[發明專利]含納米碳的脫硫攪拌器用耐火澆注料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010556553.0
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111689783A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 歐陽德剛;楊新泉;沈繼勝;朱萬軍;羅巍;孫偉;楊成威;鄧品團;劉婳
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/185;B01F7/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮西

本發明公開了一種含納米碳的脫硫攪拌器用耐火澆注料。該澆注料包括粒度為1mm以上的原料，0.1mm≤粒度1mm的原料以及粒度小于0.1mm的原料，所述粒度小于0.1mm的原料包括325目的純電熔莫來石和325目的致密剛玉細粉。所述325目的純電熔莫來石和325目的致密剛玉細粉為碳膜納米包覆純電熔莫來石和碳膜納米包覆致密剛玉細粉。本發明還公開了上述澆注料的制備方法。本發明的澆注料由于提高了澆注料的熱震穩定性、抗熔渣與鐵水的侵蝕滲透能力，因此澆注料綜合性能好、原材料成本低，所制備的攪拌器使用壽命長、消耗成本低。

技術領域

本發明屬于鐵水罐中鐵水脫硫預處理用耐火材料技術領域，具體地涉及一種含納米碳的脫硫攪拌器用耐火澆注料及其制備方法。

背景技術

目前，國內外鐵水KR攪拌脫硫所使用的攪拌器是由攪拌金屬芯和耐火材料襯體構成。其中，攪拌器襯體常用耐火材料為鋼纖維增強莫來石質耐火澆注料，主要耐火原料為高純電熔莫來石，理化性能大致為：化學成分：Al₂O₃≥60％、SiO₂30～35％；物理性能：抗壓強度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％。由于KR脫硫攪拌器間歇式浸入鐵水攪拌的工作模式，導致攪拌器熱震溫差大、冷熱交替頻率高，引起攪拌器耐火材料襯體熱震開裂與裂紋損毀嚴重，攪拌器使用壽命較短，KR脫硫攪拌混合分散效果劣化速度快，不僅制約了鐵水KR攪拌脫硫的生產節奏，同時惡化了鐵水脫硫生產技術經濟指標。

針對上述不足，以改善鐵水KR攪拌器耐火澆注料的熱震穩定性為目標，國內外學者開展了大量的研究，如：文獻“宋玉海譯，鐵水脫硫攪拌器用澆注料的改進，《國外耐火材料》，2006，(31)4”，報道了一種改進型攪拌器用澆注料，其主要成分為：Al₂O₃ 45％、SiO₂32％、SiC 16％、CaO 2.5％，外加鋼纖維6％和少量增強劑，通過高熱導率SiC的加入，提高澆注料熱震穩定性和抗侵蝕滲透能力，通過提高鋼纖維加入量，進一步提高澆注料的熱震穩定性與力學性能，并在日本的A、B兩廠進行了工業性試驗，攪拌器使用壽命分別由260次和160次提高到325次和223次。國內也采取增大鋼纖維加入量與碳化硅的手段，開展了改善KR攪拌器耐火澆注料的熱震穩定性的研究，如：中國專利“黃先德，黃玉田，KR攪拌槳用低密度耐火澆注料，授權公告號CN 101337821 B”，公開了一種體積密度為2.3～2.7g/cm³的攪拌槳用低密度耐火澆注料，通過碳化硅骨料與粉料的復合添加，提高碳化硅加入量，改善澆注料熱震穩定性和抗侵蝕滲透能力，并分別在120噸、150噸和180噸鐵水包上應用，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。中國專利“莊國興，姚文衛，何銀榮，KR脫硫攪拌槳用耐火澆注料，授權公告號CN 104311042B”，公開了一種采用檸檬酸為堿水緩凝劑、金屬鋁粉為促凝劑的攪拌槳用耐火澆注料，保證了澆注料不同氣候條件下的澆注成型性能，同時，通過碳化硅與鋼纖維的加入，進一步改善了澆注料的熱震穩定性。雖然碳化硅與鋼纖維均能夠明顯改善澆注料熱震穩定性，但對于攪拌器用耐火澆注料，由于攪拌器耐火材料襯體包裹金屬芯的結構特點以及間歇式浸入鐵水攪拌的工作方式，鋼纖維的高溫熔化滲透與氧化必將帶來澆注料組織性能的劣化，碳化硅高導熱率必將引起服役過程中攪拌器金屬芯溫度上升，加劇金屬芯與耐火材料襯體熱膨脹差異引起的裂紋破損，這也是上述專利技術報道的攪拌器壽命不高的主要原因。針對上述不足，中國專利“歐陽德剛，羅安智，羅巍等，脫硫攪拌器用耐火澆注料，授權公告號CN 101857446 B”，公開了一種含有板條狀微孔結構燒結鋯莫來石骨料的耐火澆注料；通過燒結鋯莫來石骨料中微氣孔、微裂隙結構，提高澆注料的熱震穩定性能；通過燒結鋯莫來石骨料板條狀外形，提高澆注料中骨料的骨架穩定性及其與基質粘接強度，提高了澆注料的力學性能，并通過板條狀骨料的止裂增韌作用，提高澆注料的熱震穩定性，并取消了碳化硅的加入，同時將鋼纖維加入量降低至2％以下，延緩攪拌器耐火材料襯體的熱應力裂紋與剝落破損進程，降低鋼纖維高溫熔融滲透與氧化引起的澆注料組織性能問題，并使攪拌器壽命由300次提高到400次以上。但燒結鋯莫來石成本高，制約了其實際應用的經濟性。此外，為了彌補攪拌器金屬芯與耐火材料襯體之間熱膨脹系數不匹配的問題，上述專利中均添加有藍晶石或硅石等高溫膨脹性材料，但這些原料的高溫反應與相變引起的突然膨脹，將導致耐火材料局部裂紋，不利于澆注料綜合性能的改善。為此，中國專利“歐陽德剛，歐陽思，李遠兵等，用于脫硫攪拌器的復合纖維增強耐火澆注料，申請公布號CN 107141002A”，公開了一種多種原料組合增強增韌的耐火澆注料，通過鋼纖維、短切碳纖維、氧化鋁空心球的復配及其組合增強增韌效應，改善澆注料熱震穩定性，降低鋼纖維加入量至≤1％，通過金屬硅粉的加入，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；通過紅柱石的高溫緩慢膨脹形成的微裂紋增韌，進一步提高澆注料的熱震穩定性，調節澆注料高溫燒后線變化率，避免了常規藍晶石、硅石等膨脹材料高溫劇烈膨脹帶來的不足，改善了澆注料的高溫力學性能，提高了澆注料的抗沖刷磨損能力。該專利技術已完成工業性試驗，攪拌器使用壽命達到600次。但短切碳纖維價格昂貴、分散工藝繁瑣，制約了該技術的大規模推廣應用。