一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料及其制备方法。

背景技术

中频炉具有熔化速度快、生产效率高、使用灵活、污染小、电磁搅拌效果好及高效节能等特点，其中铜熔炼中频炉是目前广泛应用的热工设备。中频炉炉衬材料是中频炉的重要组成部分，在中频炉熔炼过程中，由于受到金属熔体和熔渣的侵蚀及频繁的温度变化所带来的热冲击，炉衬局部会出现裂纹或剥落的情况。如何减少中频炉炉衬在使用过程中出现裂纹，提高炉衬的使用寿命，减少炉衬材料的单位消耗，保证熔炼安全、高效地进行，是有色铸造行业面临的共性问题。

目前，铜熔炼中频炉所采用的炉衬材料主要分为两种：一种是干式捣打料；另一种是定型坩埚。

干式捣打料主要有石英质捣打料和铝镁质捣打料；石英质捣打料因其主材石英砂的物理特性限制，虽然价格低廉，但使用寿命普遍不高，需要频繁的拆炉、筑炉，增加了工人劳动强度及固废排放量，工人也存在矽肺病的职业风险；铝镁质捣打料虽然耐高温性能好，但其材料本身烧结温度高，需要带着金属坩埚模进行烘烤，期间金属坩埚模则会随升温而熔化，因此铝镁质捣打料的烘烤成本较高，且铝镁质捣打料的烧结温度一般高于铜熔炼的温度，如为了降低铝镁质捣打料的烧结温度而引入大量的促烧剂，将会降低铝镁质捣打料的热震稳定性与使用寿命，因此现阶段铝镁质捣打料尚不能完全满足铜熔炼中频炉炉衬材料的使用要求。

铜熔炼中频炉使用最多的定型坩埚为粘土结合石墨预制坩埚，用石墨坩埚筑炉施工简便、抗侵蚀性能优异，但其价格较高，且高温下容易氧化，适合连续熔炼作业，而铸造行业铜熔炼多为间断生产，因此石墨坩埚在间断使用过程中容易氧化和出现裂纹，使用寿命大大降低的同时也存在一定的安全风险。

综上所述，目前的铜熔炼中频炉炉衬材料均存在使用寿命短、工艺繁琐、成本高的缺陷。

发明内容

为了克服以上问题，本发明的目的是提供一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料，具有使用寿命长，成本低，施工操作简便的特点。

为实现上述目的，本发明所设计的一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料，其特征在于，按重量百分比包括7～10wt％板状刚玉粉、8～12wt％红柱石粉、2～5wt％粘土粉、1～3wt％纳米二氧化硅粉、1～3wt％α-Al

其中，锆莫来石辊棒废料颗粒为含锆莫来石质的陶瓷辊棒在生产过程产生的废品或辊道窑用后拆除的陶瓷辊棒废料，经拣选、破碎加工及除杂后所得，其粒径组成为1～5mm，化学组成要求Al

作为优选方案，所述电熔莫来石颗粒粒径为0.2～3mm，Al

作为优选方案，所述纳米二氧化硅粉的粒径小于0.6μm。

作为优选方案，所述红柱石粉的粒径小于0.074mm。

作为优选方案，所述α-Al

作为优选方案，所述板状刚玉粉的粒径为0.088mm～0.125mm。

一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)配制预混粉：按重量百分比称取7～10wt％板状刚玉粉、8～12wt％红柱石粉、2～5wt％粘土粉、1～3wt％纳米二氧化硅粉、1～3wt％α-Al

(2)向预混粉总加入20～55wt％电熔莫来石颗粒、15～50wt％锆莫来石辊棒废料颗粒并混合均匀即可。

作为优选方案，所述电熔莫来石颗粒粒径为0.2～3mm，Al

一种铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料制备铜熔炼用中频炉炉衬的方法，现场施工时，向铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料中加入3～4wt％的水拌和成半干泥料，然后将半干泥料捣打成型，养护完成后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后即获得铜熔炼用中频炉莫来石质工作炉衬。

本发明的优点在于：

(1)本发明在捣打料中加入锆莫来石辊棒废料颗粒，主要有三个方面的考虑：一是锆莫来石辊棒废料经过高温烧成，其微观结构与物理性能十分稳定；二是锆莫来石辊棒废料主要由莫来石、锆英石等具备低热膨胀系数的物相组成，在高温下产生的膨胀量更小；其三，锆莫来石辊棒废料颗粒在制备中会产生微裂纹，这些微裂纹是锆莫来石原料所没有的，这些微裂纹在莫来石质捣打料中的使用过程中能起到裂纹增韧的作用，因此利用锆莫来石辊棒废料上述的组成特点与理化特性，解决以往铜熔炼中频炉用炉衬材料由热震稳定性不佳导致的炉衬开裂问题，同时废料的回收利用实现了废锆莫来石陶瓷辊棒的高附加值利用。

(2)本发明在捣打料中加入纳米二氧化硅粉与活性α-Al

(3)利用活性α-Al

(4)本发明在捣打料中加入了纳米二氧化硅微粉与铝酸钙水泥，水泥水化能产生强度，而纳米二氧化硅微粉能与水泥水化产生的氢氧化钙发生二次水化反应，生成硅酸钙凝胶，同时纳米二氧化硅的水解产物能也能起到类似硅溶胶的胶结作用，因此养护后捣打料就具备比较好的强度，因此养护完成后即可拔出金属坩埚胎模，解决了行业内中性捣打料烘烤时金属坩埚胎模要随物料熔化的问题，实现了金属坩埚胎模的重复使用，降低了烘烤成本。

(5)本发明的莫来石质捣打料在现场使用时，将捣打料加入搅拌机中，然后加水搅拌成半干泥料后再采用捣打成型。相较于传统的捣打料在现场使用时，直接将捣打料捣打成型，本发明明显减少了现场施工时的扬尘，施工环境得到明显改善，有益于施工人员的职业健康。

(6)本发明加入红柱石粉，红柱石由于其本身化学组成，其在高温下也会发生莫来石化反应，一方面与材料的体系接近，另一方面莫来石化反应所带来的体积膨胀(3％～5％)能起到致密化的效果；另外，本发明加入了板状刚玉粉是作为基质中氧化铝的主要来源，也是从材料体系(铝-硅系)与高温体稳定性方面考虑选择的。

(7)本发明通过限定原料的粒径一方面是出于最紧密堆积考虑，利用合理的颗粒级配可以获得比较致密的材料，有助于提高材料的使用性能；另一方面是考虑高温下微粉的反应活性更高，在本案捣打料的使用条件下，微粉可以进行化合反应，其反应产物(莫来石)能使材料具备更好的使用性能。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料的粒度做统一描述，实施例中不再赘述。

中频炉用铝镁质捣打料的组分及其质量百分比为，7～10wt％板状刚玉粉、8～12wt％红柱石粉、2～5wt％粘土粉、1～3wt％纳米二氧化硅粉、1～3wt％α-Al

其中，电熔莫来石颗粒粒径为0.2～3mm，Al

纳米二氧化硅粉的粒径小于0.6μm；

红柱石粉的粒径小于0.074mm；

α-Al

板状刚玉粉的粒径为0.088mm～0.125mm。

实施例1

铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，包括步骤：

(1)配制预混粉：将10wt％板状刚玉粉、8wt％红柱石粉、4wt％粘土粉、3wt％纳米二氧化硅粉、2wt％α-Al

(2)将55wt％电熔莫来石颗粒、15wt％锆莫来石辊棒废料颗粒与预混粉加入混料机中，混合20min，即制得铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料。

本实例应用于某厂750Kg紫铜熔炼中频炉中，将铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料现场加水量为4％，养护6h后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后上线使用，长期使用温度在1300℃～1400℃之间，平均使用寿命(10个炉次平均统计)由之前的211次提高到285次，平均炉龄提高35.1％，铸件合格率提高1.2％。

实施例2

铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，包括步骤：

(1)配制预混粉：将10wt％板状刚玉粉、9wt％红柱石粉、4wt％粘土粉、2wt％纳米二氧化硅粉、1wt％α-Al

(2)将40wt％电熔莫来石颗粒、32wt％锆莫来石辊棒废料颗粒与预混粉加入混料机中，混合20min，即制得铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料。

本实例应用于某厂1吨青铜熔炼中频炉中，现场加水量为4％，养护8h后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后上线使用，长期使用温度在1200℃～1300℃之间，平均使用寿命(10个炉次平均统计)由之前的220次提高到288次，平均炉龄提高30.9％，铸件合格率提高0.8％。

实施例3

铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，包括步骤：

(1)配制预混粉：将8wt％板状刚玉粉、12wt％红柱石粉、5wt％粘土粉、1wt％纳米二氧化硅粉、2wt％α-Al

(2)将24wt％电熔莫来石颗粒、46wt％锆莫来石辊棒废料颗粒与预混粉加入混料机中，混合15min，即制得铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料。

本实例应用于某厂1吨青铜熔炼中频炉中，现场加水量为4％，养护8h后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后上线使用，长期使用温度在1100℃～1200℃之间，平均使用寿命(10个炉次平均统计)由之前的247次提高到314次，平均炉龄提高27.1％，铸件合格率提高0.9％。

实施例4

铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，包括步骤：

(1)配制预混粉：将7wt％板状刚玉粉、11wt％红柱石粉、4wt％粘土粉、2wt％纳米二氧化硅粉、3wt％α-Al

(2)将38wt％电熔莫来石颗粒、32wt％锆莫来石辊棒废料颗粒与预混粉加入混料机中，混合18min，即制得铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料。

本实例应用于某厂2吨黄铜熔炼中频炉中，现场加水量为3％，养护8h后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后上线使用，长期使用温度在1100℃～1200℃之间，平均使用寿命(10个炉次平均统计)由之前的236次提高到310次，平均炉龄提高31.4％，铸件合格率提高0.5％。

实施例5

铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料的制备方法，包括步骤：

(1)配制预混粉：将9wt％板状刚玉粉、10wt％红柱石粉、2wt％粘土粉、3wt％纳米二氧化硅粉、3wt％α-Al

(2)将20wt％电熔莫来石颗粒、50wt％锆莫来石辊棒废料颗粒与预混粉加入混料机中，混合18min，即制得铜熔炼中频炉用莫来石质捣打料。

本实例应用于某厂1吨紫铜熔炼中频炉中，现场加水量为4％，养护6h后拔出金属坩埚模，烘烤干燥后上线使用，长期使用温度在1300℃～1400℃之间，平均使用寿命(10个炉次平均统计)由之前的268次提高到374次，相对之前提高39.6％，铸件合格率提高0.9％。

本具体实施方式中的各实施例制备的铜熔炼中频炉用莫来石的性能指标如表1所示，从表中数据可知，该捣打料的各项性能指标优良。

表1各实施例的性能指标