铁水预处理脱硫喷枪用耐火浇注料

摘要

本发明提供了一种热传导率更低、抗热震性更好的铁水预处理脱硫喷枪用耐火浇注料，其特点是骨料里引入了10～50％的焦宝石和5～40％的红柱石。并加入了2～15％莫来石超微粉。从而在保证浇注料具有足够的抗侵蚀和高强度的条件下，进一步降低耐火材料的热传导性，提高耐火材料的热震性，减少裂纹的发生，阻止裂纹的扩展，使脱硫喷枪的使用寿命得从原来的18炉提高到35炉左右的大幅度的提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁水预处理脱硫喷枪用耐火浇注料，更确切地说提供的耐火浇注料的热传导率更低抗热震性更好，属耐火材料领域。

背景技术

铁水预处理用喷枪是应用于混铁车或铁水包上对铁水进行脱硫、脱磷处理的功能性耐火材料，使用时将其插进混铁车或铁水包中的高温铁水中，通过其用N₂气输送CaO、CaC₂、CaF₂或Na₂CO₃等粉剂对铁水进行脱S、脱P和补充脱Si的处理，以降低或消除铁水中的硫、磷、硅等的杂质元素。喷枪结构是内芯为钢管，外部包裹高性能莫来石质浇注料。由于喷枪在高温下喷粉剂时钢管受热膨胀率远大于外部的耐火材料，耐火材料易产生破坏裂纹，处理过程中因铁水翻动、喷枪抖动很剧烈，易产生机械裂纹；喷枪多次插进、拔出铁水，温度变化大易产生热震裂纹，因此喷枪的损毁形式为耐火材料产生裂纹致使铁水渗至钢管内芯而穿孔或断裂。

喷枪用耐火材料最主要的特性是要具有很好的热震稳定性，另外还要有良好的抗铁水、铁渣的侵蚀性能和足够的高温强度。莫来石质材料具有高熔点、低热膨胀、抗侵蚀、抗蠕变等优良性能，因此目前用于铁水预处理的喷枪耐火材料均使用莫来石质低水泥浇注料。但随着各行各业对高品位、特种钢需求量的不断增加，要求铁水中的硫、磷等杂质含量越来越低，为此各钢厂普遍采用加大脱硫粉剂的用量和延长脱硫时间来达到超低硫、磷的目标，从而使脱硫喷枪处理一炉铁水的时间从原来的10分钟左右提高到30～40分钟，造成脱硫喷枪的使用寿命大幅度下降。以宝钢混铁车脱硫喷枪为例，寿命已由最初的平均32炉下降至目前的10多炉，严重地威胁到钢厂的正常生产。为了满足钢厂的使用要求，提高喷枪的使用寿命，本发明拟根据脱硫喷抢的损坏原理和使用供况对喷枪用耐火材料做了进一步的改良提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长寿命铁水预处理喷枪用耐火浇注料，旨在进一步提高材料的抗热震性、抗侵蚀性的同时使材料的热传导性有所降低，以明显提高脱硫喷枪的使用寿命。

为了实行上述目标，本发明通过以下技术方案实现：

1.莫来石超微粉的应用

脱硫喷枪的损毁主要是耐火材料产生裂纹而引起，提高外层的耐火浇注料的热震性可以减少耐火材料的裂纹的产生和扩展，有效提高喷枪的使用寿命。为此，本发明拟将原来使用的莫来石细粉改为超细莫来石微粉，由于莫来石超微粉的粒径小(1～10μm)，活性好、分散度高，可在喷枪使用时作为晶核快速促进基质中的氧化铝和二氧化硅原位生成针状交错的莫来石晶体，这对提高脱梳喷枪的热稳定性和高温强度是十分有效的。

此外，莫来石超微粉本身在浇注料中还具有填隙作用，在减少浇注料的施工加水量的同时，改善浇注料的气孔结构，使气孔微细化，提高浇注料的结构强度，从而提高浇注料的热震稳定性，并因此可降低水泥的用量。

表1为添加莫来石200目细粉和添加莫来石超微粉的脱硫枪浇注料部分性能检测数据：

表1

*表中所述的热震的试验方法是将浇注料加水搅拌，制成40mm×40mm×160mm的试样，分别经110℃×24h烘干和1000℃×3h、1400℃×3h烧后，再将试样从1100℃至水冷循环处理5次。

从表1可以看出，添加莫来石超微粉的试样条，经各温度处理后的抗热震性较原莫来石细粉明显提高。但过多的加入莫来石超微粉将使材料的施工性恶化，而且成本提高，而莫来石超微粉加入量过少，又不能充分体现其作用。本发明所述的莫来石超微粉的加入的质量百分数为2～15％。

2、焦宝石的应用

喷枪结构是内芯为钢管，外部包裹莫来石质浇注料。喷枪插入高温铁水中向铁水中喷吹脱硫、脱磷粉剂时，高温铁水的热量会通过外部的耐火材料传递到内部钢质芯管上，由于钢管受热后的膨胀率远大于外部的耐火材料，会将耐火材料撑裂，高温铁水就会沿裂纹渗入到钢管，而熔穿钢管，导致整支喷枪损坏。因此降低外部耐火材料的热导率就能有效降低钢芯的温度而降低钢管的膨胀率，从而能提高整支喷枪寿命。本发明以焦宝石替代部分莫来石来降低耐火材料的热传导性和提高材料的热稳定性，起到了较好的使用效果。

焦宝石与莫来石原料同属硅酸铝质矿物，其Al₂O₃含量约为45％、SiO₂含量约为48％，它是由莫来石和高硅玻璃相组成，因而高温体积稳定性很好，其高温下的体积稳定性不逊于莫来石材料，因而可替代部分莫来石用作脱硫喷枪的材料，且其与莫来石复合作为骨料，因二者热膨胀率的差异形成的微裂纹可提高材料的热震性。另由于焦宝石是片状结晶，其颗粒内存在大量层状裂隙和孔洞，具有吸收热震时产生的内应力的能力，，因而进一步改善了浇注料的抗热震性。而且焦宝石与莫来石相比，其热导率较低，对降低枪芯温度和热膨胀，防止材料开裂起到了有效的作用。但焦宝石的Al₂O₃含量低，抗铁水和熔渣的侵蚀性差，因而不能大量使用，可用焦宝石大颗粒替代部分莫来石颗粒，本发明将焦宝石的加入的质量百分数控制在10～50％，优先推荐焦宝石的加入的质量百分数控制在10-30％。

3、红柱石的引入

红柱石是铝硅系列中高铝质蓝晶石族耐火原料。在耐火原料中，红柱石是少有的以氧化物形式存在于自然中的耐火矿物。其可以不经任何处理直接用于耐火材料中。红柱石的化学组成为Al₂O₃含量55～60％，SiO₂含量37～42％。根据粒度大小在1200～1400℃开始转化为莫来石(80％)和玻璃相SiO₂(20％)。红柱石在高温下的转变过程如下：3(Al₂O₃.8iO₂)→3Al₂O₃.2SiO₂+SiO₂。

红柱石不同于其它蓝晶石族矿物(蓝晶石和硅线石)，红柱石中过剩SiO₂绝大部分处于莫来石晶体之中，只有小部分处在莫来石表面。在高温状态下，莫来石晶体内的被软化或液化的SiO₂能够吸收因温度变化而引起的莫来石的体积变化。这使得由红柱石转化而得到的莫来石比用其它原料制备的莫来石更具有高温稳定性能。

本发明在材料中引入质量百分数为5～40％的红柱石，不仅提高了材料的热震稳定性，而且大大地提高了材料的高温强度，使喷枪能适应使用时强烈振动的恶劣条件。优先推荐的引入红柱石的质量百分数为5-25％。

依据上面的解释，本发明提供的一种长寿命铁水预处理喷枪用耐火材料浇注料的组成为电熔莫来石(8-0mm)骨料为25-40％，焦宝石(8-3mm)10-50％，红柱石(1-0mm)5-40％、莫来石超微粉(1-10μm)2-15％、铝酸钙水泥1-5％，以及5％氧化铝微粉、6％白刚玉粉和4％氧化硅微粉(以上均为质量百分含量)。所述的氧化铝微粉、白刚玉粉及硅微粉粒径≤320目，即粒径≤45μm。优先推荐组分中电熔莫来石骨料的质量百分含量为30-40％。

本发明提供的耐火浇注料按一般耐火材料配制方法配制，在配制后使用外加质量百分数为3-5％的水进行施工的，配制时先将细颗粒料和铝硅酸水泥混和，混和均匀后在先后加入焦宝石、红柱石和电熔莫来石骨料再混匀后即成所需的浇注料。

由此可见，本发明提供了一种热传导率更低、抗热震性更好的铁水预处理脱硫喷枪用耐火浇注料，其特点是骨料里引入了10～50％的焦宝石和5～40％的红柱石。并加入了2～15％莫来石超微粉。从而在保证浇注料具有足够的抗侵蚀和高强度的条件下，进一步降低耐火材料的热传导性，提高耐火材料的热震性，减少裂纹的发生，阻止裂纹的扩展，使脱硫喷枪的使用寿命得从原来的18炉提高到35炉左右的大幅度的提高。

具体实施方式

下面通过具体实施例以及与现在使用的耐火浇注料的特性对比，进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步。

表2的第一栏原配比，意即未加入焦宝石、红柱石和莫来石超微粉时耐火浇注料的抗热震性和实际使用的炉次，原配比的组成为70％电熔莫来石骨料，12％莫来石细粉(≤40μm)、5％氧化铝微粉、4％白刚玉粉，4％氧化硅微粉，5％铝酸钙水泥，实施例1和2是减少电熔莫来石骨料的量为30-40％，而增加焦宝石和红柱石的量，以及用莫来石超微粉替代莫来石细粉，取得了良好的抗热震性和热传导率，从而提高了使用的寿命。

表2

  原配比  实施例1  实施例2  电熔莫来石8～0mm骨料  70  40  30  焦宝石8～3mm  -  15  25  红柱石1～0mm  -  15  15  莫来石320目  12  -  -  莫来石超微粉1-10μm  -  12  12  氧化铝微粉、  5  5  5  白刚玉粉  4  6  6  氧化硅微粉  4  4  4  铝酸钙水泥  5  3  3  施工时外加水量(％)  4.8  4.2  4.2  110℃×24h体积密度(g/cm³)  2.79  2.62  2.54  110℃×24h抗折强度(MPa)  14.1  10.3  9.4  110℃烘后试样热震5次后的水泥抗折强度(Mpa)  1.9  3.4  4.2  110℃烘后试样热震5次后的抗折强度残存率(％)  19.0  33.0  44.7  1000℃×3h抗折强度(Mpa)  10.6  12.3  11.5  1000℃烧后试样热震5次后的抗折强度(Mpa)  3.9  5.2  6.7  1000℃烧后试样热震5次后的抗折强度残存率(％)  36.8  42.2  58.3  1400℃×3h抗折强度(Mpa)  9.8  13.5  12.2  1400℃烧后试样热震5次后的抗折强度(Mpa)  3.3  6.1  5.8  1400℃烧后试样热震5次后的抗折强度残存率(％)  33.7  45.2  47.5  在宝钢混铁车脱硫枪使用  18炉  平均34炉  平均35炉