本发明属于焙烧回转窑工作层浇注料技术领域。具体涉及一种铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料及其制备方法。
背景技术：
铬铁矿是冶炼铬铁合金、制备碳化铬和铬盐的重要原料，但铬铁矿组成成分复杂、品位波动较大，一般采用回转窑对铬铁矿进行焙烧预处理，但焙烧预处理过程中易形成大量低熔相，对回转窑工作层造成严重的侵蚀；同时，回转窑筒体因承受热应力与机械应力等作用易产生形变（陈永安，等.“铬铁矿焙烧后期铬再氧化机理”，《中国有色金属学报》，2015，25(1)：pp203~210），进而对铬铁矿焙烧回转窑工作层耐火材料提出了严格的要求。
目前，铬铁矿焙烧回转窑工作层主要采用“镁质浇注料”和“高铝-复相浇注料/预制件”。
采用“镁质浇注料”作为铬铁矿焙烧回转窑工作层，其耐火度高，强度大，尤其镁质浇注料抵抗碱性熔渣侵蚀性能较强，但镁质浇注料导热系数较大，因而焙烧回转窑窑体的热量损失较大，大大降低了焙烧回转窑的热能利用率，且较大的热量损耗也造成了回转窑筒体温度偏高，易导致焙烧回转窑筒体变形。
采用“高铝-复相浇注料/预制件”作为铬铁矿焙烧回转窑工作层，一般以高铝矾土为主料，并引入其他原料：如引入尖晶石的“一种矾土基尖晶石浇注料及其制备方法”（201210106109.4）、或引入莫来石的“一种莫来石刚玉复相材料的制备方法”（200910063122.4）、或引入钛铝酸钙的“一种钛铝酸钙-高铝矾土改性耐火材料及其制备方法和应用”（201510013589.3）、“一种钢包包底浇注料及其制备方法”（201510311418.9）和“一种炼钒反射炉内衬用钛铝酸钙预制件及其制备方法”（201510469732.X）等，经混合均匀后成型。采用高铝-复相浇注料/预制件作为铬铁矿焙烧回转窑工作层，虽导热系数较小和高温力学性能优良，但高铝-复相浇注料/预制件在高温服役过程中由于热膨胀系数匹配失衡易形成大量微裂纹，进而降低了材料的抗熔渣侵蚀能力。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉和工艺简单的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的制备方法，用该方法制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的导热系数小、冷态耐压强度大和抗渣侵蚀性强。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以35~40wt%的钛铁渣颗粒和25~30wt%的棕刚玉颗粒为骨料，以20~25wt%的钛铁渣细粉、6~11wt%的ρ-Al2O3微粉和1~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料的成分及含量和所述基质料的成分及含量进行配料，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后加入占所述基质料与所述骨料之和8~10wt%的硅溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料。
所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣的主要化学成分是：Al2O3含量为70~80wt%，TiO2含量为10~15wt%，CaO含量为10~15wt%，Fe2O3含量≤1wt%；所述钛铁渣颗粒的粒度为0.1~8mm；所述钛铁渣细粉的粒度为0.088~0.1mm。
所述棕刚玉颗粒的Al2O3含量≥95wt%；棕刚玉颗粒的粒度为0.1~8mm。
所述ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥98wt%；ρ-Al2O3微粉的粒度为20~30μm。
所述氧化钇微粉的Y2O3含量≥98wt%；氧化钇微粉的粒度为20~30μm。
所述硅溶胶的SiO2含量为25~30wt%。
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，工艺流程简单，节省劳动力资源。
2、本发明以钛铁渣为主要原料，大幅降低了铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的开发成本。
3、本发明利用浇注料组分间的固溶反应提升“固-固直接结合”程度，进而提高铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的冷态耐压强度，且本发明通过钛铁渣高温条件下的“自修复”，缓和各组分的热膨胀，减少了微裂纹的形成，提高了浇注料的抗熔渣侵蚀性。
本发明所制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.88~3.93W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为82~87MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2~7%。
因此，本发明具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的导热系数小、冷态耐压强度大和抗渣侵蚀性强。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式中所涉及的骨料、基质料和硅溶胶统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣的主要化学成分是：Al2O3含量为70~80wt%，TiO2含量为10~15wt%，CaO含量为10~15wt%，Fe2O3含量≤1wt%；所述钛铁渣颗粒的粒度为0.1~8mm；所述钛铁渣细粉的粒度为0.088~0.1mm。
所述棕刚玉颗粒的Al2O3含量≥95wt%；棕刚玉颗粒的粒度为0.1~8mm。
所述ρ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥98wt%；ρ-Al2O3微粉的粒度为20~30μm。
所述氧化钇微粉的Y2O3含量≥98wt%；氧化钇微粉的粒度为20~30μm。
所述硅溶胶的SiO2含量为25~30wt%。
实施例1
一种铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料及其制备方法。以35~37wt%的钛铁渣颗粒和25~27wt%的棕刚玉颗粒为骨料，以23~25wt%的钛铁渣细粉、9~11wt%的ρ-Al2O3微粉和2~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料的成分及含量和所述基质料的成分及含量进行配料，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后加入占所述基质料与所述骨料之和8~9wt%的硅溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料。
本实施例制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.88~3.90W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为82~84MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2~4%。
实施例2
一种铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料及其制备方法。以36~38wt%的钛铁渣颗粒和26~28wt%的棕刚玉颗粒为骨料，以22~24wt%的钛铁渣细粉、8~10wt%的ρ-Al2O3微粉和2~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料的成分及含量和所述基质料的成分及含量进行配料，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后加入占所述基质料与所述骨料之和8~9wt%的硅溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料。
本实施例制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.89~3.91W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为83~85MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3~5%。
实施例3
一种铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料及其制备方法。以37~39wt%的钛铁渣颗粒和27~29wt%的棕刚玉颗粒为骨料，以21~23wt%的钛铁渣细粉、7~9wt%的ρ-Al2O3微粉和1~2wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料的成分及含量和所述基质料的成分及含量进行配料，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后加入占所述基质料与所述骨料之和9~10wt%的硅溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料。
本实施例制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.90~3.92W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为84~86MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~6%。
实施例4
一种铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料及其制备方法。以38~40wt%的钛铁渣颗粒和28~30wt%的棕刚玉颗粒为骨料，以20~22wt%的钛铁渣细粉、6~8wt%的ρ-Al2O3微粉和1~2wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料的成分及含量和所述基质料的成分及含量进行配料，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后加入占所述基质料与所述骨料之和9~10wt%的硅溶胶，搅拌均匀，振动成型，室温条件下养护6~12小时，最后在90~110℃条件下保温12~24h，制得铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料。
本实施例制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.91~~3.93W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为85~87MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为5~7%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式无需特殊的制备设备和处理技术，工艺流程简单，节省劳动力资源。
2、本具体实施方式以钛铁渣为主要原料，大幅降低了铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的开发成本。
3、本具体实施方式利用浇注料组分间的固溶反应提升“固-固直接结合”程度，进而提高铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的冷态耐压强度，且本具体实施方式通过钛铁渣高温条件下的“自修复”，缓和各组分的热膨胀，减少了微裂纹的形成，提高了浇注料的抗熔渣侵蚀性。
本具体实施方式制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料经测定：导热系数（500℃温度条件下测定）为3.88~3.93W/(m·K)；1500℃×3h烧后冷态耐压强度为82~87MPa；1500℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2~7%。
因此，本具体实施方式具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的铬铁矿焙烧回转窑工作层浇注料的导热系数小、冷态耐压强度大和抗渣侵蚀性强。