用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯及其制備方法
【專利摘要】用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯及其制備方法，內(nèi)襯的原料由20.65~31.85%基質(zhì)、65~72%骨料、0.05~0.15%防爆纖維、3~7%結(jié)合劑和0.1~0.2%分散劑組成；其制備方法使將原料與一定重量的水混合成澆注料，澆注后經(jīng)養(yǎng)護(hù)、熱處理制得送風(fēng)支管內(nèi)襯。本發(fā)明中，基質(zhì)由200目粒度等級的紅柱石細(xì)粉、剛玉細(xì)粉、α-Al2O3微粉和SiO2微粉組成，骨料由粘土熟料顆粒和3~0.074mm粒度等級的紅柱石顆粒組成。在使用過程中，紅柱石轉(zhuǎn)化成的莫來石能夠與其它原料形成交織結(jié)構(gòu)，能夠起到橋接增韌的作用，提高原料制品的抗熱震性；莫來石化的膨脹效果持久，體積穩(wěn)定性好，內(nèi)襯的使用壽命長。
【專利說明】用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗 熱震內(nèi)襯及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煉鐵高爐送風(fēng)裝置即所謂的送風(fēng)支管，是高爐爐前設(shè)備中至關(guān)重要的組成部件， 也是熱風(fēng)爐管道系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，是決定高爐能否正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)高爐普遍 存在著外表溫度高、發(fā)紅、使用壽命短以及因漏風(fēng)造成熱能損失過大的諸多弊端，使用壽命 一般在一年以內(nèi)，與使用壽命為20~30年的熱風(fēng)爐不匹配，難以滿足高爐冶煉對送風(fēng)裝置 的使用要求；而且，還限制了熱風(fēng)溫度、富氧率和煤粉噴吹量的提高。
[0003] 這種現(xiàn)象主要是由送風(fēng)支管內(nèi)襯性能不能長期滿足高風(fēng)溫風(fēng)壓下高耐磨性能和 高溫抗熱震的工作條件引起的。那么尋找新型的、行之有效的送風(fēng)裝置內(nèi)襯勢在必行，也 是強化冶煉的必要手段之一。申請?zhí)枮?1133638. 2的中國發(fā)明專利，公開了一種高爐送 風(fēng)管道(鵝頸管、彎管、直吹管）用耐火澆注料，其采用的燒結(jié)礬土和鎂砂在高溫使用過程 中生成鋁鎂尖晶石，雖其初期的膨脹作用利于體積穩(wěn)定，但在鋁鎂尖晶石反應(yīng)完全后，因 其結(jié)晶長大，體積收縮，易產(chǎn)生裂紋，該內(nèi)襯材料使用時間不持久，使用壽命短。申請?zhí)枮?2005100177252的發(fā)明專利公開了一種高爐進(jìn)風(fēng)管道專用耐火澆注料及其成型方法，該 澆注料加入的膨脹劑為硅石粉或粉狀藍(lán)晶石，在進(jìn)風(fēng)管道的高溫作用下，粉料的藍(lán)晶石在 1100°C開始發(fā)生莫來石化，在溫度為1250°C的高風(fēng)溫下能夠完全莫來石化，其轉(zhuǎn)化過程短 暫，在莫來石化完成后，由于內(nèi)襯中該莫來石化過程產(chǎn)生富余Si02，或硅石粉中的Si02，多 于內(nèi)襯材料中的A1203，該澆注料的膨脹不持久，繼續(xù)使用易因體積收縮產(chǎn)生裂紋。而且，該 澆注料中僅加入〇. 1~4份的硅灰，而加水量為8~17份，會影響澆注料的高溫強度；且高鋁水 泥加入量較多，其與Si02反應(yīng)生成含硅鋁鈣的低熔點化合物，降低澆注料的高溫性能，影響 內(nèi)襯的體積穩(wěn)定性和抗沖刷性能。其該澆注料中水泥含量多，水泥化合物多，在制作送風(fēng)裝 置時，其熱處理溫度達(dá)500°C，對鋼殼是不利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服傳統(tǒng)送風(fēng)支管的耐火內(nèi)襯存在高溫性能差的 缺陷，提供了一種用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯及其制備方法，能夠使高爐送 風(fēng)支管在高風(fēng)溫風(fēng)壓的條件下滿足高耐磨和抗熱震的工作條件。
[0005] 本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱 震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié)合劑和分散劑組成，各物料的重量百分比是：基 質(zhì)20. 65?31. 85%、骨料65?72%、防爆纖維0. 05?0. 15%、結(jié)合劑3?7%和分散劑0. 1?0. 2% ;所 述的基質(zhì)由200目粒度等級的紅柱石細(xì)粉、剛玉細(xì)粉、a-Al203微粉和5102微粉組成，基 質(zhì)中各物料的重量占基質(zhì)總重量的百分比是：紅柱石19~31%、剛玉31~35%、a-Al203微粉 15~19%和Si02微粉23~27% ;所述的骨料由粘土熟料顆粒和:TO. 074mm粒度等級的紅柱石 顆粒組成，骨料中各物料的重量占骨料總重量的百分比是：粘土熟料顆粒5(T62%和紅柱石 顆粒38飛0% ;所述的結(jié)合劑由純鋁酸鈣水泥和P-A1203組成，結(jié)合劑中各物料的重量占結(jié) 合劑總重量的百分比是：純鋁酸鈣水泥55?65%和P-Al20335?45% ;所述的分散劑由三聚磷 酸鈉和/或六偏磷酸鈉組成。
[0006] 本發(fā)明的純鋁酸鈣水泥和P-ai2o3，在使用過程中能夠與水發(fā)生水化反應(yīng)，所產(chǎn)生 的結(jié)合作用：純鋁酸鈣水泥>P-A1203，通過對二者的重量比進(jìn)行調(diào)整，可獲得流動性好的 澆注料。本發(fā)明中，剛玉細(xì)粉的粒徑為300目，a-A1203微粉粒徑彡5微米，Si02微粉粒徑 < 1微米。微粉比表面積較大、有較好的粘聚性能，可改善坯體的成型強度。
[0007] 進(jìn)一步的，本發(fā)明中，3~0. 074mm粒度等級的紅柱石又分為3~lmm和1~0. 074mm兩 種等級，3?lmm和f〇. 074mm兩種粒度的重量比17?22 :2廣28。
[0008] 所述的粘土熟料顆粒分為8~5mm和5~3mm兩種粒度等級，兩種粒度的重量比為 25?31 :25?31。
[0009] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，預(yù)先將澆注模芯置于送風(fēng) 支管的鋼殼內(nèi)，將送風(fēng)支管的鋼殼安裝在振動臺上，將所述的原料按照配比稱重混合后，力口 入占原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆?，形成澆注料；在送風(fēng)支管的鋼殼的振動過程中澆注該澆 注料，直至澆注料不再冒出氣泡時停止，自然養(yǎng)護(hù)24h，脫除模芯，將送風(fēng)支管置入< 200°C 的熱處理室中保溫4h。
[0010] 有益效果：1、紅柱石的莫來石化過程中體積膨脹，本發(fā)明中，紅柱石分為 3~0. 074mm和200目兩種粒度等級，且紅柱石顆粒料的重量份數(shù)多于紅柱石細(xì)粉，紅柱石 高溫分解出的富氧化硅玻璃相游離出紅柱石顆粒料的路徑較為曲折，遷移較慢，在裂紋 擴(kuò)展時，富氧化硅玻璃相能夠彌合裂縫，其制品在1250°C時的耐壓強度能夠達(dá)到lOOMPa， 1200°C時的耐磨性能夠達(dá)到4. 0cm3 ;紅柱石細(xì)粉較易反應(yīng)，而紅柱石顆粒轉(zhuǎn)化速度慢，二者 的顆粒級配能夠使紅柱石保持未完全莫來石化，形成莫來石潛能，即莫來石化是一個持續(xù) 的過程，該持續(xù)的莫來石化過程能夠補償原料制品因受應(yīng)力作用產(chǎn)生的體積收縮，提高其 高溫機械性能，其制品的荷重軟化溫度大于1650°C，抗蠕變性好，0. 2MPaX1250°CX0-50h 下的蠕變量達(dá)-〇. 55%左右；同時，該持續(xù)的莫來石化過程有利于制備原料在使用過程中， 各原料膨脹系數(shù)的復(fù)配而提高抗熱震性，原料制品在ll〇〇°C水冷的熱震穩(wěn)定性大于100 次； 2、本發(fā)明的澆注料為紅柱石質(zhì)，且紅柱石的莫來石化開始轉(zhuǎn)化溫度為1200°C，與現(xiàn)有 技術(shù)相比，比藍(lán)晶石的莫來石化開始溫度高，粗顆粒的紅柱石分解進(jìn)程較慢，其分解出的 Si02可與基質(zhì)中游離的A1203、剛玉和a-Al203反應(yīng)生成莫來石。因此，莫來石化的膨脹效 果持久，體積穩(wěn)定性好，不會產(chǎn)生裂紋，內(nèi)襯的使用壽命長。
[0011] 3、該澆注料加入的微粉多，填充性好，加水量少，使該澆注料具有很好的流動性， 有利于澆注料強度的提高；該澆注料加入的純鋁酸鈣水泥少，生成的低熔物少，高溫性能 好，又輔以P-A1203結(jié)合劑，低溫?zé)崽幚韽姸雀?；水泥含量少，水泥化合物少，且加有有機防 爆纖維，抗爆裂性好，因此，該澆注料形成送風(fēng)支管的內(nèi)襯時，其熱處理溫度一般< 200°c， 表面溫度低，對送風(fēng)支管的鋼殼無傷害作用；而且，該內(nèi)襯低導(dǎo)熱，在加大噴煤量的同時，能 夠最大限度的使用高風(fēng)溫，避免熱能流失，該內(nèi)襯還能夠提高熱風(fēng)裝置的蓄熱能力，延長其 使用壽命。

【具體實施方式】
[0012] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié) 合劑和分散劑組成，各物料的重量百分比是：基質(zhì)20. 65~31. 85%、骨料65~72%、防爆纖維 0. 05、. 15%、結(jié)合劑3?7%和分散劑0.f〇. 2% ;其中，所述的基質(zhì)由200目粒度等級的紅柱 石細(xì)粉、剛玉細(xì)粉、a-A1203微粉和Si02微粉組成，基質(zhì)中各物料的重量占基質(zhì)總重量的百 分比是：紅柱石19?31%、剛玉31?35%、a-A1203微粉15?19%和Si02微粉23?27% ;所述的骨 料由粘土熟料顆粒和3~0. 074_粒度等級的紅柱石顆粒組成，骨料中各物料的重量占骨料 總重量的百分比是：粘土熟料顆粒5(T62%和紅柱石顆粒38飛0% ;所述的結(jié)合劑由純鋁酸鈣 水泥和P-A1203組成，結(jié)合劑中各物料的重量占結(jié)合劑總重量的百分比是：純鋁酸鈣水泥 55?65%和P-Al20335?45% ;所述的分散劑由三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉組成。
[0013] 本發(fā)明中，3~0. 074mm粒度等級的紅柱石又分為3~lmm和1~0. 074mm兩種等級， 3?1mm和f0.074mm兩種粒度的重量比為17?22 :2廣28。
[0014] 所述的粘土熟料顆粒分為8~5mm和5~3mm兩種粒度等級，兩種粒度的重量比為 25?31 :25?31。
[0015] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，預(yù)先將澆注模芯置于送風(fēng) 支管的鋼殼內(nèi)，然后將送風(fēng)支管的鋼殼安裝在振動臺上，將所述的原料按照配比稱重在混 砂機內(nèi)混合后，加入占原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆颍纬蓾沧⒘?；在送風(fēng)支管的鋼殼的振 動過程中澆注該澆注料，直至澆注料不再冒出大氣泡時停止，自然養(yǎng)護(hù)24h，脫除模芯，將送 風(fēng)支管置入< 200°C的熱處理室中保溫4h即可。
[0016] 本發(fā)明的原料用于送風(fēng)支管時，送風(fēng)支管管道內(nèi)部的溫度為100(Tl25(rC，在 1200°C時，紅柱石（A1203 ?Si02)--次莫來石（3A1203 ? 2Si02) +游離Si02，原料中的紅 柱石生成一次莫來石和游離的Si02，一次莫來石呈針狀或柱狀，在原料制品中能夠起到 纖維增韌的效果，增強制品的機械性能；而Si02微粉和/或部分游離的Si02與原料中的 a-A1203微粉和/或剛玉細(xì)粉發(fā)生反應(yīng)，生成二次莫來石，3A1203十2Si02 -二次莫來石 (3A1203 ? 2Si02)。二次莫來石呈針狀，均勻分布于整個原料制品中，起到顆粒增韌的作用。 紅柱石轉(zhuǎn)化成的柱狀和針狀的莫來石能夠與其它原料形成交織結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，當(dāng)原料制 品由于熱應(yīng)力和其它機械應(yīng)力而發(fā)生斷裂時，能夠起到橋接增韌的作用，提高原料制品的 抗熱震性。
[0017] 本發(fā)明中，該紅柱石顆粒料轉(zhuǎn)化為一次莫來石，表現(xiàn)為體積膨脹；一次莫來石化 過程中富余的游離Si02能夠分別與基質(zhì)中游離的A1203、剛玉細(xì)粉、a-A1203反應(yīng)生成二次 莫來石，所產(chǎn)生的微膨脹效應(yīng)能夠抵消制品使用過程中因高溫負(fù)荷作用造成的制品體積收 縮；一次莫來石和二次莫來石形成交織結(jié)構(gòu)，提高原料制品的熱態(tài)強度。紅柱石和生成的一 次莫來石處于固態(tài)，Si02玻璃相處于液態(tài)，原料中的紅柱石顆粒難以全部容納生成的Si02 玻璃相，因而使得部分的Si02玻璃相排擠到裂紋縫隙中，起到結(jié)合作用，抑制裂紋的產(chǎn)生， 提高了原料制品的抗熱震性。
[0018] 實施例1 : 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié)合劑和 分散劑組成，各物料的重量占原料總重量的百分比是：基質(zhì)31. 85%、骨料65%、防爆纖維 0. 05%、結(jié)合劑3%和三聚磷酸鈉0. 1% ;其中，所述的基質(zhì)由9. 85%的200目粒度等級的紅柱 石細(xì)粉、9. 88%的300目粒度等級的剛玉細(xì)粉、4. 78%的a-A1203微粉和7. 34%的Si02微粉 組成；所述的骨料由16. 25%的8~5mm粒度等級的粘土熟料顆粒、19. 5%的5~3mm粒度等級 的粘土熟料顆粒、13%的3~lmm粒度等級的紅柱石顆粒和16. 25%的1~0. 074mm粒度等級的 紅柱石顆粒組成；所述的結(jié)合劑由1. 95%的純鋁酸鈣水泥和1. 05%的P-A1203組成。
[0019] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，將澆注模芯置于送風(fēng)支管 的鋼殼內(nèi)，將送風(fēng)支管的鋼殼安裝在振動臺上，將所述的原料按照配比稱重混合后，加入占 原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆颍纬蓾沧⒘?；在送風(fēng)支管的鋼殼的振動過程中澆注該澆注 料，直至澆注料不再冒出氣泡時停止，自然養(yǎng)護(hù)24h，脫除模芯，將送風(fēng)支管置入< 200°C的 熱處理室中保溫4h。
[0020] 本發(fā)明中，P_A1203作為原料的結(jié)合劑，能夠與水發(fā)生水化反應(yīng)生成A1 (0H) 3，并在 熱風(fēng)爐的高溫作用下能夠分解轉(zhuǎn)化為a_A1203，并與Si02微粉和/或紅柱石分解生成的游 離Si02發(fā)生莫來石化反應(yīng)，可以根據(jù)ci-A1203和p_A1203的重量比調(diào)配二者的加入比例， 最大限度的提高原料的流動性，改善其高溫性能。
[0021] 實施例2: 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié)合劑和 分散劑組成，各物料的重量占原料總重量的百分比是：基質(zhì)20. 65%、骨料72%、防爆纖維 0. 15%、結(jié)合劑7%和分散劑0. 2% ;其中，所述的基質(zhì)由6. 25%的200目粒度等級的紅柱石細(xì) 粉、11. 05%的300目粒度等級的剛玉細(xì)粉、6. 05%的a-A1203微粉和8. 5%的Si02微粉組成； 所述的骨料由16. 25%的8~5mm粒度等級的粘土熟料顆粒、16. 25%的5~3mm粒度等級的粘土 熟料顆粒、14. 3%的3~lmm粒度等級的紅柱石顆粒和18. 2%的1~0. 074mm粒度等級的紅柱石 顆粒組成；所述的結(jié)合劑由3. 85%的純鋁酸鈣水泥和3. 15%的P-A1203組成；所述的分散 劑由0. 05%的三聚磷酸鈉和0. 15%的六偏磷酸鈉組成。
[0022] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，將所述的原料按照配比稱 重混合后，加入占原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆?，形成澆注料；送風(fēng)支管內(nèi)襯具體的制備過 程參照實施例1。
[0023] 實施例3: 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié)合劑和 分散劑組成，各物料的重量占原料總重量的百分比是：基質(zhì)26. 25%、骨料68. 5%、防爆纖維 0. 1%、結(jié)合劑5%和六偏磷酸鈉0. 15% ;其中，所述的基質(zhì)由6. 56%的200目粒度等級的紅柱 石細(xì)粉、8. 66%的300目粒度等級的剛玉細(xì)粉、4. 46%的a-A1203微粉和6. 57%的Si02微粉 組成；所述的骨料由21. 2%的8~5mm粒度等級的粘土熟料顆粒、21. 2%的5~3mm粒度等級的 粘土熟料顆粒、11. 65%的3~lmm粒度等級的紅柱石顆粒和14. 45%的1~0. 074mm粒度等級的 紅柱石顆粒組成；所述的結(jié)合劑由3%的純鋁酸鈣水泥和2%的P-A1203組成。
[0024] 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，將所述的原料按照配比稱 重混合后，加入占原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆?，形成澆注料；送風(fēng)支管內(nèi)襯具體的制備過 程參照實施例1。
[0025] 表1:實施例1~3耐火制品的理化檢驗結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其原料由基質(zhì)、骨料、防爆纖維、結(jié)合劑 和分散劑組成，其特征在于：各物料的重量百分比是：基質(zhì)20. 65~31. 85%、骨料65~72%、防 爆纖維0. 05?0. 15%、結(jié)合劑3?7%和分散劑0. 1?0. 2% ; 其中，所述的基質(zhì)由200目粒度等級的紅柱石細(xì)粉、剛玉細(xì)粉、a-A1A微粉和Si02微粉組成，基質(zhì)中各物料的重量占基質(zhì)總重量的百分比是：紅柱石19~31%、剛玉31~35%、 a -A1203 微粉 15?19% 和 Si02 微粉 23?27% ; 所述的骨料由粘土熟料顆粒和:TO. 074_粒度等級的紅柱石顆粒組成，骨料中各物料 的重量占骨料總重量的百分比是：粘土熟料顆粒5(T62%和紅柱石顆粒38飛0% ; 所述的結(jié)合劑由純鋁酸鈣水泥和P_A1203組成，結(jié)合劑中各物料的重量占結(jié)合劑總重 量的百分比是：純鋁酸鈣水泥55?65%和P -Al20335?45% ; 所述的分散劑由三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其特征在于：所 述3?0? 074mm粒度等級的紅柱石又分為3?1mm和1?0? 074mm兩種等級，3?1mm和1?0? 074mm 兩種粒度的重量比為17?22 :2f 28。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯，其特征在于：所 述的粘土熟料顆粒分為8~5mm和5~3mm兩種粒度等級，兩種粒度的重量比為25~31 :25~31。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的用于煉鐵高爐送風(fēng)支管的耐磨抗熱震內(nèi)襯的制備方法，其 特征在于：將澆注模芯置于送風(fēng)支管的鋼殼內(nèi)，將送風(fēng)支管的鋼殼安裝在振動臺上，將所述 的原料按照配比稱重混合后，加入占原料總重量4%的水?dāng)嚢杈鶆?，形成澆注料；在送風(fēng)支 管的鋼殼的振動過程中澆注該澆注料，直至澆注料不再冒出氣泡時停止，自然養(yǎng)護(hù)24h，脫 除模芯，將送風(fēng)支管置入彡200°C的熱處理室中保溫4h。
【文檔編號】C04B35/66GK104355630SQ201410560773
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李富朝, 孫庚辰, 張玉濤, 樊旭光 申請人:鄭州安耐克實業(yè)有限公司