一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料及其制备方法和应用 (Quick-drying high-strength high-refractoriness under load castable for blast furnace tuyere and preparation method and application thereof ) 是由 田志宏 杨竞 刘响 孙立军 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料,由下列原料按质量百分比组成：选自棕刚玉、优质矾土和白刚玉中的至少一种颗粒60～72％、碳化硅5～10％、白刚玉粉8～15％、超微粉5～8％、氮化硅粉0～5％、金属硅粉0～3％、钢纤维1～1.5％、铬绿0.5～1％、铝酸盐水泥1.5～2.5％、复合减水剂0.1～0.2％、有机防爆剂0.03～0.05％。按配比在常温下混匀、包装即得到快干高强高荷软浇注料产品。将该料在高炉风口区域以纳米硅溶胶为结合剂,用搅拌机搅拌、浇注施工,可以维修风口残砖,也可整体浇注。或做成预制块、运至现场直接安装。本产品施工性能良好,脱模后只需短期养护,就可烘烤、投入使用。该产品具有高耐火度、高荷软、高强耐磨、抗侵蚀和抗热震性好等一系列优点。(The invention provides a quick-drying high-strength high-refractoriness under load castable for a blast furnace tuyere, which is prepared from the following raw materials in percentage by mass: 60-72% of at least one particle selected from brown corundum, high-quality alumina and white corundum, 5-10% of silicon carbide, 8-15% of white corundum powder, 5-8% of superfine powder, 0-5% of silicon nitride powder, 0-3% of metal silicon powder, 1-1.5% of steel fiber, 0.5-1% of chromium green, 1.5-2.5% of aluminate cement, 0.1-0.2% of composite water reducing agent and 0.03-0.05% of organic explosion-proof agent. And uniformly mixing the components at normal temperature according to the proportion, and packaging to obtain the quick-drying high-strength high-refractoriness under load castable product. The material is stirred and cast by a stirrer in the blast furnace tuyere area by taking nano silica sol as a bonding agent, and the tuyere residue brick can be maintained and can also be integrally cast. Or made into prefabricated blocks and transported to the site for direct installation. The product has good construction performance, and can be baked and put into use only by short-term maintenance after demoulding. The product has a series of advantages of high refractoriness, high refractoriness under load, high strength, wear resistance, erosion resistance, good thermal shock resistance and the like.)
技术领域
本发明属于耐火材料和冶金技术领域，涉及一种快干、高强、高荷软浇注料，主要应用于高炉风口区域。
背景技术
高炉由于风口区域的工作环境恶劣，长时间承受高温热负荷作用，而且要禁受1500℃左右的铁侵蚀，特别是当炉况不顺，悬料、崩料频发时，风口极易损坏。传统使用风口组合砖，主要损坏机理是熔损、磨损及破损。小修、中修时，若将组合砖全部拆除，会产生很大的浪费。因此产生了浇注料，可用于维修破损风口砖，或替代风口组合砖进行整体浇注。
刚玉莫来石质浇注料的缺点是抗碱性、抗炉渣侵蚀性很差；吸收碱金属氧化物后，形成黄长石和钾霞石，产生异常体积膨胀。
普通的水泥浇注料存在耐高温性、抗热震性不好的缺点，试样经过50次左右热震循环后基本完全开裂。低水泥结合浇注料成型后由于水泥水化后的晶粒长大造成材料相对密实，水分难以排出，固化后一般还需养护2天，进行烘烤时，烘烤不能过快，一般需要烘炉7天左右。而无水泥浇注料通常养护强度较低，烘烤过程中随着水分的排出而强度提高，一般浇注以后需要自然干燥3天，然后还需要7天左右的烘炉时间。
本发明从风口浇注料的材质和结合剂两方面入手，使得浇注料的耐火度、抗热震性、烘烤速度等诸多方面都取得了令人满意的效果。
发明内容
本发明提供一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料，在高炉小修、中修时用于风口砖残砖面清净渣铁后进行快速修补，也可以替代风口组合砖，在风口区进行整体浇筑。
该高强高荷软浇注料以电熔刚玉(例如棕刚玉、白刚玉)或优质矾土、碳化硅为主要原料，配以超微粉和高效添加剂复合而成，以纳米硅溶胶为结合剂。主要特点是固化时间易控、强度高、耐磨性好、耐高温性好、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异，不受H2、CO等还原性气体的影响。
本发明提供的一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料，由下列原料按质量百分比组成：
选自棕刚玉、优质矾土和白刚玉中的至少一种颗粒：60～72％；
碳化硅：5～10％；
白刚玉粉：8～15％；
超微粉：5～8％；
氮化硅粉：0～5％；
金属硅粉：0～3％；
钢纤维：1～1.5％；
铬绿：0.5～1％；
铝酸盐水泥：1.5～2.5％；
复合减水剂：0.1～0.2％；
有机防爆剂：0.03～0.05％，
其中，所述超微粉包含二氧化硅微粉和氧化铝微粉中的至少一种。
其中，棕刚玉、优质矾土和白刚玉可以单独使用或使用其中的任意两种或三种一起使用。所述棕刚玉包含8～5mm、5～3mm、3～1mm、1～0.088mm几种，其质量比可以为0.7～1.3:0.7～1.3:0.7～1.3:0.7～1.3，优选为0.75～1.25:0.75～1.25:0.75～1.25:0.75～1.25，更优选为1:1:1:1(大致比例)。
其中，8～5mm和5～3mm的棕刚玉中的一种或两种可用同粒度优质矾土替代，3～1mm和1～0.088mm的棕刚玉中的一种或两种可用同粒度白刚玉替代；碳化硅包含1～0.088mm和小于0.088mm细粉中的一种或两种，小于0.088mm细粉可以具体为200目或325目；超微粉包含二氧化硅微粉和氧化铝微粉中的一种或两种，主要是为了保证良好施工性能。施工时以纳米硅溶胶做结合剂。
所述优质矾土是氧化铝含量至少在88％以上的矾土，具体可以为氧化铝含量在90％以上的矾土。
所述碳化硅是碳化硅颗粒和碳化硅粉中的一种或两种，具体地，碳化硅颗粒大于等于0.088mm，碳化硅粉小于0.088mm。
所述白刚玉粉可以小于0.088mm，具体地可以是325目。
所述氮化硅粉的Si3N4含量为95％以上。
所述金属硅粉的Si含量为95％以上。
所述复合减水剂为本领域中通常使用的减水剂，如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等，但不限于此。
所述有机防爆剂为本领域中通常使用的那些，如有机纤维等，但不限于此。
对于本发明中的词语或术语，若无特别说明，则为本领域中通常理解和/或使用的含义。并且，基于发明人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本发明的原则，应当将词语或术语理解为具有与它们在本发明的上下文和技术思想中的含义一致的含义。
下面，将本发明提供的一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料中各组分的主要作用简述如下：
1)棕刚玉、白刚玉、优质矾土和碳化硅颗粒：作为浇注料的骨料，它们都具有很高的耐火度、良好的抗侵蚀性和抗热震性。
2)白刚玉粉、碳化硅粉、氮化硅粉：作为浇注料的主要基质，具有很好的耐火性、抗侵蚀性、抗热震性。
3)超微粉：能改善浇注料的施工流动性，促进材料烧结，提高材料性能。
4)金属硅粉：服役期间，高炉内部复杂的气氛，可能导致浇注料内形成碳沉积，硅可与之反应形成碳化硅，强化基质。引入金属硅可提高风口浇注料的高强耐磨、抗渣铁和碱金属侵蚀。
5)钢纤维：加入适量，可以提高施工体的整体性、耐用性。
6)铬绿：引入少量的铬绿，可提高浇注料的养护强度，能活化晶格、促进材料烧结，还能提高材料的抗侵蚀性和抗热震性。
7)铝酸盐水泥：主要起固化剂作用，通过其含量的改变，可控制试样的固化速度，同时它本身可水化提供初始养护强度。
8)纳米硅溶胶结合剂：当铝酸盐水泥水化后形成离子促进硅溶胶凝胶，最终胶体粒子以化学键相结合，形成稳定的空间网络结构。纳米SiO2的反应活性极高，与Al2O3微粉极易发生反应，大大提高中温强度，且莫来石化反应更提高了材料的抗热震性。纳米SiO2还能与氮化硅反应生成化学性能优异的赛隆相，进一步改善材料性能。
同时，本发明中的各原料共同作用，使得技术方案取得了优异的技术效果(包括固化时间易控、强度高、耐磨性好、耐高温性好、热震稳定性好、抗侵蚀性能优异，不受H2、CO等还原性气体的影响等)。
本发明提供的一种高炉风口用快干高强高荷软浇注料的制备工艺是：按上述物料配比称量各种物料后，在室温条件下在具有搅拌功能的设备(如搅拌机)内充分混合(混合时间可以为3～6分钟)，经出料、包装即得到本产品。现场施工时，以适量纳米硅溶胶溶液为结合剂，经具有搅拌功能的设备(如搅拌机)充分搅拌后使用(浇注施工)，可以修补残缺的风口砖，也可以整体浇注。还可以制成风口砖预制块，运至现场直接安装。
本发明的主要创新点和有益效果是：1)由于材料中钙、钠含量少，因此高温时形成的液相少，材料的荷重软化温度超过1650℃；2)本品的整体浇注施工与风口组合砖相比，具有施工便易、成本更低、有效避免了砖缝影响，降低了风口窜煤气的风险；3)通过调整复合减水剂、铝酸盐水泥加量，可满足快干高强高荷软浇注料在不同季节的施工环境下获得理想的施工性能；4)浇注施工、硬化脱模后不用养护，可直接烘烤，投入使用，大大提高了效率；5)该材料具有高耐火度、高荷软、高强耐磨、抗侵蚀和抗热震性好等一系列优点，可在大中型高炉风口上使用。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。
实施例1
按以下原料配比进行配料：90矾土8～5mm 14％，95棕刚玉5～3mm 19％，95棕刚玉3～1mm 20％，白刚玉1～0.088mm 12％，97碳化硅1～0.088mm 5％，白刚玉325目9.5％，97碳化硅200目5％，α-氧化铝微粉5％，96硅灰2％，氮化硅粉3％，98金属硅粉2％，CA71水泥2％，钢纤维1％，铬绿0.5％，三聚磷酸钠0.1％，六偏磷酸钠0.05％，有机纤维0.04％。
按该配比及硅溶胶结合的试样在1100℃的水冷条件下经过100次热震循环后基本没有出现裂纹，对热震后的样块在110℃烘干24h，其耐压强度超过110MPa，强度保持率高约90％。
该高强高荷软浇注料在某1080m3高炉风口区使用，服役三年后，发现无损坏迹象，施工体完全完好，预计使用寿命可轻易超过6年以上。
实施例2
按以下原料配比进行配料：90矾土8～5mm 16％，90矾土5～3mm 20％，棕刚玉3～1mm 20％，棕刚玉1～0.088mm 16％，白刚玉325目12％，97碳化硅200目6％，α-氧化铝微粉6％，CA71水泥2.5％，钢纤维1％，铬绿0.5％，三聚磷酸钠0.075％，六偏磷酸钠0.075％，有机纤维0.05％。
该配方没有引入氮化硅和金属硅粉，依然硅溶胶结合，相当于快干高强刚玉浇注料，其试样按实施例1的试验条件经过100次热震后，耐压强度保持率也超过85％。它也具有耐火度高、荷软温度高、高强耐磨、热震性和抗侵蚀性较好的优点，但综合性能略低于实施例1。
实施例3
按以下原料进行配料：90矾土8～5mm 15％，90矾土5～3mm 18％，白刚玉3～1mm18％，白刚玉1～0.088mm 12％，97碳化硅1～0.088mm 5％，白刚玉325目14％，α-氧化铝微粉6％，氮化硅粉5％，金属硅粉3％，CA71水泥1.5％，钢纤维1.5％，铬绿1％，三聚磷酸钠0.1％，六偏磷酸钠0.1％，有机纤维0.03％。
该配方加大了氮化硅和金属硅粉的加量，依然硅溶胶结合，其试样按实施例1的试验条件经过100次热震后，耐压强度保持率也超过85％。预计其耐火度、荷软温度、耐磨性、热震性和抗侵蚀性等各方面的综合性能有可能与实施例1相当甚至略微更胜一筹。
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