣打料”(cn103058669a)专利技术，采用高铝矾土、镁砂、尖晶石和二氧化硅超微粉等作为原料制备中频炉捣打料，虽然材料的致密性和抗渣侵蚀优良，但镁砂和尖晶石等原料不易得到且价格较高；另外材料中致密高铝矾土骨料所占的比例较高，提高了材料的导热系数。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、资源综合利用高和节能环保的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料的制备方法，所制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料不仅抗铁水和抗熔渣的冲刷性能良好，且抗铁水和抗熔渣的侵蚀性能强。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先以55～60wt％的铝铬渣颗粒、10～15wt％的板状刚玉颗粒、15～20wt％的铝铬渣细粉、2～5wt％的二氧化硅微粉和5～8wt％的镁砂细粉为原料，混合，再外加所述原料5～8wt％的磷酸溶液，搅拌均匀，封装，即得基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料。
所述铝铬渣颗粒的粒度为0.1～5mm；所述铝铬渣颗粒的主要化学成分是：al2o3为80～85wt％，cr2o3为10～15wt％，fe2o3≤1wt％，cao≤1.5wt％。
所述板状刚玉颗粒的粒度为0.1～3mm；所述板状刚玉颗粒的al2o3含量＞99wt％。
所述铝铬渣细粉的粒度为0.088～0.1mm；所述铝铬渣细粉的主要化学成分是：al2o3为80～85wt％，cr2o3为10～15wt％，fe2o3≤1wt％，cao≤1.5wt％。
所述二氧化硅微粉的粒度为0.088～0.1mm；所述二氧化硅微粉的主要化学成分是：sio2为80～85wt％，fe2o3≤1.3wt％。
所述镁砂细粉的粒度为0.088～0.1mm；所述镁砂细粉的主要化学成分是：mgo为80～85wt％。
所述磷酸溶液的质量浓度为40～60％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所用主要原料为铝铬渣，具有资源综合利用和环境保护的作用。
2、本发明无需特殊的设备和复杂的处理技术，工艺流程简单。
3、本发明通过原料组分的化学反应产生的体积膨胀能有效抑制炉衬工作层的龟裂，减少工作层的微裂纹，提高了炉衬工作层的热震稳定性。
4、本发明加入了二氧化硅微粉，利用其颗粒小、活性大、填充性好、易烧结的性质降低了烧成温度，避免了磷酸作为烧结剂时产生过多液相的危害。
5、本发明利用原料组分间的固溶反应和尖晶石生成反应提升了基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料的致密度，进而增强了工作层内衬的抗冲刷和侵蚀性能。
本发明制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.11～3.54g/cm3；显气孔率为14～17％；抗折强度为7.6～9.8mpa；耐压强度为86.5～89.7mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4～8％。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、资源综合利用和节能环保的特点，所制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料不仅抗铁水和抗熔渣的冲刷性能良好，且抗铁水和抗熔渣的侵蚀性能强。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，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物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述铝铬渣颗粒的粒度为0.1～5mm；所述铝铬渣颗粒的主要化学成分是：al2o3为80～85wt％，cr2o3为10～15wt％，fe2o3≤1wt％，cao≤1.5wt％。
所述板状刚玉颗粒的粒度为0.1～3mm；所述板状刚玉颗粒的al2o3含量＞99wt％。
所述铝铬渣细粉的粒度为0.088～0.1mm；所述铝铬渣细粉的主要化学成分是：al2o3为80～85wt％，cr2o3为10～15wt％，fe2o3≤1wt％，cao≤1.5wt％。
所述二氧化硅微粉的粒度为0.088～0.1mm；所述二氧化硅微粉的主要化学成分是：sio2为80～85wt％，fe2o3≤1.3wt％。
所述镁砂细粉的粒度为0.088～0.1mm；所述镁砂细粉的主要化学成分是：mgo为80～85wt％。
所述磷酸溶液的质量浓度为40～60％。
实施例1
一种基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以55～57wt％的铝铬渣颗粒、10～12wt％的板状刚玉颗粒、18～20wt％的铝铬渣细粉、4.1～5wt％的二氧化硅微粉和7.1～8wt％的镁砂细粉为原料，混合，再外加所述原料5～6wt％的磷酸溶液，搅拌均匀，封装，即得基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料。
本实施例制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.11～3.30g/cm3；显气孔率为14～15.2％；抗折强度为8.1～9.0mpa；耐压强度为87.25～88.30mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为6.8～8％。
实施例2
一种基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以56～58wt％的铝铬渣颗粒、12～14wt％的板状刚玉颗粒、17～19wt％的铝铬渣细粉、3.4～4.4wt％的二氧化硅微粉和5.7～7.1wt％的镁砂细粉为原料，混合，再外加所述原料5.7～6.7wt％的磷酸溶液，搅拌均匀，封装，即得基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料。
本实施例制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.25～3.38g/cm3；显气孔率为14.7～15.9％；抗折强度为7.6～8.5mpa；耐压强度为86.5～87.55mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为5.9～7.3％。
实施例3
一种基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以57.5～59wt％的铝铬渣颗粒、11.2～13.8wt％的板状刚玉颗粒、16.2～18.8wt％的铝铬渣细粉、2.7～3.7wt％的二氧化硅微粉和5～6.8wt％的镁砂细粉为原料，混合，再外加所述原料6.4～7.4wt％的磷酸溶液，搅拌均匀，封装，即得基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料。
本实施例制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.30～3.45g/cm3；显气孔率为15.4～16.6％；抗折强度为8.6～9.5mpa；耐压强度为88.0～89.05mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4.9～6.3％。
实施例4
一种基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
先以58～60wt％的铝铬渣颗粒、13～15wt％的板状刚玉颗粒、15～17wt％的铝铬渣细粉、2～3wt％的二氧化硅微粉和6.4～7.4wt％的镁砂细粉为原料，混合，再外加所述原料7.1～8wt％的磷酸溶液，搅拌均匀，封装，即得基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料。
本实施例制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.40～3.54g/cm3；显气孔率为15.8～17.0％；抗折强度为9.1～9.8mpa；耐压强度为88.75～89.7mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4～5.8％。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施方式所用主要原料为铝铬渣，具有资源综合利用和环境保护的作用。
2、本具体实施方式无需特殊的设备和复杂的处理技术，工艺流程简单。
3、本具体实施方式通过原料组分的化学反应产生的体积膨胀能有效抑制炉衬工作层的龟裂，减少工作层的微裂纹，提高了炉衬工作层的热震稳定性。
4、本具体实施方式加入了二氧化硅微粉，利用其颗粒小、活性大、填充性好、易烧结的性质降低了烧成温度，避免了磷酸作为烧结剂时产生过多液相的危害。
5、本具体实施方式利用原料组分间的固溶反应和尖晶石生成反应提升了基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料的致密度，进而增强了工作层内衬的抗冲刷和侵蚀性能。
本具体实施方式制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料经检测：体积密度为3.11～3.54g/cm3；显气孔率为14～17％；抗折强度为7.6～9.8mpa；耐压强度为86.5～89.7mpa；1450℃动态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4～8％。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、资源综合利用和节能环保的特点，所制备的基于铝铬渣的铁冶炼中频炉用捣打料不仅抗铁水和抗熔渣的冲刷性能良好，且抗铁水和抗熔渣的侵蚀性能强。