專利名稱：一種Al₂O₃-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵溝澆注料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展，冶煉強(qiáng)度不斷加大，2011年全國(guó)高爐生鐵已達(dá)
6.28億噸，高爐出鐵溝耐火材料消耗量較大。Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料具有強(qiáng)度高、耐沖刷、抗熱震和使用壽命較長(zhǎng)等特點(diǎn)，同時(shí)碳和碳化硅的高導(dǎo)熱性、低膨脹率和渣非潤(rùn)濕性都賦予此材料體系良好的物理化學(xué)性能，從而廣泛應(yīng)用于高爐出鐵溝系統(tǒng)。目前，高爐的容積不斷增大，對(duì)一次性出鐵量的要求不斷提高，因此，Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝料也相應(yīng)的向著高通鐵 量、高穩(wěn)定性、大流動(dòng)值的方向發(fā)展。為進(jìn)一步提高鐵溝澆注料的使用性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛通過(guò)優(yōu)化基質(zhì)來(lái)改善其使用性能。如“一種新型主鐵溝澆注料”(CN201110044222.X)專利技術(shù)，公開了用改性納米碳粉取代浙青，提高其抗氧化性能和殘?zhí)柯?，還能改良烘烤時(shí)抗爆裂性能，但是抗熱震性能不太理想；“一種大于2500m3高爐主鐵溝澆注料” (CN201210281186. 3)專利技術(shù)，公開了加入鋅鋁尖晶石粉、納米級(jí)硅酸鋯、氧化鋯空心球并以二氧化硅溶膠懸浮液做納米結(jié)合劑，提高了澆注料的熱震穩(wěn)定性，但成本也相應(yīng)提高了許多，且抗氧化還沒有得到很好的解決；“一種鐵溝澆注料及其制備方法”(CN201210098290. 9)專利技術(shù)，公開了用改性石墨部分代替球狀浙青，提高其抗氧化性能，減少環(huán)境污染，但高溫抗折強(qiáng)度相應(yīng)的減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本較低的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，用該方法制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的加水量少、流動(dòng)值大、高溫使用性能良好和熱震穩(wěn)定性強(qiáng)，高爐鐵溝通鐵量大和耐火材料消耗少。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是先以50 60wt%的電熔棕剛玉顆粒、8 12wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、3 10wt%的碳化硅顆粒、6 llwt%的碳化硅細(xì)粉，3 7wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化硅微粉、2 4wt%的鋁酸鈣水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O.1 O. 3wt%的分散劑為原料，外加所述原料O.1 3wt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。所述電熔棕剛玉的Al2O3含量大于94wt% ;電熔棕剛玉顆粒粒度為O. 088 8mm，電熔棕剛玉細(xì)粉粒度小于O. 088mm。
所述碳化娃的SiC含量大于97wt% ;碳化娃顆粒粒度小于Imm,碳化娃細(xì)粉粒度小于O. 088mm。所述α -氧化鋁微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8 μ m。所述二氧化娃微粉為挪威?？瞎旧a(chǎn)951型二氧化娃微粉。所述鋁酸鈣水泥為凱諾斯公司生產(chǎn)的Secar 71型水泥。
所述催化劑為Fe粉、Co粉、Ni粉、FeCo合金粉、FeNi合金粉和CoNi合金粉中的一種，平均粒徑為O. 02 9 μ m。所述金屬抗氧化劑為金屬S1、或?yàn)榻饘貯l、或?yàn)榻饘賁i和金屬Al的混合物。本發(fā)明制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的使用方法是加4 6%的水濕混均勻后，振動(dòng)澆注成型，室溫養(yǎng)護(hù)24 28小時(shí)脫模，70 120°C干燥24 28小時(shí)。經(jīng)1400 1500°C熱處理2 3小時(shí)后出現(xiàn)碳晶須。經(jīng)檢測(cè)加水量4 6%時(shí)，泥料流動(dòng)值為140 160mm, IlCTC X24h體積密度2. 90 3. OOg/cm3,抗折強(qiáng)度13 14MPa,耐壓強(qiáng)度45 48Mpa ； 1450°C X 3h熱處理后有碳晶須生成，線變化率O. 14 O. 26%，質(zhì)量損失率-O. 44 0%，體積密度2. 85 3. 00 g/cm3,抗折強(qiáng)度17 22MPa，耐壓強(qiáng)度70 75MPa，兩次熱震后的殘余強(qiáng)度達(dá)到56MPa。采用上述技術(shù)方法，本發(fā)明通過(guò)在Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料中以球狀浙青為碳源，在催化劑作用下，含碳蒸氣經(jīng)分解沉淀在催化劑表面成核沉積，進(jìn)而成長(zhǎng)為碳晶須，通 過(guò)原位生成的碳晶須起到增強(qiáng)增韌的效果，提高了鐵溝澆注料的高溫使用性能。碳晶須為一種幾個(gè)納米到幾十個(gè)微米的碳纖維，具有超高的強(qiáng)度、高的彈性模量、耐高溫和耐腐蝕性好的優(yōu)良性能，它能吸收斷裂能量，阻止裂紋的迅速擴(kuò)展和傳播，是一種較為理想的增強(qiáng)材料；高溫下能使得一部分玻璃態(tài)碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成石墨化碳結(jié)構(gòu)，能減少碳的損失，提高澆注料的抗氧化性能和熱震穩(wěn)定性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠帶來(lái)以下積極效應(yīng)
(I)碳晶須的原位生成能夠提高高溫強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性，大幅提高通鐵量，保證高爐的正常運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。(2)碳晶須的原位生成使得鐵溝澆注料具有良好的抗渣侵蝕性能和抗氧化性，提高了澆注料的使用壽命，減少耐火材料消耗，降低成本。因此，本發(fā)明的制備成本較低，所制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料具有加水量低、流動(dòng)值大、高溫使用性能良好和熱震穩(wěn)定性強(qiáng)，使高爐鐵溝通鐵量大和耐火材料消耗少。


圖1是本發(fā)明所制備的一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料經(jīng)1450°C X3h后的SEM形貌圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及到原料的理化技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述
電熔棕剛玉的Al2O3含量大于94wt%，電熔棕剛玉顆粒粒度為O. 088 8mm，電熔棕剛玉細(xì)粉粒度小于O. 088mm ;碳化娃的SiC含量大于97wt%,碳化娃顆粒粒度小于Imm,碳化娃細(xì)粉粒度小于O. 088mm ； α -氧化鋁微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8 μ m ;二氧化硅微粉為挪威?？瞎旧a(chǎn)的951型二氧化硅微粉；鋁酸鈣水泥為凱諾斯公司生產(chǎn)的Secar 71型水泥。實(shí)施例1
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。先以50 55wt%的電熔棕剛玉顆粒、8 10wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、3 7wt%的碳化硅顆粒、6 8wt%的碳化硅細(xì)粉，3 5wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化硅微粉、2 4wt%的鋁酸鈣水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O.1 O. 2wt%的分散劑為原料，外加所述原料O.1 O. 5wt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁；催化劑為Fe粉，粒徑為O. 02 I μ m。實(shí)施例2
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例1 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬硅；催化劑為Ni粉，粒徑為O. 02 I μ m。實(shí)施例3
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例1 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁和金屬硅的混合物；催化劑為FeNi合金粉，粒徑為 O. 02 I μ m。實(shí)施例4
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。先以55 60wt%的電熔棕剛玉顆粒、10 12wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、6 10wt%的碳化硅顆粒、8 llwt%的碳化硅細(xì)粉，5 7wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化娃微粉、2 4wt%的招酸鈣水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O. 2 O. 3wt%的分散劑為原料，外加所述原料O. 5 lwt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬硅；催化劑為Fe粉，粒徑為I 9 μ m。實(shí)施例5
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例4 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁和金屬硅的混合物；催化劑為Ni粉，粒徑為I
9μ m0實(shí)施例6
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例4 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁；催化劑為FeNi合金粉，粒徑為I 9 μ m。實(shí)施例7
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。先以50 55wt%的電熔棕剛玉顆粒、8 10wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、3 7wt%的碳化硅顆粒、6 8wt%的碳化硅細(xì)粉，3 5wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化硅微粉、2 4wt%的鋁酸鈣水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O.1 O. 2wt%的分散劑為原料，外加所述原料I 2wt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁和金屬硅的混合物；催化劑為Co粉，粒徑為O. 02 I μ m。實(shí)施例8
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例7 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁；催化劑為FeCo合金粉，粒徑為O. 02 I μ m。實(shí)施例9 一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例7 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬硅；催化劑為CoNi合金粉，粒徑為O. 02 I μ m。實(shí)施例10
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。先以55 60wt%的電熔棕剛玉顆粒、10 12wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、6 10wt%的碳化硅顆粒、8 llwt%的碳化硅細(xì)粉，5 7wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化娃微粉、2 4wt%的招酸隹丐水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O. 2 O. 3wt%的分散劑為原料，外加所述原料2 3wt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁；催化劑為Co粉，粒徑為I 9 μ m。實(shí)施例11
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例10 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬娃；催化劑為FeCo合金粉,粒徑為I 9 μ m。實(shí)施例12
一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。除下述原料和催化劑外，其余同實(shí)施例10 本實(shí)施例中金屬抗氧化劑為金屬鋁和金屬硅的混合物；催化劑為CoNi合金粉，粒徑為I 9 μ m。
本具體實(shí)施方式
制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的使用方法是加4 6%的水濕混均勻后，振動(dòng)澆注成型，室溫養(yǎng)護(hù)24 28小時(shí)脫模，70 120°C干燥24 28小時(shí)。經(jīng)1400 1500°C熱處理2 3小時(shí)后出現(xiàn)碳晶須。經(jīng)檢測(cè)加水量4 6%時(shí)，泥料流動(dòng)值為140 160mm，110°C X24h體積密度2· 90 3. 00g/cm3，抗折強(qiáng)度13 14MPa，耐壓強(qiáng)度45 48Mpa ； 1450 °C X3h熱處理后有碳晶須生成，線變化率O. 14 O. 26%，質(zhì)量損失率-O. 44 0%，體積密度2. 85 3. 00 g/cm3,抗折強(qiáng)度17 22MPa，耐壓強(qiáng)度70 75MPa，兩次熱震后的殘余強(qiáng)度達(dá)到56MPa。采用上述技術(shù)方法，本具體實(shí)施方式
通過(guò)在Al2O3-SiC-C澆注料中以球狀浙青為碳源，在催化劑作用下，含碳蒸氣經(jīng)分解沉淀在催化劑表面成核沉積，進(jìn)而成長(zhǎng)為碳晶須，通過(guò)原位生成的碳晶須起到增強(qiáng)增韌的效果，提高了鐵溝澆注料的高溫使用性能。碳晶須為一種幾個(gè)納米到幾十個(gè)微米的碳纖維，具有超高的強(qiáng)度、高的彈性模量、耐高溫和耐腐蝕性好的優(yōu)良性能，它能吸收斷裂能量，阻止裂紋的迅速擴(kuò)展和傳播，是一種較為理想的增強(qiáng)材料；高溫下能使得一部分玻璃態(tài)碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成石墨化碳結(jié)構(gòu)，能減少碳的損失，提高澆注料的抗氧化性能和熱震穩(wěn)定性。本具體實(shí)施方式
與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠帶來(lái)以下積極效應(yīng)
(I)碳晶須的原位生成能夠提高高溫強(qiáng)度和熱震穩(wěn)定性，大幅提高通鐵量，保證高爐的正常運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。(2)碳晶須的原位生成使得鐵溝澆注料具有良好的抗渣侵蝕性能和抗氧化性，提高了澆注料的使用壽命，減少耐火材料消耗，降低成本。因此，本具體實(shí)施方式
的制備成本較低，所制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料具有加水量低、流動(dòng)值大、高溫使用性能良好和熱震穩(wěn)定性強(qiáng)，使高爐鐵溝通鐵量大和耐火材料 消耗少。
權(quán)利要求
1.一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于先以50 60wt%的電熔棕剛玉顆粒、8 12wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、3 10wt%的碳化硅顆粒、6 llwt%的碳化硅細(xì)粉,3 7wt%的a -Al2O3微粉、2 4wt%的球狀浙青、2 4wt%的二氧化娃微粉、2 4wt%的鋁酸鈣水泥、2 4wt%的金屬抗氧化劑和O.1 O. 3wt%的分散劑為原料，外加所述原料O.1 3wt%的催化劑，干混均勻，即得鐵溝澆注料。
2.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述電熔棕剛玉的Al2O3含量大于94wt% ;電熔棕剛玉顆粒粒度為O. 088 8mm，電熔棕剛玉細(xì)粉粒度小于O. 088mm。
3.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述碳化娃的SiC含量大于97wt% ;碳化娃顆粒粒度小于Imm,碳化娃細(xì)粉粒度小于O. 088mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述α -氧化鋁微粉的Al2O3含量大于99wt%，粒度小于8 μ m。
5.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述二氧化娃微粉為挪威?？瞎旧a(chǎn)的951型二氧化娃微粉。
6.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述鋁酸鈣水泥為凱諾斯公司生產(chǎn)的Secar 71型水泥。
7.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述催化劑為Fe粉、Co粉、Ni粉、FeCo合金粉、FeNi合金粉和CoNi合金粉中的一種，平均粒徑為O.02 9 μ m。
8.按照權(quán)利要求1所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法，其特征在于所述金屬抗氧化劑為金屬S1、或?yàn)榻饘貯l、或?yàn)榻饘賁i和金屬Al混合物。
9.按照權(quán)利要求1 8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料的制備方法所制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料及其制備方法。其技術(shù)方案是先以50～60wt%的電熔棕剛玉顆粒、8～12wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉、3～10wt%的碳化硅顆粒、6～11wt%的碳化硅細(xì)粉，3～7wt%的α-Al2O3微粉、2～4wt%的球狀瀝青、2～4wt%的二氧化硅微粉、2～4wt%的鋁酸鈣水泥、2～4wt%的金屬抗氧化劑和0.1～0.3wt%的分散劑為原料，外加所述原料0.1～3wt%的催化劑，干混均勻，即得Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料。本發(fā)明的制備成本較低，所制備的Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料具有加水量低、流動(dòng)值大、高溫使用性能良好和熱震穩(wěn)定性強(qiáng)，使高爐鐵溝通鐵量大和耐火材料消耗少。
文檔編號(hào)C04B35/66GK103011868SQ201310000610
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者李享成, 李亞雄, 朱伯銓 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)