一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法與流程
2023-05-18 20:39:06 2
本發明涉及耐火材料製造技術領域，尤其是涉及一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法。
背景技術：
在傳統意義上，耐火材料是指耐火度不低於1580℃的無機非金屬材料，它是為高溫技術服務的基礎材料，是用作高溫窯爐等熱工設備的結構材料，以及工業高溫容器和部件的材料，並且能夠承受相應的物理化學變化及機械作用。
大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、矽石、菱鎂礦、白雲石）為原料製造的，採用某些工業原料和人工合成原料（如工業氧化鋁、碳化矽、合成莫來石、合成尖晶石等）也日益增多，因此，耐火材料的種類很多。耐火材料按照礦物組成可以分為氧化矽質、矽酸鋁質、鎂質、白雲石質、橄欖石質、尖晶石質、含碳質、含鋯質耐火材料及特殊耐火材料；按照製造方法可以分為天然礦石和人造製品；按其方式可分為塊狀製品和不定形耐火材料；按照熱處理方式可分為不燒製品、燒成製品和熔鑄製品；按照耐火度可分為普通、高級和特級耐火製品；按照化學性質可分為酸性、中性及鹼性耐火材料；按照其密度可分為輕質及重質耐火材料；按照其製品的形狀和尺寸可分為標準磚、異形磚、特異形磚、管和耐火器皿；還可以按其應用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等。
高爐鐵溝在煉鐵/煉鋼高爐中的一個重要部件，是鋼水的出水口，但是由於鋼水中鋼渣的侵蝕作用，現有技術中的鐵溝壽命較短，有些鐵溝甚至進行一次生產後就得進行維修或更換，無形中增加了生產成本，同時現有技術中鐵溝維修和施工的周期較長，影響生產，因此現在出現一些鐵溝預製件，雖然可以解決鐵溝維修施工周期長的問題，但是現實生產中，不同的鋼廠不同的高爐，鐵溝的形狀尺寸往往不一致，同時鐵溝預製件安裝施工過程中需要用到與預製件材質不一樣的粘結材料，材料不一致會造成鐵溝使用過程中耗損不均勻，進而還是會對生產帶來不利影響；因此，一種具有較好抗渣性能，施工時間短的鐵溝澆鑄材料和相應的製備方法具有較大的市場需求。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提供了一種工藝步驟簡單、製得的不定形耐火材料具有優良抗渣性能、早強快幹特性的鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法。
為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下：
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂40～50份，粉煤灰120～130份，碳化矽微粉15～19份，鋁酸鈣水泥25～29份，酚醛樹脂6～9份，鱗片石墨10～12份，石膏13～19份，三乙醇胺4～8份，生石灰6～8份；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為80～140目、d50為100～120目，將石英砂粉碎成粒徑為140～190目、d50為150～175目，將粉煤灰研磨成粒徑為200～320目，d50為220～300目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在500～700℃下煅燒40～80分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1200～1400rpm轉速球磨粉碎15～30分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在400～600rpm在轉速下幹混20～30分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為1600～2000rpm，球磨混料時間為2～3小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
因為高爐鐵溝的特殊使用環境，其長時間處於高溫和鋼渣的雙重作用下，極易被侵蝕損壞，現有技術中的鐵溝需要經常進行更換，甚至每經歷一次生產都需要進行維修甚至完全更換，因此本發明旨在提高鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的抗渣性能和縮減更換使用的時間。粗骨料和細骨料分別採用剛玉和石英砂，這兩種原料都是具有相當優良耐火性能的無機礦物原料，同時兩者在高溫下還能形成具有更優性能的莫來石，莫來石具有優良的耐火性能和抗渣性能；粉料採用粉煤灰，一來是粉煤灰成本低廉，能夠極大的縮減生產成本，二來粉煤灰主要由氧化鋁和二氧化矽組成，其含量分別高達26～35wt%和50～60wt%，粉煤灰粉料可以嵌於粗骨料和細骨料之間並能相應的形成莫來石；碳化矽是一種人工合成的無機微粉，其具有良好的耐高溫性能，同時其也是一種良好的磨料，加入骨料和粉料中，其可以輔助起到研磨劑的作用，使骨料能夠獲得良好的球形形貌，更利於之後的施工，此外碳化矽也具有良好的抗渣性能；鋁酸鈣水泥作為不定形耐火材料的粘結劑加入，其具有快硬早強的特性，能夠縮短施工時間，同時其還具有微膨脹性，施工後能夠縮小施工連接縫；酚醛樹脂作為粘結劑加入配方輔助鋁酸鈣水泥進行施工時的硬化作用；鱗片石墨，增加耐火材料的抗渣性能，同時也增進耐火材料施工時的流動性；石膏、三乙醇胺、生石灰作為早強劑添加，同時石膏作為緩凝劑可以對耐火材料的凝結速度進行調節，使得凝結速度和強度能夠達到一個良好的平衡。
作為優選，步驟a中，按以下重量份的組分備料：剛玉砂120份，石英砂45份，粉煤灰130份，碳化矽微粉19份，鋁酸鈣水泥25份，酚醛樹脂9份，鱗片石墨12份，石膏14份，三乙醇胺4份，生石灰7份。
作為優選，剛玉砂中氧化鋁的含量為97wt%及以上，石英砂中二氧化矽的含量為96wt%及以上。
作為優選，粉煤灰中二氧化矽的含量為50～60wt%，氧化鋁的含量為25～35wt%。
因此，本發明具有以下有益效果：
（1）本發明中的製備方法由現有技術改進而來，工藝簡單易行，能夠採用現有設備進行生產；
（2）通過本製備方法製備而得的鐵溝澆鑄用不定形耐火材料具有抗渣性好、早強快乾等優點；
（3）通過本製備方法獲得的鐵溝澆鑄用不定形耐火材料能夠延長鐵溝的使用壽命，能夠減少鐵溝更換/維修的頻率。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步的說明。
顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂40份，粉煤灰120份，碳化矽微粉15份，鋁酸鈣水泥25份，酚醛樹脂6份，鱗片石墨10份，石膏13份，三乙醇胺4份，生石灰6份；剛玉砂中氧化鋁的含量為97wt%上，石英砂中二氧化矽的含量為96wt%；粉煤灰中二氧化矽的含量為50wt%，氧化鋁的含量為25wt%；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為80～140目、d50為100目，將石英砂粉碎成粒徑為140～190目、d50為150目，將粉煤灰研磨成粒徑為200～320目，d50為220目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在500℃下煅燒40分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1200rpm轉速球磨粉碎15分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在400rpm在轉速下幹混20分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為1600rpm，球磨混料時間為2小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
實施例2
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂50份，粉煤灰130份，碳化矽微粉19份，鋁酸鈣水泥29份，酚醛樹脂9份，鱗片石墨12份，石膏19份，三乙醇胺8份，生石灰8份；剛玉砂中氧化鋁的含量為99.5wt%，石英砂中二氧化矽的含量為99wt%；粉煤灰中二氧化矽的含量為60wt%，氧化鋁的含量為35wt%；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為80～140目、d50為120目，將石英砂粉碎成粒徑為140～190目、d50為175目，將粉煤灰研磨成粒徑為200～320目，d50為300目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在700℃下煅燒40～80分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1400rpm轉速球磨粉碎30分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在600rpm在轉速下幹混30分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為2000rpm，球磨混料時間為3小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
實施例3
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂45份，粉煤灰130份，碳化矽微粉19份，鋁酸鈣水泥25份，酚醛樹脂9份，鱗片石墨12份，石膏14份，三乙醇胺4份，生石灰7份；剛玉砂中氧化鋁的含量為99wt%石英砂中二氧化矽的含量為98wt%；粉煤灰中二氧化矽的含量為53wt%，氧化鋁的含量為30wt%；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為80～140目、d50為110目，將石英砂粉碎成粒徑為140～190目、d50為160目，將粉煤灰研磨成粒徑為200～320目，d50為260目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在600℃下煅燒60分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1300rpm轉速球磨粉碎20分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在500rpm在轉速下幹混25分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為1800rpm，球磨混料時間為2.5小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
實施例4
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂40份，粉煤灰120份，碳化矽微粉15份，鋁酸鈣水泥29份，酚醛樹脂9份，鱗片石墨12份，石膏19份，三乙醇胺8份，生石灰8份；剛玉砂中氧化鋁的含量為99.9wt%，石英砂中二氧化矽的含量為99.5wt%；粉煤灰中二氧化矽的含量為55wt%，氧化鋁的含量為30wt%；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為100～120目、d50為115目，將石英砂粉碎成粒徑為150～175目、d50為160目，將粉煤灰研磨成粒徑為220～300目，d50為260目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在550℃下煅燒70分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1300rpm轉速球磨粉碎25分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在500rpm在轉速下幹混20分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為1700rpm，球磨混料時間為2.5小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
實施例5
一種鐵溝澆鑄用不定形耐火材料的製備方法，由以下步驟組成：
a）備料：按以下重量份的組分備料：
剛玉砂120份，石英砂50份，粉煤灰130份，碳化矽微粉19份，鋁酸鈣水泥29份，酚醛樹脂6份，鱗片石墨10份，石膏13份，三乙醇胺4份，生石灰6份；剛玉砂中氧化鋁的含量為98wt%，石英砂中二氧化矽的含量為99wt%；粉煤灰中二氧化矽的含量為52wt%，氧化鋁的含量為27wt%；
b）原料粉碎：將剛玉砂粉碎成粒徑為95～115目、d50為105目，將石英砂粉碎成粒徑為150～170目、d50為160目，將粉煤灰研磨成粒徑為240～260目，d50為250目；
c）預混：將剛玉砂粗骨料、石英砂細骨料、粉煤灰和碳化矽微粉球磨幹混後在650℃下煅燒45分鐘，煅燒完成後加入鋁酸鈣水泥以1400rpm轉速球磨粉碎30分鐘，製得預混料；
d）添加劑配混：將鱗片石墨、石膏和生石灰在400rpm在轉速下幹混25分鐘，製得混合添加劑
e）混料：將預混料、混合添加劑、酚醛樹脂和三乙醇胺混合併球磨混料，球磨轉速為2000rpm，球磨混料時間為2小時，完成後製得鐵溝澆鑄用不定形耐火材料。
性能測試：
1.耐火度測試：
耐火度測試採用gb/t7322-2007記載的耐火材料耐火度試驗方法；
測試結果顯示，上述5個實施例製得耐火材料的耐火度為1850℃及以上；
2.抗渣性測試：
抗渣性測試採用gb/t8931-2007記載的靜態坩堝法進行抗渣性測試；
具體如下：按外直徑65mm、高65mm，中間空腔直徑42mm、高度35mm製備坩堝狀試樣，爐渣採用高爐鋼渣/鐵渣，保溫時間為1600℃，保溫時間3小時，進行測試，並以侵蝕面積百分率和滲透面積百分率表徵抗渣性能；
測試結果顯示，上述5個實施例製得耐火材料澆鑄而得的試樣的侵蝕面積百分率小於7%之間，滲透面積百分率小於12%之間，優於現有技術中的鐵溝澆鑄料；
3.強度測試：
澆鑄後進行強度測試，結果顯示上述5個實施例製得的不定形耐火材料在澆鑄後的40小時強度已達要求強度的60%，64小時強度已達要求強度的80%以上。
應當理解的是，對於本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。