本發(fā)明屬于高爐出鐵溝技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵行業(yè)的不景氣、出鐵場(chǎng)整體承包價(jià)格的降低以及冶煉行業(yè)產(chǎn)生的大量廢渣的堆積，降低鐵鉤澆注料的原料成本和對(duì)廢物進(jìn)行利用具有重大的意義。當(dāng)前，高爐出鐵溝工作層主要用al2o3-sic-c復(fù)相耐火材料。以礬土熟料、棕剛玉、球狀瀝青和碳化硅作為主要原料，用高鋁礬土和均化礬土取代棕剛玉，雖然制品的成本降低，但是制品的體密下降、顯氣孔率上升、常溫強(qiáng)度下降和抗侵蝕性能下降（魏建修,樊海兵等.礬土骨料對(duì)al2o3-sic-c鐵鉤澆注料性能的影響[j].耐火材料,2013,47(4):274~277.）。以電熔棕剛玉、電熔白剛玉、活性α-al2o3、球狀瀝青、碳化硅等為原料，于1450℃保溫3h，由于在剛玉顆粒的邊緣生成尖晶石層，導(dǎo)致制品的抗渣滲透性較好，但是制品的抗折強(qiáng)度下降，氧化指數(shù)增大（韓兵強(qiáng),李友勝,李楠.電熔鎂砂加入量對(duì)al2o3-sic-c澆注料性能的影響[j].耐火材料,2008,42(1):10~13.）?！皊i3n4加入量對(duì)al2o3-sic-c鐵溝澆注料性能的影響”（李朝云,涂軍波,魏軍從.si3n4加入量對(duì)al2o3-sic-c鐵溝澆注料性能的影響[j].耐火材料,2009,43(4):260~262.）一文中以電熔棕剛玉、碳化硅、α-al2o3、白剛玉、硅灰、硅粉和si3n4為原料，雖然si3n4替換球狀瀝青可以減少環(huán)境污染和解決碳的親水性較差而引起的問(wèn)題，但是制品的成本上升，且制品需要預(yù)先高溫處理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種成本低廉和和工藝簡(jiǎn)單的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的制備方法，用該方法制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的體積密度較高、抗折耐壓強(qiáng)度較大、熱膨脹系數(shù)較低和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：以50~60wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、5~10wt%的碳化硅顆粒、10~20wt%的碳化硅細(xì)粉、5~10wt%的氧化鋁微粉、10~20wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和4~6wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)20~28h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述鈦鋁酸鈣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3≥74.18wt%，cao≥11.69wt%，tio2≥11.08wt%，fe2o3≥1.03wt%，mgo≤1.51wt%，sio2≤0.42wt%；所述鈦鋁酸鈣顆粒的密度為3.28g/cm3，鈦鋁酸鈣顆粒的粒度≤5mm。
所述碳化硅顆粒的sic含量≥98.78wt%；碳化硅顆粒的粒度≤3mm。
所述碳化硅細(xì)粉的sic含量≥98.78wt%；碳化硅細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述氧化鋁微粉的al2o3含量≥97.69wt%；氧化鋁微粉的粒度≤0.058mm。
所述電熔棕剛玉細(xì)粉的al2o3含量≥95.04wt%；所述電熔棕剛玉細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述球狀瀝青的c含量≥86.26wt%；球狀瀝青的粒度≤0.088mm。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明采用的原料鈦鋁酸鈣來(lái)源豐富，成本低廉，顯著地降低了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的開(kāi)發(fā)成本。
2、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣原料的優(yōu)良特性，如高的熔點(diǎn)、高的耐火度、較低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗熱震性能，提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的熱震穩(wěn)定性。
3、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣的多相性，如鈦鋁酸鈣中的六鋁酸鈣的片狀晶形作為嵌入相有利于鋁酸鈣-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料強(qiáng)度的提升，又如鈦鋁酸鈣中高熔點(diǎn)的鈦酸鈣和六鋁酸鈣可以阻止渣的滲透，顯著提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的抗侵蝕性能。
本發(fā)明所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.82~2.87g·cm-3；顯氣孔率為15~17%；抗折強(qiáng)度為14~16mpa；耐壓強(qiáng)度為90~110mpa；熱膨脹系數(shù)為4.55×10-6~5.05×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為50~60%。
因此，本發(fā)明具有成本低廉和工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的體積密度較高、抗折耐壓強(qiáng)度較大、熱膨脹系數(shù)較低和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(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)施方式所涉及的物料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述：
以50~60wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、5~10wt%的碳化硅顆粒、10~20wt%的碳化硅細(xì)粉、5~10wt%的氧化鋁微粉、10~20wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和4~6wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)20~28h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述鈦鋁酸鈣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3≥74.18wt%，cao≥11.69wt%，tio2≥11.08wt%，fe2o3≥1.03wt%，mgo≤1.51wt%，sio2≤0.42wt%；所述鈦鋁酸鈣顆粒的密度為3.28g/cm3，鈦鋁酸鈣顆粒的粒度≤5mm。
所述碳化硅顆粒的sic含量≥98.78wt%；碳化硅顆粒的粒度≤3mm。
所述碳化硅細(xì)粉的sic含量≥98.78wt%；碳化硅細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述氧化鋁微粉的al2o3含量≥97.69wt%；氧化鋁微粉的粒度≤0.058mm。
所述電熔棕剛玉細(xì)粉的al2o3含量≥95.04wt%；所述電熔棕剛玉細(xì)粉的粒度≤0.088mm。
所述球狀瀝青的c含量≥86.26wt%；球狀瀝青的粒度≤0.088mm。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明采用的原料鈦鋁酸鈣來(lái)源豐富，成本低廉，顯著地降低了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的開(kāi)發(fā)成本。
2、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣原料的優(yōu)良特性，如高的熔點(diǎn)、高的耐火度、較低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗熱震性能，提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的熱震穩(wěn)定性。
3、本發(fā)明利用鈦鋁酸鈣的多相性，如鈦鋁酸鈣中的六鋁酸鈣的片狀晶形作為嵌入相有利于鋁酸鈣-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料強(qiáng)度的提升，又如鈦鋁酸鈣中高熔點(diǎn)的鈦酸鈣和六鋁酸鈣可以阻止渣的滲透，顯著提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的抗侵蝕性能。
本實(shí)施例所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.82~2.87g·cm-3；顯氣孔率為15~17%；抗折強(qiáng)度為14~16mpa；耐壓強(qiáng)度為90~110mpa；熱膨脹系數(shù)為4.55×10-6~5.05×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為50~60%。
因此，本發(fā)明具有成本低廉和工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的體積密度較高、抗折耐壓強(qiáng)度較大、熱膨脹系數(shù)較低和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的特點(diǎn)。
實(shí)施例1
一種鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：
以50~54wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、5~7wt%的碳化硅顆粒、10~14wt%的碳化硅細(xì)粉、8~10wt%的氧化鋁微粉、16~20wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和4~4.7wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)20~23h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
本實(shí)施例所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.85~2.87g·cm-3；顯氣孔率為15~15.8%；抗折強(qiáng)度為15.2~16mpa；耐壓強(qiáng)度為102~110mpa；熱膨脹系數(shù)為4.85×10-6~5.05×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為52~56%。
實(shí)施例2
一種鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：
以52~56wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、6~8wt%的碳化硅顆粒、12~16wt%的碳化硅細(xì)粉、7~9wt%的氧化鋁微粉、14~18wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和4.4~5.1wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)22~24h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
本實(shí)施例所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.84~2.86g·cm-3；顯氣孔率為15.4~16.2%；抗折強(qiáng)度為14.8~15.6mpa；耐壓強(qiáng)度為98~104mpa；熱膨脹系數(shù)為4.75×10-6~4.95×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為50~54%。
實(shí)施例3
一種鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：
以54~58wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、8~10wt%的碳化硅顆粒、14~18wt%的碳化硅細(xì)粉、6~8wt%的氧化鋁微粉、12~16wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和4.8~5.5wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)23~26h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
本實(shí)施例所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.83~2.85g·cm-3；顯氣孔率為15.8~16.8%；抗折強(qiáng)度為14.4~15.2mpa；耐壓強(qiáng)度為94~100mpa；熱膨脹系數(shù)為4.65×10-6~4.85×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為54~58%。
實(shí)施例4
一種鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：
以56~60wt%的鈦鋁酸鈣顆粒、7~9wt%的碳化硅顆粒、16~20wt%的碳化硅細(xì)粉、5~7wt%的氧化鋁微粉、10~14wt%的電熔棕剛玉細(xì)粉和2~4wt%的球狀瀝青為原料，外加所述原料3~4wt%的硅溶膠、0.05~0.2wt%的分散劑和5.2~6wt%的水，攪拌5~8min，振動(dòng)成型，室溫養(yǎng)護(hù)25~28h，90~115℃條件下干燥20~24h，制得鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料。
所述分散劑為六偏磷酸鈉或聚丙烯酸鈉。
本實(shí)施例所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.82~2.84g·cm-3；顯氣孔率為15.8~17%；抗折強(qiáng)度為14~14.8mpa；耐壓強(qiáng)度為90~96mpa；熱膨脹系數(shù)為4.55×10-6~4.75×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為56~60%。
本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本具體實(shí)施方式采用的原料鈦鋁酸鈣來(lái)源豐富，成本低廉，顯著地降低了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的開(kāi)發(fā)成本。
2、本具體實(shí)施方式利用鈦鋁酸鈣原料的優(yōu)良特性，如高的熔點(diǎn)、高的耐火度、較低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗熱震性能，提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的熱震穩(wěn)定性。
3、本具體實(shí)施方式利用鈦鋁酸鈣的多相性，如鈦鋁酸鈣中的六鋁酸鈣的片狀晶形作為嵌入相有利于鋁酸鈣-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料強(qiáng)度的提升，又如鈦鋁酸鈣中高熔點(diǎn)的鈦酸鈣和六鋁酸鈣可以阻止渣的滲透，顯著提高了鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的抗侵蝕性能。
本具體實(shí)施方式所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料經(jīng)檢測(cè)：體積密度為2.82~2.87g·cm-3；顯氣孔率為15~17%；抗折強(qiáng)度為14~16mpa；耐壓強(qiáng)度為90~110mpa；熱膨脹系數(shù)為4.55×10-6~5.05×10-6℃-1(1400℃)；熱震（?t=1100℃，水冷3次）后強(qiáng)度保持率為50~60%。
因此，本具體實(shí)施方式具有成本低廉和工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；所制備的鈦鋁酸鈣-碳化硅-碳復(fù)相耐火材料的體積密度較高、抗折耐壓強(qiáng)度較大、熱膨脹系數(shù)較低和熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的特點(diǎn)。