[发明专利]含纳米碳的脱硫搅拌器用耐火浇注料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含纳米碳的脱硫搅拌器用耐火浇注料。该浇注料包括粒度为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目的纯电熔莫来石和325目的致密刚玉细粉。所述325目的纯电熔莫来石和325目的致密刚玉细粉为碳膜纳米包覆纯电熔莫来石和碳膜纳米包覆致密刚玉细粉。本发明还公开了上述浇注料的制备方法。本发明的浇注料由于提高了浇注料的热震稳定性、抗熔渣与铁水的侵蚀渗透能力，因此浇注料综合性能好、原材料成本低，所制备的搅拌器使用寿命长、消耗成本低。

技术领域

本发明属于铁水罐中铁水脱硫预处理用耐火材料技术领域，具体地涉及一种含纳米碳的脱硫搅拌器用耐火浇注料及其制备方法。

背景技术

目前，国内外铁水KR搅拌脱硫所使用的搅拌器是由搅拌金属芯和耐火材料衬体构成。其中，搅拌器衬体常用耐火材料为钢纤维增强莫来石质耐火浇注料，主要耐火原料为高纯电熔莫来石，理化性能大致为：化学成分：Al₂O₃≥60％、SiO₂30～35％；物理性能：抗压强度110℃×24h≥24Mpa、1500℃×3h≥60Mpa，体积密度110℃×24h≥2.6g/cm³、1500℃×3h≥2.5g/cm³；烧后线变化1500℃×3h为±0.5％。由于KR脱硫搅拌器间歇式浸入铁水搅拌的工作模式，导致搅拌器热震温差大、冷热交替频率高，引起搅拌器耐火材料衬体热震开裂与裂纹损毁严重，搅拌器使用寿命较短，KR脱硫搅拌混合分散效果劣化速度快，不仅制约了铁水KR搅拌脱硫的生产节奏，同时恶化了铁水脱硫生产技术经济指标。

针对上述不足，以改善铁水KR搅拌器耐火浇注料的热震稳定性为目标，国内外学者开展了大量的研究，如：文献“宋玉海译，铁水脱硫搅拌器用浇注料的改进，《国外耐火材料》，2006，(31)4”，报道了一种改进型搅拌器用浇注料，其主要成分为：Al₂O₃ 45％、SiO₂32％、SiC 16％、CaO 2.5％，外加钢纤维6％和少量增强剂，通过高热导率SiC的加入，提高浇注料热震稳定性和抗侵蚀渗透能力，通过提高钢纤维加入量，进一步提高浇注料的热震稳定性与力学性能，并在日本的A、B两厂进行了工业性试验，搅拌器使用寿命分别由260次和160次提高到325次和223次。国内也采取增大钢纤维加入量与碳化硅的手段，开展了改善KR搅拌器耐火浇注料的热震稳定性的研究，如：中国专利“黄先德，黄玉田，KR搅拌桨用低密度耐火浇注料，授权公告号CN 101337821 B”，公开了一种体积密度为2.3～2.7g/cm³的搅拌桨用低密度耐火浇注料，通过碳化硅骨料与粉料的复合添加，提高碳化硅加入量，改善浇注料热震稳定性和抗侵蚀渗透能力，并分别在120吨、150吨和180吨铁水包上应用，使KR搅拌桨的使用寿命由160次、220次和180次分别提高到320次、380次和350次。中国专利“庄国兴，姚文卫，何银荣，KR脱硫搅拌桨用耐火浇注料，授权公告号CN 104311042B”，公开了一种采用柠檬酸为碱水缓凝剂、金属铝粉为促凝剂的搅拌桨用耐火浇注料，保证了浇注料不同气候条件下的浇注成型性能，同时，通过碳化硅与钢纤维的加入，进一步改善了浇注料的热震稳定性。虽然碳化硅与钢纤维均能够明显改善浇注料热震稳定性，但对于搅拌器用耐火浇注料，由于搅拌器耐火材料衬体包裹金属芯的结构特点以及间歇式浸入铁水搅拌的工作方式，钢纤维的高温熔化渗透与氧化必将带来浇注料组织性能的劣化，碳化硅高导热率必将引起服役过程中搅拌器金属芯温度上升，加剧金属芯与耐火材料衬体热膨胀差异引起的裂纹破损，这也是上述专利技术报道的搅拌器寿命不高的主要原因。针对上述不足，中国专利“欧阳德刚，罗安智，罗巍等，脱硫搅拌器用耐火浇注料，授权公告号CN 101857446 B”，公开了一种含有板条状微孔结构烧结锆莫来石骨料的耐火浇注料；通过烧结锆莫来石骨料中微气孔、微裂隙结构，提高浇注料的热震稳定性能；通过烧结锆莫来石骨料板条状外形，提高浇注料中骨料的骨架稳定性及其与基质粘接强度，提高了浇注料的力学性能，并通过板条状骨料的止裂增韧作用，提高浇注料的热震稳定性，并取消了碳化硅的加入，同时将钢纤维加入量降低至2％以下，延缓搅拌器耐火材料衬体的热应力裂纹与剥落破损进程，降低钢纤维高温熔融渗透与氧化引起的浇注料组织性能问题，并使搅拌器寿命由300次提高到400次以上。但烧结锆莫来石成本高，制约了其实际应用的经济性。此外，为了弥补搅拌器金属芯与耐火材料衬体之间热膨胀系数不匹配的问题，上述专利中均添加有蓝晶石或硅石等高温膨胀性材料，但这些原料的高温反应与相变引起的突然膨胀，将导致耐火材料局部裂纹，不利于浇注料综合性能的改善。为此，中国专利“欧阳德刚，欧阳思，李远兵等，用于脱硫搅拌器的复合纤维增强耐火浇注料，申请公布号CN 107141002A”，公开了一种多种原料组合增强增韧的耐火浇注料，通过钢纤维、短切碳纤维、氧化铝空心球的复配及其组合增强增韧效应，改善浇注料热震稳定性，降低钢纤维加入量至≤1％，通过金属硅粉的加入，延缓碳纤维与耐热钢纤维的高温氧化烧蚀，提高浇注料抗高温、抗侵蚀性能；通过红柱石的高温缓慢膨胀形成的微裂纹增韧，进一步提高浇注料的热震稳定性，调节浇注料高温烧后线变化率，避免了常规蓝晶石、硅石等膨胀材料高温剧烈膨胀带来的不足，改善了浇注料的高温力学性能，提高了浇注料的抗冲刷磨损能力。该专利技术已完成工业性试验，搅拌器使用寿命达到600次。但短切碳纤维价格昂贵、分散工艺繁琐，制约了该技术的大规模推广应用。