一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法
【专利摘要】本发明具体涉及一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。其技术方案是：以85~95wt%的硅石、1~10wt%的硅微粉、1~5wt%的硅酸盐水泥、1~3wt%的矿化剂、0.1~0.3wt%的聚羧酸和0.05~0.35wt%纳米SiO2为原料，按所述原料及其含量先将聚羧酸溶于占所述原料5~10wt%的水中，得到聚羧酸与水的预混合液；将除聚羧酸外的原料混合均匀，得到预混合料；然后将上述预混合液与预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式浇注料。本发明具有工艺简单、废品率低和成本低的特点，所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料中高温性能优异、常温强度大、荷重软化温度高、体积稳定性好和使用寿命长。
【专利说明】
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于硅质自流式浇注料技术领域。具体涉及一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着现代炼铁技术的进步，高炉向大型化、长寿化和高效低能耗方向发展，世界上钢铁工业发达国家已实现了高炉大型化、高效化和自动化。而在我国现有的1370余座高炉中，大于100m3容积的高炉约有227座，比2009年增加了36座。4000m3容积以上特大型高炉约20座，占世界4000m3容积以上高炉的约40%。国内钢铁产能问题要求热风炉向高风温、长寿命、低投资和高效低能耗方向的发展，热风炉的炉型结构不断优化进步。顶燃式热风炉是重要的发展方向，已得到了广泛重视和应用。
[0003]现代高炉所用的蓄热式热风炉是一种换热式的热转换器，是先用煤气燃烧，加热其中的格子砖，再使空气流经高温的格子砖，使其被加热后，送入高炉使用。由于格子砖本身的结构较为复杂，常见的有7孔、19孔或37孔格子砖，因此在压制成型过程中，边角部位的泥料不易填充，容易发生层裂和空缺。并且大型液压机的成本较高，增加了中小型企业的资金压力。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、废品率低和成本低的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料料的制备方法，用该方法制备热风炉用硅质格子砖自流式浇注料中高温性能优异、常温强度大、荷重软化温度高、体积稳定性好和使用寿命长。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为85?95wt%、硅微粉为卜10wt%、硅酸盐水泥为卜5wt%、矿化剂为I?3wt%、聚羧酸为为0.1-0.3wt%和纳米S12为0.05-0.35wt%。
[0006]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0007]所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石;预烧后的硅石的Si02含量彡98wt%;预烧后的硅石的颗粒级配是:粒径小于5mm且大于等于3mm占原料7?10wt%，粒径小于3mm大于等于Imm占原料28?30wt%，粒径小于Imm且大于等于0.088mm占原料23?25wt%，粒径小于0.088mm占原料27?30wt%。
[0008]所述硅微粉的S12含量彡95wt%;所述硅微粉的粒径彡0.6μπι。
[0009]所述硅酸盐水泥的主要化学成分是:Si02含量为18?22wt%，Ca0含量为50?55wt%;所述硅酸盐水泥的粒径<0.088mm。
[0010]所述矿化剂为Fe2O3和MnO2的混合物;Fe2O3和MnO2的质量比为1: 0.9?I。[0011 ] 所述纳米S12的S12含量彡99.5%;所述纳米S12的粒径彡30nm。
[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:
本发明制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料能自流成型，充分填充格子砖模具的各个部位，避免了格子砖的结构缺陷。
[0013]本发明采用的预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石，预烧后的硅石有微裂纹产生，结构变得疏松，并且有一定量的亚稳态方石英和玻璃相生成。预烧后的硅石能提前膨胀，可以减小热风炉用硅质格子砖自流式浇注料在烧成过程中产生的内应力，预转成的亚稳态方石英有利于促进鳞石英矿相的生成，并且微裂纹能有效抑制裂纹的进一步扩展，达到微裂纹增韧的效果。热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的各项物理性能得到明显提高。
[0014]本发明引入少量纳米S12的硅质浇注料，在弱氧化气氛下烧成，因纳米S12尺寸小，表面原子数目大，因而表面能高，具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，其熔点和烧结温度比常规粉体低得多。纳米S12能够促进热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的烧结，进一步提高其各项性能。
[0015]本发明所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为30?145%;弱氧化气氛下1400 °C X 8h烧后抗折强度为5.5?I IMPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后耐压强度为75?120MPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后荷重软化温度为1635?1655°C。
[0016]因此，本发明具有工艺简单、废品率低和成本低的特点，所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料中高温性能优异、常温强度大、荷重软化温度高、体积稳定性好和使用寿命长。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本【具体实施方式】作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0018]为避免重复，先将本【具体实施方式】所采用的原料统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述预烧后的娃石的Si02含量彡98wt% ；预烧后的娃石的颗粒级配是:粒径小于5mm且大于等于3mm占原料7?10wt%，粒径小于3mm大于等于Imm占原料28?30wt%，粒径小于Imm且大于等于0.088mm占原料23?25wt%，粒径小于0.088mm占原料27?30wt%。
[0019]所述硅微粉的S12含量彡95wt%;所述硅微粉的粒径彡0.6μπι。
[0020]所述硅酸盐水泥的主要化学成分是:Si02含量为18?22wt%，Ca0含量为50?55wt%;所述硅酸盐水泥的粒径<0.088mm。
[0021 ] 所述矿化剂为Fe2O3和MnO2的混合物;Fe2O3和MnO2的质量比为1: 0.9?I。
[0022]所述纳米S12的S12含量彡99.5%;所述纳米S12的粒径彡30nm。
[0023]实施例1
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为85?90wt%、硅微粉为4?10wt%、硅酸盐水泥为3~5wt%、矿化剂为2?3wt%、聚羧酸为0.I?0.2wt%和纳米S12为0.05?0.15wt%。
[0024]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0025]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1200°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0026]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为110?145%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为5.5?6MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后耐压强度为75?80MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1640?1645°C。
[0027]实施例2
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为87?92wt%、硅微粉为3~9wt%、硅酸盐水泥为2?4wt%、矿化剂为2?3wt%、聚羧酸为0.2-0.3wt%和纳米S12为0.15-0.25wt%。
[0028]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0029]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1200°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0030]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为85?115%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为7?9MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后耐压强度为105?120MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1635?1650Γ。
[0031]实施例3
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为89?94wt%、硅微粉为2?7wt%、硅酸盐水泥为I?3wt%、矿化剂为I?2wt%、聚羧酸为0.1-0.2wt%和纳米S12为0.25-0.35wt%。
[0032]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0033]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1200°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0034]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为30?85%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为6?7.5MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后耐压强度为100?105MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1635?1645Γ。
[0035]实施例4
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为90?95wt%、硅微粉为卜6wt%、硅酸盐水泥为卜2wt%、矿化剂为I?2wt%、聚羧酸为0.2-0.3wt%和纳米S12为0.05?0.15wt%。
[0036]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0037]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1200°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0038]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为105?140%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为7?8MPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后耐压强度为85?90MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa))为 1645?1650Γ。
[0039]实施例5
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为85?90wt%、硅微粉为4?10wt%、硅酸盐水泥为3~5wt%、矿化剂为2?3wt%、聚羧酸为0.I?0.2wt%和纳米S12为0.05?0.15wt%。
[0040]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0041]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1200?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0042]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为110?145%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为7.5?8MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后耐压强度为85?90MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1650?1655Γ。
[0043]实施例6
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为87?92wt%、硅微粉为3~9wt%、硅酸盐水泥为2?4wt%、矿化剂为2?3wt%、聚羧酸为0.2-0.3wt%和纳米S12为0.15-0.25wt%。
[0044]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0045]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1200?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0046]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为85?115%;弱氧化气氛下1400 0C X 8h烧后抗折强度为9?I IMPa;弱氧化气氛下1400°0\811烧后耐压强度为115~12010^;弱氧化气氛下1400<€\811烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa))为 1640?1655Γ。
[0047]实施例7
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为89?94wt%、硅微粉为2?7wt%、硅酸盐水泥为I?3wt%、矿化剂为I?2wt%、聚羧酸为0.1-0.2wt%和纳米S12为0.25-0.35wt%。
[0048]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0049]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1200?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0050]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为30?85%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为7?8.5MPa;弱氧化气氛下1400°0\811烧后耐压强度为115~12010^;弱氧化气氛下1400<€\811烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1645?1655Γ。
[0051 ] 实施例8
一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法。所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为90?95wt%、硅微粉为卜6wt%、硅酸盐水泥为卜2wt%、矿化剂为I?2wt%、聚羧酸为0.2-0.3wt%和纳米S12为0.05?0.15wt%。
[0052]所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式饶注料。
[0053]本实施例所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1200?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石。
[0054]本实施例所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为105?140%;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后抗折强度为8?9MPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后耐压强度为85?95MPa;弱氧化气氛下1400°C X 8h烧后荷重软化温度(T0.6，0.2MPa)为 1650?1655Γ。
[0055]本【具体实施方式】与现有技术相比具有如下积极效果:
采用自流式浇注料，浇注料可自流成型，充分填充格子砖模具的各个部位，避免了格子砖的结构缺陷。
[0056]硅石经过1100?1300°C，保温5h预烧后，有微裂纹产生，结构变得疏松，并且有一定量的亚稳态方石英和玻璃相生成。硅石提前膨胀，可以减小热风炉用硅质格子砖自流式浇注料在烧成过程中产生的内应力，预转成的亚稳态方石英有利于促进鳞石英矿相的生成，并且微裂纹可以有效抑制裂纹的进一步扩展，达到微裂纹增韧的效果。热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的各项物理性能得到明显提高。
[0057]引入少量纳米S12的硅质浇注料，在弱氧化气氛下烧成，因纳米S12尺寸小，表面原子数目大，因而表面能高，具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，其熔点和烧结温度比常规粉体低得多。纳米S12能够促进热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的烧结，进一步提尚其各项性能。
[0058]本【具体实施方式】所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料经自流浇注成型，室温养护24?30小时，脱模，100?120 °C条件下烘烤24?30小时，经检测:热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的自流值为30?145%;弱氧化气氛下1400 °C X 8h烧后抗折强度为5.5?I IMPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后耐压强度为75?120MPa;弱氧化气氛下1400°C X8h烧后荷重软化温度(T0.6，(h2MPa)为 1635?1655°C。
[0059]本【具体实施方式】制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料改变了传统热风炉用硅质格子砖的制做工艺，具有成型工艺简单、废品率低、成本低的特点，所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料中高温性能优异、常温强度大、荷重软化温度高、体积稳定性好和使用寿命长。
【主权项】
1.一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述硅质格子砖自流式浇注料的原料及其含量是:预烧后的硅石为85?95wt%、硅微粉为I?10wt%、硅酸盐水泥为I?5wt%、矿化剂为I?3wt%、聚羧酸为0.1?0.3wt%和纳米S12为0.05-0.35wt%； 所述硅质格子砖自流式浇注料的制备方法是:按上述原料及其含量，先将聚羧酸溶于占所述原料5?10wt%的水中，得到预混合液，再将除聚羧酸外的其余原料混合均匀，得到预混合料;然后将所述预混合液与所述预混合料混合，搅拌均匀，即得热风炉用硅质格子砖自流式浇注料。2.根据权利要求1所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述预烧后的硅石是将硅石在预烧温度为1100?1300°C条件下保温4?5h，即得预烧后的硅石;预烧后的硅石的S12含量彡98wt%;预烧后的硅石的颗粒级配是:粒径小于5mm且大于等于3mm占原料7?10wt%，粒径小于3mm大于等于Imm占原料28?30wt%，粒径小于Imm且大于等于0.088mm占原料23?25wt%，粒径小于0.088mm占原料27?30wt%。3.根据权利要求1所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述娃微粉的S i02含量多95wt% ；所述娃微粉的粒径< 0.6μηι。4.根据权利要求1所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述硅酸盐水泥的主要化学成分是= S12含量为18?22wt%，Ca0含量为50?55wt%J；f述硅酸盐水泥的粒径< 0.088mm。5.根据权利要求1所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述矿化剂为Fe2O3和MnO2的混合物;Fe2O3和MnO2的质量比为1: 0.9?I。6.根据权利要求1所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料的制备方法，其特征在于所述纳米S12的S12含量彡99.5%;所述纳米S12的粒径彡30nm。7.一种热风炉用硅质格子砖自流式浇注料，其特征在于所述热风炉用硅质格子砖自流式浇注料是根据权利要求1?6项中任一项所述的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料及其制备方法所制备的热风炉用硅质格子砖自流式浇注料。
【文档编号】C04B35/66GK106083095SQ201610476563
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】顾华志, 石林, 朱晶晶, 黄奥, 张美杰, 罗志安, 李洪明, 邵志君, 王建军
【申请人】武汉科技大学, 宜兴市炉顶密封工程有限公司