一种添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料及其制备方法与流程

1.本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料及其制备方法。


背景技术：

2.高炉出铁沟是引导高炉内高温铁水和熔渣的通道，高炉出铁沟系统包括主沟、支沟和渣沟，高炉出铁沟用耐火材料的耐用性，直接影响高炉的正常生产和作业率，其中以主沟用耐火材料最为关键。这是因为，主沟的使用环境更恶劣，主沟不仅需要承受高温熔渣的侵蚀，还要承受高温铁水的冲刷，同时还承受间歇式出铁引起的温度骤变对主沟的热震损毁。
3.目前，为了提高高炉出铁沟主沟的抗渣侵蚀性，通常会在主沟浇注料中加入碳材料，碳材料不被渣铁浸润，可提高主沟的抗渣侵蚀性，但是，碳材料非常容易氧化，且强度低，导致浇注料加速损毁。因此，需要提供一种抗渣性能好，抗氧化性能好的高炉出铁沟主沟浇注料。


技术实现要素：

4.本发明解决的是目前高炉出铁沟主沟浇注料的抗氧化性能差的问题，为此提供了一种添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料及其制备方法，该浇注料加入了碳化铬和氧化镍，碳化铬可与氧气反应，生成氧化铬，一方面可消耗氧气，防止碳素材料与氧气反应，另一方面氧化铬在高温下与氧化镍形成镍铬尖晶石，形成致密的陶瓷层，使材料更加致密，进一步防止浇注料被氧化。
5.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，包括以下质量百分比的组分：白刚玉40%-50%、铬刚玉10%-20%、碳化硅16%-25%、硅灰1%-3%、α-氧化铝5%-9%、碳化铬0.3%-1%、氧化镍0.3%-1%、结合剂1%-4%、碳素材料2%-4%、金属硅粉0.9%-2.8%、分散剂0.1%-0.5%、防爆剂0.1%-0.5%。
6.优选地，添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，包括以下质量百分比的组分：白刚玉42%-48%、铬刚玉14%-18%、碳化硅18%-22%、硅灰1.5%-2.5%、α-氧化铝6%-8%、碳化铬0.5%-0.8%、氧化镍0.4%-0.8%、结合剂1.5%-3.5%、碳素材料2.5%-3.5%、金属硅粉1%-2.6%、分散剂0.2%-0.5%、防爆剂0.1%-0.5%。
7.优选地，碳化铬与氧化镍的质量比为1：（1-2）。
8.优选地，所述碳素材料为焦炭粉。
9.优选地，所述白刚玉包括质量比为2：3：2：（2-3）的粒度为15-8mm的颗粒、粒度为8-5mm的颗粒、粒度为5-3mm的颗粒、粒度为3-1mm的颗粒；所述铬刚玉包括质量比为（1-2）：（2-1）的粒度为3-1mm的颗粒、粒度为1-0mm的颗粒；
所述碳化硅包括质量比为（4-9）：（12-14）的粒度为1-0mm的颗粒和粒度为325目的细粉；α-氧化铝的粒度≤1
µ
m。
10.优选地，所述白刚玉中，al2o3≥99.5wt%、fe2o3≤0.03wt%、r2o≤0.03wt%、sio2≤0.3wt%，所述白刚玉的颗粒体积密度≥3.5g/cm3；所述铬刚玉中，al2o3≥80wt%、cr2o3≥12wt%、fe2o3≤0.3wt%、r2o≤0.5wt%、sio2≤0.3wt%，所述铬刚玉的颗粒体积密度≥3.5g/cm3；所述碳化硅中，sic≥97wt%、fe2o3≤0.4wt%、游离碳≤0.5wt%、游离硅≤0.6wt%。
11.优选地，所述结合剂为高铝水泥。
12.优选地，所述防爆剂为金属铝粉、聚丙烯纤维中的至少一种。
13.优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠。
14.本发明的第二方面提供一种上述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，包括以下步骤：将白刚玉、铬刚玉、碳化硅、硅灰、α-氧化铝、碳化铬、氧化镍、所述结合剂、所述碳素材料、金属硅粉、所述分散剂、所述防爆剂混合，得到所述添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料。
15.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，为了提高其抗渣侵蚀性，加入了碳素材料，但碳素材料易氧化，使浇注料的抗氧化性差，为此，该浇注料中加入了碳化铬，利用其在1000℃发生氧化反应的性能，可以在高温环境下消耗氧气，碳素材料氧化，同时，该浇注料中还加入了氧化镍，氧化镍可与碳化铬氧化产物氧化铬形成致密的镍铬尖晶石，从而形成致密的陶瓷层，使材料更加致密，进一步防止浇注料氧化。
具体实施方式
16.下面将结合本发明的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.为了提高高炉出铁沟主沟的抗渣侵蚀性，通常会在主沟浇注料中加入碳材料（例如碳素材料），碳材料不被渣铁浸润，可提高主沟的抗渣侵蚀性，但是，碳材料非常容易氧化，且强度低，导致主沟浇注料的抗氧化性差。为此，本发明实施例的第一方面提供一种添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，包括以下质量百分比的组分：白刚玉40%-50%、铬刚玉10%-20%、碳化硅16%-25%、硅灰1%-3%、α-氧化铝5%-9%、碳化铬0.3%-1%、氧化镍0.3%-1%、结合剂1%-4%、碳素材料2%-4%、金属硅粉0.9%-2.8%、分散剂0.1%-0.5%、防爆剂0.1%-0.5%。
18.本发明实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，为了提高其抗渣侵蚀性，加入了碳素材料，但碳素材料易氧化，使浇注料的抗氧化性差，为此，该浇注料中加入了碳化铬，利用其在1000℃发生氧化反应的性能，可以在高温环境下消耗氧气，碳素材料氧化，同时，该浇注料中还加入了氧化镍，氧化镍可与碳化铬氧化产物氧化铬形成致密的镍铬尖
晶石，从而形成致密的陶瓷层，使材料更加致密，进一步防止浇注料氧化。
19.优选地，添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，包括以下质量百分比的组分：白刚玉42%-48%、铬刚玉14%-18%、碳化硅18%-22%、硅灰1.5%-2.5%、α-氧化铝6%-8%、碳化铬0.5%-0.8%、氧化镍0.4%-0.8%、结合剂1.5%-3.5%、碳素材料2.5%-3.5%、金属硅粉1%-2.6%、分散剂0.2%-0.5%、防爆剂0.1%-0.5%。
20.本发明实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，对其中各组分的质量百分比进一步优化，经实验研究发现，采用上述百分比范围时，获得的浇注料的抗氧化性能、抗渣侵蚀性能和强度性能更好。
21.优选地，碳化铬与氧化镍的质量比为1：（1-2）。
22.氧化铬与氧化镍形成镍铬尖晶石需要在一定的质量比范围内，且形成的镍铬尖晶石的总量并不是越多越好，镍铬尖晶石过多会，碳化铬氧化严重，使材料内部结构变得疏松，材料强度下降，而镍铬尖晶石形成过少，致密陶瓷层不够，会使出铁沟主沟浇注料的抗氧化性不高。经实验研究发现，碳化铬与氧化镍的质量比在上述比例范围内时，可形成最适量的镍铬尖晶石，使浇注料具有很好的抗氧化性和强度性能。
23.其中，碳素材料指含碳材料，例如焦炭粉、球沥青等，碳素材料不被渣铁浸润，可提高主沟的抗渣侵蚀性。在一些实施例中，碳素材料为焦炭粉。球沥青粒度为0.2-1mm，其分散性不好，因此抗渣性不好，而焦炭粉属于超细粉，其在浇注料中的分散性很好，因此可更好的提高浇注料的抗渣性。
24.白刚玉可提高材料的氧化铝含量，降低材料高温条件下液相生成量，进而提高材料的高温性能，白刚玉的可选粒度范围较广，优选地，所述白刚玉包括质量比为2：3：2：（2-3）的粒度为15-8mm的颗粒、粒度为8-5mm的颗粒、粒度为5-3mm的颗粒、粒度为3-1mm的颗粒。优选地，白刚玉中，al2o3≥99.5wt%、fe2o3≤0.03wt%、r2o≤0.03wt%、sio2≤0.3wt%，所述白刚玉的颗粒体积密度≥3.5g/cm3。
25.铬刚玉具有良好的抗渣侵蚀性能，铬刚玉的可选粒度范围较广，优选地，铬刚玉包括质量比为（1-2）：（2-1）的粒度为3-1mm的颗粒、粒度为1-0mm的颗粒。优选地，铬刚玉中，al2o3≥80wt%、cr2o3≥12wt%、fe2o3≤0.3wt%、r2o≤0.5wt%、sio2≤0.3wt%，所述铬刚玉的颗粒体积密度≥3.5g/cm3。
26.碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，碳化硅的可选粒度范围较广，优选地，碳化硅包括质量比为（4-9）：（12-14）的粒度为1-0mm的颗粒和粒度为325目的细粉。优选地，碳化硅中，sic≥97wt%、fe2o3≤0.4wt%、游离碳≤0.5wt%、游离硅≤0.6wt%。
27.α-氧化铝的粒度分布均匀、纯度高、高分散，且其比表面低，具有耐高温的惰性，优选地，α-氧化铝的粒度≤1
µ
m。
28.结合剂的作用是使骨料、细粉紧密结合在一起，结合剂具体可采用高铝水泥、ρ氧化铝。优选地，所述结合剂为高铝水泥，高铝水泥的结合性更好。
29.防爆剂的作用是与材料中的水反应生成氢气，在材料内部形成细小通孔，可快速排除材料内部多余的水分，防止材料高温爆裂。优选地，所述防爆剂为金属铝粉、聚丙烯纤维中的至少一种。
30.分散剂的作用是减少材料的加水量，降低材料的气孔率，提高材料的体积密度。优
0mm 的铬刚玉颗粒8%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒6%、粒度为325目的碳化硅细粉12%、硅灰2%、粒度为小于1μm的α-氧化铝8.3%、碳化铬0.3%、氧化镍0.5%、高铝水泥2.5%、焦炭粉2.5%、六偏磷酸钠0.25%、金属硅粉2.4%、金属铝粉0.2%、有机纤维0.05%。
40.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
41.实施例3本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒15%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒4%、粒度为325目的碳化硅细粉12%、硅灰2%、粒度为小于1μm的α-氧化铝7.6%、碳化铬0.5%、氧化镍1%、高铝水泥2.5%、焦炭粉2.5%、六偏磷酸钠0.25%、金属硅粉2.4%、金属铝粉0.2%、有机纤维0.05%。
42.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
43.实施例4本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒7%、粒度为325目的碳化硅细粉14%、硅灰2%、粒度为小于1μm的α-氧化铝8.3%、碳化铬1%、氧化镍1%、高铝水泥2.5%、焦炭粉2.5%、六偏磷酸钠0.25%、金属硅粉1.2%、金属铝粉0.2%、有机纤维0.05%。
44.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
45.实施例5本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒8.5%、粒度为325目的碳化硅细粉14%、硅灰2%、粒度为小于1μm的α-氧化铝7.6%、碳化铬1%、氧化镍1.5%、高铝水泥2.5%、焦炭粉2.5%、六偏磷酸钠0.25%、金属硅粉0.9%、金属铝粉0.2%、有机纤维0.05%。
46.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
47.实施例6本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒8%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒12%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒8%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒12%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒9%、粒度为325目的碳化硅细粉13.7%、硅灰1%、粒度为小于1μm的α-氧化铝5%、碳化铬0.5%、氧化镍1%、高铝水泥4%、焦炭粉2%、六偏磷酸钠0.5%、金属硅粉2.8%、金属铝粉0.25%、有机纤维0.25%。
48.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
49.实施例7本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒13%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒10%、粒度为325目的碳化硅细粉15%、硅灰3%、粒度为小于1μm的α-氧化铝6%、碳化铬0.5%、氧化镍0.8%、高铝水泥1%、焦炭粉4%、六偏磷酸钠0.1%、金属硅粉1%、金属铝粉0.3%、有机纤维0.3%。
50.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
51.实施例8本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒8.4%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒12.6%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒8.4%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒12.6%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒6%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒12%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒5.5%、粒度为325目的碳化硅细粉16.5%、硅灰1.5%、粒度为小于1μm的α-氧化铝6%、碳化铬0.5%、氧化镍0.5%、高铝水泥3.5%、焦炭粉2.5%、六偏磷酸钠2.5%、金属硅粉0.5%、金属铝粉0.2%、有机纤维0.3%。
52.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
53.实施例9本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒13%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒10%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒5%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒6%、粒度为325目的碳化硅细粉12%、硅灰2.5%、粒度为小于1μm的α-氧化铝8%、碳化铬0.8%、氧化镍0.8%、高铝水泥2.1%、焦炭粉3.5%、六偏磷酸钠1%、金属硅粉0.2%、金属铝粉0.05%、有机纤维0.05%。
54.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
55.实施例10本实施例所述的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，由以下质量百分比的组分组成：粒度为15-8mm的白刚玉颗粒10%、粒度为8-5mm的白刚玉颗粒15%、粒度为5-3mm的白刚玉颗粒10%、粒度为3-1mm的白刚玉颗粒11%、粒度为3-1mm的铬刚玉颗粒7%、粒度为1-0mm 的铬刚玉颗粒7%、粒度为1-0mm 的碳化硅颗粒9%、粒度为325目的碳化硅细粉12%、硅灰2%、粒度为小于1μm的α-氧化铝8%、碳化铬0.7%、氧化镍0.8%、高铝水泥2%、焦炭粉3%、六偏磷酸钠2%、金属硅粉0.3%、金属铝粉0.1%、有机纤维0.1%。
56.本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料的制备方法，与实施例1相同。
57.实施例11本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，其余组分与实施例1均相同，区
别为将焦炭粉替换为球沥青，且球沥青添加量与焦炭粉一致。
58.实施例12本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，其余组分与实施例3均相同，区别为：碳化铬的质量含量为1%，氧化镍的质量含量为0.5%。
59.实施例13本实施例的添加碳化铬的高炉出铁沟主沟浇注料，其余组分与实施例1均相同，区别为：碳化铬的质量含量为0.375%，氧化镍的质量含量为1.125%。
60.对比例1本对比例的高炉出铁沟主沟浇注料，其余组分与实施例1均相同，区别为未加入碳化铬和氧化镍，其余组分的相对比例与实施例1相同。
61.对比例2本对比例的高炉出铁沟主沟浇注料，其余组分与实施例1均相同，区别为未加入氧化镍，其余组分的相对比例与实施例1相同。
62.上述各实施例所得的高炉出铁沟主沟浇注料的性能检测结果如下表1。由下表1数据可以看出，对比例1的浇注料未加入碳化铬和氧化镍，其抗氧化性能较差，导致其强度性能差，对比例2的浇注料加入了碳化铬，但未加入氧化镍，抗氧化性能仍较差，因此浇注料强度性能也较差，而本技术各实施例的浇注料，由于加入了碳化铬和氧化镍，使浇注料的抗氧化性能显著提升，因此具有很好的强度性能。实施例11与实施例1相比，将焦炭粉替换为球沥青，其抗渣性能有所降低。实施例12、13中碳化铬与氧化镍的比例不在优选范围内，获得的浇注料的强度性能有所降低。实施例8-10相比于实施例1-7为优选的实施方式，其采用的各组分质量份数为优选值，获得的浇注料的整体性能更优。
63.表1显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。