一种铁水脱硫喷枪用耐火材料 【技术领域】
本发明涉及一种铁水脱硫喷枪用耐火材料，具体地说，是涉及一种用于鱼雷罐喷吹脱硫的喷枪用耐火材料，属于转炉炼钢前铁水脱硫预处理用耐火材料技术领域。
背景技术
脱硫喷枪是在金属管外壁浇注一层耐火材料而成，使用时将脱硫喷枪插入铁水中，然后通过枪管向铁水中喷吹脱硫粉剂，主要用于铁水预处理工艺。铁水预处理作为连接炼钢与高炉的桥梁，是提高钢铁产品质量、扩大钢材品种、降低成本、优化炼钢工艺过程的重要工艺手段，而脱硫作为铁水预处理工艺非常重要的任务使得脱硫喷枪成为铁水预处理设备的重要组成部分，使得国内外各个钢铁行业加大了对其的研制开发和改进。
现有的鱼雷罐铁水车使用的脱硫喷枪的特点是枪壁薄，而脱硫处理时的铁水温度在1200℃以上进行喷吹作业时，钢管随喷吹进出鱼雷罐，温度波动范围大，高温膨胀低温收缩导致枪体热振动剧烈，使喷枪极易损坏，以致喷枪的使用寿命不高，而喷枪的使用寿命影响炼钢整个工艺的时间，其对降低吨钢成本至关重要，故而脱硫喷枪的使用寿命成为了对脱硫喷枪进行研发和改进的关键目标。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种性能优良、原材料来源广泛的铁水脱硫喷枪用耐火材料，在不改变脱硫喷枪结构与使用条件下，以提高脱硫喷枪使用寿命和热稳定性，降低吨钢成本。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的铁水脱硫喷枪用耐火材料，其配方如下：
莫来石5mm～3mm 0～12份
莫来石3mm～1mm 12～16份
莫来1mm～10μm 5.5～8份
莫来石微粉 10～30份
红柱3mm～1mm 20～36份
红柱1mm～10μm 4～8份
电熔白刚1～10μm 10～17份
烧结α-AL2O3微粉 3～8.5份
粘结剂 2～5份
硅微粉 1～4份
钢纤维 1～5份
外加添加剂 0.1～0.6份
外加水 4～7份
以上各组成比例按重量份计。
所述莫来石微粉优选粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述烧结α-AL2O3微粉优选粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂选自化学粘结剂、水硬化粘结剂和陶瓷粘结剂中的任意一种或其之间的组合物，其中化学粘结剂优选磷酸或磷酸二氢铝、水硬化粘结剂优选高铝水泥或纯铝酸钙水泥、陶瓷粘结剂优选ρ-Al2O3。
所述钢纤维优选0.2mm ×1mm ×20mm或0.2mm×1mm×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂选自减水剂、防爆材料和烧结助剂中的任意一种或其之间的组合物，其中减水剂优选三聚磷酸钠，防爆材料优选有机纤维、纸纤维、金属铝粉及金属硅粉中的任意一种或其之间的组合物，烧结助剂优选二氧化钛或氢氧化镁。
由于鱼雷罐铁水车使用的脱硫喷枪的特点是枪壁薄，使用时温度波动较大，枪体的机械振动剧烈，因此枪体材料的高温体积稳定性非常重要。为避免喷枪在使用时因枪体材料收缩而造成损坏，必须使喷枪材料在中、高温条件下有微膨胀，所以本发明以莫来石、红柱石为主，并在细粉中配入适量的红柱石粉。因红柱石细粉可以在低于1350℃下发生转化反应而产生较合适的体积膨胀，析出的SiO2可与材料中的Al2O3反应生成莫来石，莫来石的生成不仅能提高制品的结构强度，改善烧后线变化，而且还能部分消除浇注料在高温和冷却过程中产生的收缩裂缝造成剥落而影响使用寿命的弱点。
与现有技术相比，本发明的铁水脱硫喷枪用耐火材料具有以下有益效果：
a)所用原料来源广泛、价格低廉，致使铁水脱硫喷枪用耐火材料的生产成本降低了20％～30％；
b)热稳定性好，重烧收缩率小，烧后强度高；
c)采用本发明耐火材料生产的铁水脱硫喷枪性能优良、成本低廉，在不调整喷枪结构和其它生产与应用条件的情况下，平均使用寿命提高了1～2次/支，致使吨钢成本降低了30％～40％。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：
实施例1
本实施例的铁水脱硫喷枪用耐火材料的配方如下：
莫来石5mm～3mm 8份
莫来石3mm～1mm 12份
莫来石1mm～10μm 5.5份
莫来石微粉 10份
红柱石3mm～1mm 36份
红柱石1mm～10μm 4份
电熔白刚1～10μm 13份
烧结α-AL2O3微粉 5.5份
粘结剂 2份
硅微粉 3份
钢纤维 1份
外加添加剂 0.22份
外加水 5.8份
以上组成比例为重量份。
所述莫来石微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成，烧结α-AL2O3微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂选自化学粘结剂、水硬化粘结剂和陶瓷粘结剂中的任意一种，其中化学粘结剂优选磷酸或磷酸二氢铝、水硬化粘结剂优选高铝水泥或纯铝酸钙水泥、陶瓷粘结剂优选ρ-Al2O3。
所述钢纤维为0.2mm×1mm×20mm或0.2mm×1mm×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂为减水剂和防爆材料的组合物，其中减水剂为0.02份、防爆材料为0.2份；所述减水剂优选三聚磷酸钠，防爆材料优选有机纤维、纸纤维、金属铝粉及金属硅粉中的任意一种或其之间的组合物。
按本实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能见表1所示。
实施例2
本实施例的铁水脱硫喷枪用耐火材料的配方如下：
莫来石5mm～3mm 0份
莫来石3mm～1mm 16份
莫来1mm～10μm 5.5份
莫来石微粉 10份
红柱石3mm～1mm 32份
红柱石1mm～10μm 8份
电熔白刚玉1～10μm 10份
烧结α-AL2O3微粉 8.5份
粘结剂 3.5份
硅微粉 4份
钢纤维 2.5份
外加添加剂 0.6份
外加水 7份
以上组成比例为重量份。
所述莫来石微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成，烧结α-AL2O3微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂为水硬化粘结剂和陶瓷粘结剂地组合物，其中水硬化粘结剂为2.5份、陶瓷粘结剂为1份；所述水硬化粘结剂优选高铝水泥或纯铝酸钙水泥，陶瓷粘结剂优选ρ-Al2O3。
所述钢纤维为0.2mm×1mm ×20mm或0.2mm ×1mm×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂为减水剂、防爆材料和烧结助剂的组合物，其中减水剂为0.08份、防爆材料为0.2份、烧结助剂为0.32份；所述减水剂优选三聚磷酸钠，防爆材料优选有机纤维、纸纤维、金属铝粉及金属硅粉中的任意一种或其之间的组合物，烧结助剂优选二氧化钛或氢氧化镁。
按本实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能见表1所示。
实施例3
本实施例的铁水脱硫喷枪用耐火材料的配方如下：
莫来石5mm～3mm 7份
莫来3mm～1mm 14份
莫来1mm～10μm 8份
莫来石微粉 20份
红柱3mm～1mm 20份
红柱1mm～10μm 4份
电熔白刚1～10μm 15份
烧结α-AL2O3微粉 3份
粘结剂 5份
硅微粉 1份
钢纤维 3份
外加添加剂 0.1份
外加水 4份
以上组成比例为重量份。
所述莫来石微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成，烧结α-AL2O3微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂为化学粘结剂、水硬化粘结剂和陶瓷粘结剂的组合物，其中化学粘结剂为1份、水硬化粘结剂为3.5份、陶瓷粘结剂为0.5份；所述化学粘结剂优选磷酸或磷酸二氢铝，水硬化粘结剂优选高铝水泥或纯铝酸钙水泥，陶瓷粘结剂优选ρ-Al2O3。
所述钢纤维为0.2mm×1mm ×20mm或0.2mm ×1mm×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂选自减水剂、防爆材料和烧结助剂中的任意一种，其中减水剂优选三聚磷酸钠，防爆材料优选有机纤维、纸纤维、金属铝粉及金属硅粉中的任意一种或其之间的组合物，烧结助剂优选二氧化钛或氢氧化镁。
按本实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能见表1所示。
实施例4
本实施例的铁水脱硫喷枪用耐火材料的配方如下：
莫来石5mm～3mm 0份
莫来石3mm～1mm 12份
莫来石1mm～10μm 6份
莫来石微粉 30份
红柱石3mm～1mm 20份
红柱石1mm～10μm 4份
电熔白刚1～10μm 17份
烧结α-AL2O3微粉 3份
粘结剂 2份
硅微粉 1份
钢纤维 5份
外加添加剂 0.34份
外加水 5份
以上组成比例为重量份。
所述莫来石微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成，烧结α-AL2O3微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂为化学粘结剂和陶瓷粘结剂的组合物，其中化学粘结剂为1份、陶瓷粘结剂为1份；所述化学粘结剂优选磷酸或磷酸二氢铝，陶瓷粘结剂优选ρ-Al2O3。
所述钢纤维为0.2mm ×1mm×20mm或0.2mm ×1mm ×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂为减水剂和烧结助剂的组合物，其中减水剂为0.04份、烧结助剂为0.3份；所述减水剂优选三聚磷酸钠，烧结助剂优选二氧化钛或氢氧化镁。
按本实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能见表1所示。
实施例5
本实施例的铁水脱硫喷枪用耐火材料的配方如下：
莫来5mm～3mm 12份
莫来石3mm～1mm 12份
莫来石1mm～10μm 8份
莫来石微粉 10份
红柱3mm～1mm 25份
红柱石1mm～10μm 6份
电熔白刚1～10μm 10份
烧结α-AL2O3微粉 6.5份
粘结剂 4.5份
硅微粉 2份
钢纤维 4份
外加添加剂 0.48份
外加水 6.5份
以上组成比例为重量份。
所述莫来石微粉由粒径小于3μmm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成，烧结α-AL2O3微粉由粒径小于3μm、平均粒径为0.3～0.8μm的颗粒组成。
所述粘结剂为水硬化粘结剂，优选高铝水泥或纯铝酸钙水泥。
所述钢纤维为0.2mm ×1mm ×20mm或0.2mm ×1mm×25mm的不锈钢纤维。
所述添加剂为防爆材料和烧结助剂的组合物，其中防爆材料为0.2份、烧结助剂为0.28份；所述防爆材料优选有机纤维、纸纤维、金属铝粉及金属硅粉中的任意一种或其之间的组合物，烧结助剂优选二氧化钛或氢氧化镁。
按本实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能见表1所示。
表1中各项理化性能参数测定分别按照下列标准进行：
体积密度按照YB/T5200-1933测定；
常温耐压强度按照YB/T5201-1993测定；
常温抗折强度按照YB/T5201-1993测定；
高温抗折强度按照GB/T3002-2004测定；
热震稳定性按照YB/T2206.2-1998测定；
线变化率按照YB/T5203-1993测定；
W(Al2O3)/％按照GB/T6900.4-1986测定；
W(SiO2)/％按照GB/T6900.2-1986YB测定。
表1按上述各实施例配方浇注制备的铁水脱硫喷枪的理化性能数据
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 体积密度/(g/cm3) 110℃×24h 1400℃×3h 2.79 2.71 2.76 2.71 2.78 2.71 2.78 2.72 2.77 2.71 常温耐压强度/MPa 110℃×24h 1400℃×3h 66.0 133.8 64.2 123.2 65.1 130.3 64.1 122.1 63.9 121.3 常温抗折强度/MPa 110℃×24h 1400℃×3h 11.3 ＞12 10.9 ＞12 ＞12 ＞12 ＞12 ＞12 ＞12 ＞12 高温抗折强度/MPa 1400℃×0.5h 3.3 3.0 4.1 3.7 3.6 热震稳定性/次 1100℃水冷 ＞20 ＞20 ＞20 ＞20 ＞20 线变化率/％ 1400℃×3h +0.56 +0.66 +0.45 +0.68 +0.67 W(AL2O3)/％ W(SiO2)/％ 68.72 26.77 66.21 28.82 69.10 26.33 66.11 28.92 65.23 29.31
可见，采用本发明耐火材料生产的铁水脱硫喷枪的理化性能优良。