本發(fā)明涉及鐵水罐中鐵水脫硫預(yù)處理用耐火材料，具體地指一種用于脫硫攪拌器的復(fù)合纖維增強(qiáng)耐火澆注料。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外冶金企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼前鐵水爐外攪拌脫硫所使用的脫硫攪拌器是由攪拌金屬芯和耐火材料襯體構(gòu)成。其中，攪拌器襯體用耐火材料均是莫來(lái)石質(zhì)耐火澆注料。以武漢鋼鐵(集團(tuán))公司第二煉鋼廠kr鐵水脫硫攪拌器為例，由其制作規(guī)程可知，所使用的耐火澆注料的主要成分按重量百分比為al2o3≥60％、sio2占30～35％；其物理性能為：抗壓強(qiáng)度110℃×24h≥24mpa、1500℃×3h≥60mpa，體積密度110℃×24h≥2.6g/cm³、1500℃×3h≥2.5g/cm³；燒后線變化：1500℃×3h為±0.5％；其使用的主要原材料為高高純電熔莫來(lái)石。該耐火澆注料在kr脫硫攪拌器的實(shí)際應(yīng)用中存在易剝落、沖蝕和開裂的問(wèn)題，導(dǎo)致攪拌器使用壽命較短。同時(shí)，高高純電熔莫來(lái)石原材料的采用，也大大增加了耐火澆注料的制作成本。

針對(duì)上述不足，授權(quán)公告號(hào)為cn100351209c的中國(guó)專利《鐵水脫硫攪拌器用耐火澆注料》提供了一種脫硫攪拌器用耐火澆注料，該耐火澆注料按重量百分比的組成為：天然電熔莫來(lái)石55～65％，焦寶石3～10％，藍(lán)晶石3～7％、特級(jí)高鋁7～15％、硅微粉3～6％、α-al2o3微粉5～10％、純鋁酸鈣水泥3～10％、致密剛玉細(xì)粉1.5～2.5％，并外加2～2.5％的鋼纖維和少量的添加劑。該發(fā)明通過(guò)選擇燒結(jié)溫度較低的天然電熔莫來(lái)石與焦寶石為骨料，以改善澆注料骨料與粉料間的燒結(jié)狀況，提高使用條件下攪拌器耐火材料襯體的密實(shí)度和抗熔渣滲透能力，降低澆注料成本，并在100噸鐵水包上應(yīng)用，使攪拌器使用壽命由350～450次提高到500～550次。宋玉海譯“鐵水脫硫攪拌器用澆注料的改進(jìn)”，《國(guó)外耐火材料》，2006，(31)4，報(bào)道了一種改進(jìn)型攪拌器用澆注料，其主要成分為al2o3：45％、sio2：32％、sic：16％、cao：2.5％，外加鋼纖維6％和少量增強(qiáng)劑，通過(guò)a、b兩廠的工業(yè)性試驗(yàn)，與改進(jìn)前相比，攪拌器使用壽命分別由260次和160次提高到325次和223次。公開號(hào)為cn101337821a的中國(guó)專利《kr攪拌槳用低密度耐火澆注料》提供了一種體積密度為2.3～2.7g/cm³的攪拌槳用低密度耐火澆注料，它由60～80％的骨料和20～40％的粉料構(gòu)成，并外加0.03～0.35％的添加劑、0.02～0.5％的防爆劑與0～7％的鋼纖維，并分別在120噸、150噸和180噸鐵水包上應(yīng)用，使kr攪拌槳的使用壽命由160次、220次和180次分別提高到320次、380次和350次。授權(quán)公告號(hào)為cn101857446b的中國(guó)專利公開了一種脫硫攪拌器用耐火澆注料，明公開了一種脫硫攪拌器用耐火澆注，由澆注料基料和適量的添加劑混合而成。通過(guò)以燒結(jié)鋯莫來(lái)石、天然電熔莫來(lái)石與焦寶石為主要原料，改善澆注料骨料與粉料間的燒結(jié)狀況，提高了使用條件下攪拌器耐火材料襯體的密實(shí)度和抗熔渣滲透能力；利用板條狀燒結(jié)鋯莫來(lái)石大骨料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擴(kuò)大了骨料與粉料之間的結(jié)合面積，提高了骨料堆積骨架的穩(wěn)定性與澆注料的結(jié)合強(qiáng)度，通過(guò)鋼纖維增強(qiáng)提高澆注料熱震穩(wěn)定性能與抗龜裂破損性能，并在實(shí)際生產(chǎn)中取得了攪拌器平均壽命提高100爐以上的優(yōu)良效果。由此可見，上述方案均采用鋼纖維增強(qiáng)措施，但實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于鋼纖維的高溫氧化與熔蝕，制約了鋼纖維材料的增強(qiáng)增韌效能，導(dǎo)致攪拌器服役后期耐火澆注料工作襯熱震裂紋剝落與沖刷磨損嚴(yán)重，限制了攪拌器使用壽命的提升。授權(quán)公告號(hào)cn104311071b公開了一種鐵水脫硫攪拌器用耐火澆注料，其包括以下重量份數(shù)的組分：硅石30～35份、碳化硅為20～25份、鎂砂細(xì)粉30～40份、氧化鋁微粉40～45份、鐵鋁尖晶石20～25份，其中，硅石、鐵鋁尖晶石、碳化硅為骨料，鎂砂細(xì)粉、氧化鋁微粉為粉料，通過(guò)鎂砂細(xì)粉與氧化鋁微粉反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，以與硅石、鐵鋁尖晶石、碳化硅相結(jié)合，提高了耐火澆注料的熱震穩(wěn)定性。雖然方案中未添加鋼纖維進(jìn)行增強(qiáng)增韌，避免了鋼纖維氧化熔蝕帶來(lái)的不足，但因鐵鋁尖晶石耐火度低以及鎂鋁尖晶石熱震穩(wěn)定性弱于莫來(lái)石，勢(shì)必影響其高溫性能與熱震穩(wěn)定性，目前未見到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的報(bào)道。再者，為了抵消金屬攪拌芯熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，上述專利中均加入了高溫膨脹劇烈的硅石或藍(lán)晶石，雖然達(dá)到了防止?jié)沧⒘蠠Y(jié)收縮與膨脹裂紋增韌提高熱震穩(wěn)定性的效果，但不利于澆注料力學(xué)性能的提高與抗沖刷磨損性能的改善。此外，隨著鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，鐵水kr攪拌深度脫硫比例不斷提高，導(dǎo)致脫硫攪拌時(shí)間不斷延長(zhǎng)、攪拌強(qiáng)度不斷提高，促進(jìn)了攪拌器的損毀；隨著冶煉設(shè)備大型化與鐵水輸送過(guò)程的優(yōu)化的發(fā)展，脫硫預(yù)處理鐵水溫度不斷提高，最高的鐵水脫硫溫度已超過(guò)1500℃，攪拌器服役過(guò)程中熱震溫差急劇增大，加劇了攪拌器熱震裂紋損毀進(jìn)程；此外，目前國(guó)內(nèi)外kr脫硫攪拌器澆注料普遍采用鋼纖維進(jìn)行增強(qiáng)增韌，但鋼纖維易高溫氧化與熔蝕，在工作溫度達(dá)到1100℃后，高溫氧化速度隨著溫度的升高而顯著提高，當(dāng)工作溫度達(dá)到1350℃后，鋼纖維因氧化與熔蝕嚴(yán)重而失去增強(qiáng)增韌作用，同時(shí)，鋼纖維的氧化膨脹，削弱了鋼纖維與澆注料基體的界面結(jié)合，促進(jìn)了澆注料裂紋的形成與發(fā)展，加劇了澆注料的裂紋破損，制約了攪拌器對(duì)高溫鐵水的適應(yīng)能力。由于上述原因，導(dǎo)致攪拌器使用壽命不斷下降。

綜合上述可見，對(duì)于高溫鐵水kr脫硫攪拌器耐火澆注料，如何進(jìn)一步改善耐火澆注料熱震穩(wěn)定性能、強(qiáng)化澆注料抗破損能力、提高澆注料使用溫度范圍，還需進(jìn)一步開展研究，以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵冶金技術(shù)的發(fā)展需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種性能優(yōu)良、成本低廉、原材料來(lái)源廣的用于脫硫攪拌器用的復(fù)合纖維增強(qiáng)耐火澆注料；在不改變攪拌器結(jié)構(gòu)與使用條件下，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可使kr脫硫攪拌器的平均使用壽命提高15％以上。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種用于脫硫攪拌器的復(fù)合纖維增強(qiáng)耐火澆注料，它是澆注料基料和添加劑混合而成，其中，所述澆注料基料的原料按重量百分比由28～33％的天然電熔莫來(lái)石、22～28％的高純電熔莫來(lái)石、15～20％的紅柱石、5～8％的致密剛玉細(xì)粉、6～10％的α-al2o3微粉、4～6％的硅微粉、3～6％的氧化鋁空心球和4.5～6.5％的純鋁酸鈣水泥組成；所述添加劑由耐熱鋼纖維、短切碳纖維、羧甲基纖維素、有機(jī)硅消泡劑、金屬硅粉、金屬鋁粉、聚丙烯纖維、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三聚氰胺組成，所述澆注料基料與添加劑各組分的重量比依次為100份的澆注料基料∶0.5～1％的耐熱鋼纖維∶0.3～1％的短切碳纖維∶0.03～0.05％的羧甲基纖維素∶0.01～0.03％的有機(jī)硅消泡劑∶1～3％的金屬硅粉∶0～0.5％的金屬鋁粉∶0～0.15％的聚丙烯纖維∶0～0.3％的三聚磷酸鈉∶0～0.3％的六偏磷酸鈉∶0～0.5％的三聚氰胺。

進(jìn)一步地，所述天然電熔莫來(lái)石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量比為1：0.9～1.1。

再進(jìn)一步地，所述高純電熔莫來(lái)石按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm、0.1mm＜粒度≤1mm和粒度為325目四個(gè)級(jí)配；四個(gè)級(jí)配的高純電熔莫來(lái)石占澆注料基料總重量的百分?jǐn)?shù)分別為：10～15％、2～5％、2～4％和3～8％。

再進(jìn)一步地，所述紅柱石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量比為1：0.6～0.9。

再進(jìn)一步地，所述的致密剛玉細(xì)粉的粒度為325目。

再進(jìn)一步地，所述的氧化鋁空心球直徑≤1mm。

再進(jìn)一步地，所述的金屬硅粉的粒度為180目。

再進(jìn)一步地，所述的短切碳纖維中，碳含量≥95％，其直徑為5～9μm；其中，所述短切碳纖維按長(zhǎng)度大小分為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格；其重量比為1：1～4。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明原料中碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強(qiáng)度、高模量的新型纖維材料，其密度比金屬鋁低，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量、無(wú)蠕變、非氧化環(huán)境下耐超高溫和耐疲勞的特性。本發(fā)明通過(guò)復(fù)合添加長(zhǎng)度為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格短切碳纖維與耐熱不銹鋼纖維，利用纖維復(fù)合增強(qiáng)增韌機(jī)制，發(fā)揮碳纖維與耐熱不銹鋼纖維耦合增強(qiáng)增韌效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)澆注料服役溫度范圍內(nèi)的全程增強(qiáng)增韌；通過(guò)降低鋼纖維加入量，遏制鋼纖維高溫氧化與燒蝕帶來(lái)的不足，并利用碳纖維高強(qiáng)度和高彈性模量、高耐溫、高耐腐等特點(diǎn)以及通過(guò)添加劑中金屬硅粉的加入，延緩碳纖維與耐熱鋼纖維的高溫氧化燒蝕，提高澆注料抗高溫、抗侵蝕性能；通過(guò)短切碳纖維直徑與長(zhǎng)度的限制，防止短切碳纖維攪拌分散過(guò)程中的纏繞接團(tuán)，保持微米級(jí)短切碳纖維的大長(zhǎng)徑比，提高澆注料中短切碳纖維的拉拔效應(yīng)，增進(jìn)碳纖維增強(qiáng)增韌效果；通過(guò)羧甲基纖維素的選用，改善短切碳纖維的浸潤(rùn)性與分散性，克服碳纖維水浸潤(rùn)困難的不足，強(qiáng)化碳纖維與澆注料基體間的結(jié)合緊密性及其增強(qiáng)增韌效應(yīng)。通過(guò)消泡劑的選用，避免了澆注料加水?dāng)嚢柽^(guò)程中因羧甲基纖維素增稠引起的氣泡形成，降低澆注料加水量，改善澆注料流動(dòng)性，提高澆注密實(shí)度與力學(xué)強(qiáng)度。最終提高攪拌器的抗破損能力以及對(duì)高溫鐵水脫硫工況條件的適應(yīng)能力。

2)本發(fā)明通過(guò)天然電熔莫來(lái)石與高純電熔莫來(lái)石的復(fù)合應(yīng)用，利用兩種低熱膨脹莫來(lái)石的性能差異與復(fù)合效應(yīng)，提高澆注料熱震穩(wěn)定性，擴(kuò)展?jié)沧⒘蠠Y(jié)溫度范圍，以適應(yīng)不同鐵水溫度條件下攪拌器的使用性能要求。

3)本發(fā)明通過(guò)紅柱石的高溫緩慢膨脹形成的微裂紋增韌，進(jìn)一步提高澆注料的熱震穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)澆注料高溫?zé)缶€變化率，避免了常規(guī)膨脹材料高溫劇烈膨脹帶來(lái)的不足，改善了澆注料的高溫力學(xué)性能，提高了澆注料的抗沖刷磨損能力。通過(guò)澆注料添加劑中聚丙烯纖維的使用，提高澆注料烘烤過(guò)程的防爆裂性能與攪拌器耐火材料槍襯的整體性。

4)本發(fā)明通過(guò)氧化鋁空心球的加入，提高澆注料的流動(dòng)性、澆注料基質(zhì)密實(shí)度和結(jié)合強(qiáng)度，改善澆注料力學(xué)性能與抗磨損性能，同時(shí)，通過(guò)空心球的氣相增韌和球壁異相增韌，進(jìn)一步改善澆注料的熱震穩(wěn)定性，提高攪拌器高溫使用工況條件下的抗損毀能力。

5)本發(fā)明通過(guò)原材料的合理選擇與配比的優(yōu)化，使?jié)沧⒘暇哂辛己玫氖┕ば阅?、更高的高溫適應(yīng)范圍、更強(qiáng)的抗損毀能力、優(yōu)良的理化性能和使用性能，因而，采用本發(fā)明生產(chǎn)的kr脫硫攪拌器性能優(yōu)良、成本低廉，在不調(diào)整攪拌器結(jié)構(gòu)和其它生產(chǎn)與應(yīng)用條件的情況下，平均使用壽命可提高15％以上。

具體實(shí)施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。

原料的購(gòu)買

短切碳纖維由滄州中麗新材料科技有限公司生產(chǎn)，其碳含量≥95％，其直徑為5～9μm。

其它原料均購(gòu)于市面，

高純電熔莫來(lái)石：al2o3：72～79％，sio2：19～27％，莫來(lái)石≥95％，玻璃相≤5％，5～2mm顆粒密度≥3.0g/cm³，氣孔率≤4％。

天然電熔莫來(lái)石：al2o3：66～79％，sio2：20～28％，莫來(lái)石≥75％，玻璃相≤10％，5～2mm顆粒密度≥2.9g/cm³，氣孔率≤6％。

致密剛玉細(xì)粉的粒度為325目；氧化鋁空心球直徑≤1mm；金屬硅粉的粒度為180目。

實(shí)施例1：

制作103.09kg的耐火澆注料，它是由100kg澆注料基料和3.09kg添加劑混合而成；

其中，澆注料基料的原料由33kg的天然電熔莫來(lái)石、25kg的高純電熔莫來(lái)石、15kg的紅柱石、5kg的致密剛玉細(xì)粉、8kg的α-al2o3微粉、4kg的硅微粉、4kg的氧化鋁空心球和6kg的純鋁酸鈣水泥組成；

添加劑為1kg的耐熱鋼纖維、0.3kg的短切碳纖維、0.03kg的羧甲基纖維素、0.01kg的有機(jī)硅消泡劑、1kg的金屬硅粉、0.15kg的金屬鋁粉、0.15kg的聚丙烯纖維、0.1kg的六偏磷酸鈉和0.5kg的三聚氰胺。

天然電熔莫來(lái)石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量分別為16kg和17kg。

高純電熔莫來(lái)石按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm、0.1mm＜粒度≤1mm和粒度為325目四個(gè)級(jí)配；其重量分別為：12kg、4kg、2kg和7kg。

紅柱石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量分別為8kg和7kg。

短切碳纖維按長(zhǎng)度大小分為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格；其重量分別為0.1kg和0.2kg。

實(shí)施例2：

制作105.258kg的耐火澆注料，它是由100kg澆注料基料和5.258kg添加劑混合而成；

其中，澆注料基料的原料由28kg的天然電熔莫來(lái)石、23kg的高純電熔莫來(lái)石、20kg的紅柱石、6.5kg的致密剛玉細(xì)粉、9kg的α-al2o3微粉、6kg的硅微粉、3kg的氧化鋁空心球和4.5kg的純鋁酸鈣水泥組成；

添加劑為0.5kg的耐熱鋼纖維、0.9kg的短切碳纖維、0.05kg的羧甲基纖維素、0.03kg的有機(jī)硅消泡劑、3kg的金屬硅粉、0.35kg的金屬鋁粉、0.15kg的三聚磷酸鈉、0.15kg的六偏磷酸鈉和0.2kg的三聚氰胺。

天然電熔莫來(lái)石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量分別為14kg和14kg。

高純電熔莫來(lái)石按粒度高純電熔莫來(lái)石按粒度大小分為3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm、0.1mm＜粒度≤1mm和粒度為325目四個(gè)級(jí)配；其重量分別為：14kg、13kg、4kg和2kg。

紅柱石按粒度大小分為10mm＜粒度≤20mm和5mm≤粒度≤10mm兩種級(jí)配，其重量分別為12kg和8kg。

短切碳纖維按長(zhǎng)度大小分為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格；其重量分別為0.2kg和0.7kg。

實(shí)施例3

制作103.81kg的耐火澆注料，它是由100kg澆注料基料和3.81kg添加劑混合而成；澆注料基料的各組分及重量與實(shí)施例1相同，不同之處在于：

添加劑為0.5kg的耐熱鋼纖維、0.7kg的短切碳纖維、0.04kg的羧甲基纖維素、0.02kg的有機(jī)硅消泡劑、2kg的金屬硅粉、0.04kg的聚丙烯纖維、0.3kg的三聚磷酸鈉和0.15kg的六偏磷酸鈉。

短切碳纖維按長(zhǎng)度大小分為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格；其重量分別為0.15kg和0.55kg。

實(shí)施例4

制作103.445kg的耐火澆注料，它是由100kg澆注料基料和3.445kg添加劑混合而成；澆注料基料的各組分及重量與實(shí)施例2相同，不同之處在于：

添加劑為0.7kg的耐熱鋼纖維、0.5kg的短切碳纖維、0.03kg的羧甲基纖維素、0.015kg的有機(jī)硅消泡劑、1.5kg的金屬硅粉、0.15kg的聚丙烯纖維、0.2kg的三聚磷酸鈉和0.35kg的三聚氰胺。

短切碳纖維按長(zhǎng)度大小分為1～3mm和0.3～1mm兩種規(guī)格；其重量分別為0.2kg和0.3kg。

將上述實(shí)施例中的耐火澆注料分別在100噸和200噸鐵水罐脫硫攪拌器上進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，攪拌器的使用壽命分別由原來(lái)的250次和450次提高到了455次和645次。

其它未詳細(xì)說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，人們還可以根據(jù)本實(shí)施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實(shí)施例，這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。