阅读说明：本技术 一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料及其制备方法和应用 (High-temperature-resistant ceramic material for surface of blast furnace tuyere and preparation method and application thereof ) 是由 王长宝 邹仲平 苏荣茂 亓福川 陈相成 王延平 张英 于 2021-01-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于高炉风口表面的耐高温陶瓷材料及其制备方法和应用,所述耐高温陶瓷材料含有粒度为0.1～0.3mm的CaO20～25％,粒度为0.1～0.5mm的CuO15～20％,粒度≤0.088mm的Pr-6O-(11)8～18％,粒度＜60μm的MnO13～20％,粒度为90～120目的SnO-210～18％,粒度＜0.088mm的ZnO8％～15％,粒度为180～200目的活性α-Al-2O-33～8％。该耐高温陶瓷材料具有耐高温、强度高、耐摩擦,抗侵蚀能力强等优点,加上先进的处理工艺,可满足高炉内部使用条件,与未处理的铜质风口小套相比,增强风口小套承受的临界热流强度和抗冲刷能力,从而大大提高了其使用寿命。同时,还可以提高铁水产量,降低风口小套漏水风险,改善高炉炉况,满足高炉稳定顺产作业要求。(The invention discloses a high-temperature-resistant ceramic material for the surface of a blast furnace tuyere and a preparation method and application thereof, wherein the high-temperature-resistant ceramic material contains 0.1-0.3 mm CaO 20-25%, 0.1-0.5 mm CuO 15-20%, and 0.088mm or less Pr 6 O 11 8-18%, MnO 13-20% with granularity less than 60 mu m, and SnO with granularity of 90-120 meshes 2 10-18 percent of ZnO 8-15 percent with granularity less than 0.088mm and active alpha-Al with granularity of 180-200 meshes 2 O 3 3-8%. The high-temperature resistant ceramic material has the advantages of high temperature resistance, high strength, friction resistance, strong erosion resistance and the like, and can meet the use conditions in a blast furnace by adding an advanced treatment process, andcompared with the untreated copper tuyere small sleeve, the critical heat flow strength and the anti-scouring capacity born by the tuyere small sleeve are enhanced, so that the service life of the tuyere small sleeve is greatly prolonged. Meanwhile, the molten iron yield can be increased, the water leakage risk of the tuyere small sleeve is reduced, the furnace condition of the blast furnace is improved, and the stable and downstream operation requirement of the blast furnace is met.)

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于钢铁行业高炉风口用耐高温陶瓷领域，具体的说涉及一种用于高炉风口表面耐高温陶瓷材料及其制备方法和使用方法。

背景技术

高炉冶炼生铁生产中一个关键备件就是送风风口，高炉风口工作环境严峻，它处在2000℃以上的高温炉缸内，承受高温区的辐射和对流热冲击，风口前端受到1500℃左右的液态渣铁和高速循环运动的炽热物料的冲刷，风口内通过900℃～13000℃的热风，同时在燃烧循环区又受到强烈的氧化作用和微量元素对风口的浸润，此外在喷吹煤粉和兰炭条件下还受到材料的高速磨损，这些不利因素都加剧了风口破损。而高炉风口属连续工作而且无法在使用中检修更换的设备，一旦破损，通常需临时休风更换，从而给生铁产量、质量和焦比等带来不利的影响。风口寿命低，不仅备件费用增加，焦耗增加，而且高炉休风率增加，经济损失很大。

目前，我国高炉风口小套分为铜质和耐火材料质两种，但由于耐火材料质风口小套需要改变喷吹工艺，因此，绝大多数仍为铜套，采用空腔水冷却和螺旋水冷却两种形式。在使用过程中，由于风口头部伸入到高炉中，液态渣铁与风口前端接触，造成风口局部热流强度超过风口材质所能承受的临界热流强度，导致铜壁温度上升超过铜的熔点，风口被烧穿。或炉况不顺行，高炉悬塌料频繁，渣、铁出不净，造成铁液频繁冲刷风口小套而损坏。目前，风口小套的平均使用寿命只有6个月左右，已成为高炉进一步提高产量，优化各项经济技术指标的制约性因素之一。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明的目的是对铜质高炉风口小套进行表面处理，提供一种优质的耐高温陶瓷材料和先进的处理工艺，对铜质小套表面保护处理，增强风口小套承受的临界热流强度和抗冲刷能力，从而提高其使用寿命。同时，还可以提高铁水产量，降低风口小套漏水风险，改善高炉炉况，满足高炉稳定顺产作业要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

以CaO、CuO、Pr₆O₁₁、MnO、SnO₂、ZnO为主料，活性α-Al₂O₃为结合剂，以此料为风口小套表面材料。

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料包括如下原料组分：

作为一种优选，所述耐高温陶瓷材料包括如下原料组分：

进一步优选的，所述耐高温陶瓷材料包含如下原料组分：

再一步优选的，所述耐高温陶瓷材料包括如下原料组分：

本发明提供的优质的耐高温陶瓷材料，具有耐高温、强度高、耐摩擦，抗侵蚀能力强等优点，与未处理的铜质风口小套相比，使用寿命大大提高。

本发明中，CuO作为基体过度层，调节了涂层-铜基体及涂层结构与热应力分布，CaO熔点高达2572℃，离子晶体富有弹性，可提高了涂层耐火度和高温热稳定性。ZnO会与Al₂O₃生成锌尖晶石，化学式为ZnAl₂O₄，而Pr₆O₁₁以镨钕富集物的形式加入八面体型的锌尖晶石中，可提高等轴晶系的活性和稳定性。MnO作为立方晶系粉末，可与八面体晶体相互交叉，提高材料耐磨性。SnO₂六方或斜方晶系粉末，提高材料的强度和抗侵蚀性能。同时，多种材料还可以相互交融，形式固溶体，对于提高材料的各项性能有重要意义。

本发明还提供了上述任一高炉风口表面耐高温陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

按所述比例称取各种物料，放入搅拌机中混合搅拌5～8分钟获得混合物料，对混合物料加水后再混合搅拌5～8分钟，制得高炉风口表面耐高温陶瓷材料。

作为一种优选，按混合物料总重量的5％～10％加水。

本发明还提供了上述任一高炉风口表面耐高温陶瓷材料在对铜质高炉风口小套保护中的应用。

本发明还提供了一种高炉风口小套表面保护处理方法，具体包括以下步骤：

1)先对风口小套表面进行预处理，将风口小套放入干燥箱中，加热至450～600℃，保温8～10小时，让风口小套表面的金属铜氧化生成氧化铜，然后冷却至室温；

2)将上述任一高炉风口表面耐高温陶瓷材料均匀涂刷到预先处理的铜套表面2～3mm，再将风口小套放入干燥箱中，加热至110～150℃，保温24～26小时，然后再在高温炉中2200～2400℃温度下保温24～26小时，自然冷却后完成处理。

作为一种优选，步骤2)在高温炉保温以及自然冷却过程中，对铜套采用水冷却降温，以防止铜套熔化。

本发明具有积极有效的效果

1、同未处理铜套相比，表面处理后的风口小套，增强了其临界热流强度和抗冲刷能力，从而将风口小套的平均使用寿命由6个月左右提高到18个月左右。

2、同未处理铜套相比，表面处理后的风口小套，可减少高炉休风次数，提高铁水产量。

3、同未处理铜套相比，表面处理后的风口小套，可降低风口小套漏水风险，改善高炉炉况，满足高炉稳定顺产作业要求。

4、该耐高温陶瓷材料满足高炉内部工作条件，其主要理化指标如下：

具体实施方式

实施例1

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

先对风口小套表面进行预处理，将风口小套放入干燥箱中，加热至450℃，保温8个小时，让风口小套表面的金属铜氧化生成氧化铜，然后冷却至室温。按表1中所述比例称取各种物料，放入搅拌机中混合搅拌5～8分钟，再加水(加水量为物料总重量的5％～10％)混合搅拌5～8分钟。将混好的材料均匀涂刷到预先处理的铜套表面2～3mm，再将风口小套放入干燥箱中，加热至110℃，保温24个小时，然后再在高温炉中2200℃温度下保温24小时(铜套采用水冷却降温)，自然冷却后即可投入使用。其主要理化指标如下：

实施例2

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

实施例3

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

实施例4

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

实施例5

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

实施例6

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

实施例7

一种高炉风口表面耐高温陶瓷材料，其原料配方见表1：

该高温陶瓷材料制备及处理工艺同实施例1，其主要理化指标如下：

表1实施例1～7原料配方表

单位：重量百分比(％)

原料	粒度分布	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
									CaO	0.1～0.3mm	25	22	22	20	21	23	24
CuO	0.1～0.5mm	17	19	17	15	18	16	20
									Pr<sub>6</sub>O<sub>11</sub>	≤0.088mm	12	10	14	18	13	16	12
MnO	＜60μm	16	15	16	20	17	18	15
									SnO<sub>2</sub>	90～120目	15	12	13	16	14	11	10
ZnO	＜0.088mm	10	14	12	8	13	9	14
									α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	180～200目	5	8	6	3	4	7	5

由实施例可以看出，本发明的高温陶瓷材料耐火度大于2600℃，满足高炉内部高温条件，耐压强度大于、等于53MPa，能有效抵御炉料的撞击，莫氏硬度大于或等于6.2，耐磨性能强，抗液体渣、铁接触次数达到16次或16次以上，大大降低了风口小套熔损率。且高温陶瓷材料与铜套结合强度高(≥40MPa)，结合牢固，能大大提高风口小套使用寿命。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。