CN105645970B - 一种环保型高寿命的补炉砂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种环保型高寿命的补炉砂，是由下列重量份数的原料配制而成：烧结镁砂：65‑90份、含碳树脂粉和炭黑组成的复合碳源：12‑20份，沥青纤维：0.01‑0.20份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：2.5‑4.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：0.2‑1.5份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：2.0‑5.5份。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：烧结时间短，抗冲刷性和耐剥落性能大大改善，尤其是环保效果突出，发烟量明显减少，没有异味，总体使用寿命提高25‑32％，补炉时间减少，工人劳动强度降低，实现钢厂与耐材供货商双赢。

Description

一种环保型高寿命的补炉砂及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼转炉护炉用耐火材料技术领域，尤其是一种环保型高寿命的补炉砂及其生产方法。

背景技术

转炉护炉用补炉砂是转炉护炉用耐火材料中，应用最广泛的一种材料，其使用寿命的高低，直接影响转炉护炉效果，也影响转炉的炉龄高低。

补炉砂的原理，是镁砂颗粒与高温时软化熔融的碳质材料，发生界面反应的过程，在作用过程中，碳质材料发生炭化烧结，形成碳素骨架，把镁砂颗粒固结在一起，抵抗钢水的侵蚀，为了使形成的镁碳烧结体强度大、结构均一，还要添加流化剂来降低镁砂颗粒的表面张力，使镁砂颗粒充分烧结。

因此，补炉砂通常由主原料镁砂、碳源及流化剂组成，主原料镁砂依据使用要求，一般采用重烧镁砂、中档镁砂或高纯镁砂，电熔镁砂由于烧结性差很少采用，而碳源往往是决定补炉砂性能的一个重要因素，传统碳源主要分三类：(1)沥青类物质；(2)树脂类物质；(3)在沥青和树脂的基础上，经过改性得到的物质。从目前看这三种碳源及使用技术，在实际应用中存在以下缺点：

1)焦油沥青是一种热塑性材料，具有与石墨、氧化镁亲和力大，炭化后残碳率高，成本低的特点，过去曾大量使用；但是焦油沥青中含有致癌的芳香烃，尤其是苯并芘含量高；由于环境意识的加强，现在焦油沥青的使用量在减少。

石油沥青使用时需要加热成型，虽然它的苯并芘含量只有焦油沥青的1/15，但是它的残碳率也很低。

2)合成树脂是由苯酚和甲醛反应制得，在常温下便能和耐火材料颗粒很好的混合，炭化后残碳率高，当前生产镁炭砖及补炉砂时用量非常大；但它炭化后形成的玻璃态网络结构，对耐火材料的抗热震稳定性和抗氧化性都不理想，另外苯酚的气味也引起多方强烈不满。

因此，目前的转炉补炉砂因为碳源的限制，性能存在诸多缺陷：

1)由于主要以沥青、煤焦油或是酚醛树脂为碳源，补炉过程中产生烟量大、污染环境；

2)耐侵蚀性不好，使用次数低，造成耐材消耗量大、人工劳动强度大；

3)影响整体炉龄进一步提高，尤其是导致冶炼纯净钢的转炉炉龄不高；

目前国内钢铁行业产能过剩，导致钢材价格低，对耐火材料吨钢消耗要求更苛刻，加上环保的要求日益增强，因此开发新一代环保型、高寿命的补炉砂，来满足冶金需求迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保型高寿命的补炉砂及其生产方法，可以有效的延长补炉砂的使用寿命，同时可以很大程度的提升补炉砂的环保性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种环保型高寿命的补炉砂，是由下列重量份数的原料配制而成：烧结镁砂：65-90份、含碳树脂粉和炭黑组成的复合碳源：12-20份，沥青纤维：0.01-0.20份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：2.5-4.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：0.2-1.5份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：2.0-5.5份。

所述烧结镁砂中：小于8mm大于等于3mm的粗颗粒占20-30份、小于3mm大于等于1mm粗颗粒占15-20份、小于1mm大于等于0.088mm的细粉颗粒占15-20份、小于0.088mm细粉颗粒占15-20份。

所述复合碳源中：含碳树脂粉∶炭黑＝1∶0.05-0.35，所述炭黑为颗粒小于50μm的超细炭黑。

所述复合流化剂中：精萘∶烯丙基聚氧乙烯醚＝1∶0.05-0.15，所述精萘和烯丙基聚氧乙烯醚均为小于3mm的颗粒。

所述复合烧结剂中：碳化硅微粉∶硼砂＝1∶0.2-0.4，所述硼砂为小于3mm的颗粒。

所述复合抗氧化剂中：金属铝粉∶金属硅粉＝1∶0.3-0.6，所述金属铝粉的粒度≤200目，所述金属硅粉的粒度≤200目。

一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，采用热混料的方法生产制备，具体方法步骤如下：

1)将小于8mm大于等于3mm和小于3mm大于等于1mm的粗颗粒烧结镁砂按照上述重量份，预先在行星式搅拌机中搅拌加热至215℃-225℃；

2)将小于1mm大于等于0.088mm和小于0.088mm的细粉颗粒烧结镁砂、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、精萘、烯丙基聚氧乙烯醚、碳化硅微粉、硼砂、金属铝粉、金属硅粉按照上述重量份，在行星式搅拌机中进行预混25-35分钟；

3)将预加热后的粗颗粒烧结镁砂加入到行星式搅拌机中与步骤2)中的预混原料共同混炼，混炼温度保持在145℃-155℃，搅拌时间为25-45分钟，最终各种原料温度趋向一致，均为145℃-155℃；经过热混合均匀的物料，镁砂粗颗粒表面均匀包裹着镁砂细粉、镁砂细颗粒、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、流化剂、烧结剂和抗氧化剂；

4)混合物料放出后，采用风冷或自然冷却的方法冷却至常温状态，经对辊式或锤式破碎机破碎成15mm以下的粒度，经筛分设备筛分成多种粒级，将各种粒级的物料重新按配比加入搅拌机混合均匀即可。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明由于采用热混炼生产工艺，生产出的补炉砂，粗颗粒镁砂表面均匀地包裹着碳源、沥青纤维、复合流化剂、复合烧结剂及复合抗氧化剂，保证新的补炉砂在高温时能够充分烧结，煤炭的骨架结构组织均匀，制品耐剥落性能大大提高。

2)本发明由于选用新碳源，以进口的含碳树脂粉(CARBORES F 112M)及超细炭黑粉替代传统的沥青，其挥发出的致癌物质苯并芘含量低，小于350PPM，只有传统的煤焦油沥青(10000-13000PPM)的3％，且残碳率高，为58％左右。用此作为新碳源替代传统的沥青来生产的补炉砂，不仅环保性能大大提升，其热震稳定性、抗侵蚀性、抗折强度得到大大提高。

3)本发明由于添加了长度3mm的沥青纤维，可以减低热应力对补炉砂高温使用时裂纹的扩展作用，使其抗侵蚀性不降低，抗热震性得以进一步改善。

4)本发明由于引入碳化硅微粉和硼砂，作为复合烧结剂，分散更均匀，对镁砂颗粒的表面作用更强，降低表面张力，使烧结反应更为迅速、充分和完全，保证高温时的补炉砂，组织更为致密，耐剥落性更强。

5)本发明烧结时间短，环保效果突出，发烟量明显减少，没有异味，总体使用寿命提高25-32％，补炉时间减少，工人劳动强度降低，实现钢厂与耐材供货商双赢。

附图说明

图1是本发明一种环保型高寿命补炉砂的生产方法的工艺流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式进一步说明：

一种环保型高寿命的补炉砂，是由下列重量份数的原料配制而成：烧结镁砂：65-90份、含碳树脂粉和炭黑组成的复合碳源：12-20份，沥青纤维：0.01-0.20份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：2.5-4.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：0.2-1.5份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：2.0-5.5份。

所述烧结镁砂中：小于8mm大于等于3mm的粗颗粒占20-30份、小于3mm大于等于1mm粗颗粒占15-20份、小于1mm大于等于0.088mm的细粉颗粒占15-20份、小于0.088mm细粉颗粒占15-20份。

所述复合碳源中：含碳树脂粉∶炭黑＝1∶0.05-0.35。

所述复合流化剂中：精萘∶烯丙基聚氧乙烯醚＝1∶0.05-0.15。

所述复合烧结剂中：碳化硅微粉∶硼砂＝1∶0.2-0.4。

所述复合抗氧化剂中：金属铝粉∶金属硅粉＝1∶0.3-0.6。

上述原料的性能指标见表1：

表1

一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，采用热混料的方法生产制备，具体方法步骤如下：

1)将小于8mm大于等于3mm和小于3mm大于等于1mm的粗颗粒烧结镁砂按照上述重量份，预先在行星式搅拌机中搅拌加热至215℃-225℃；

2)将小于1mm大于等于0.088mm和小于0.088mm的细粉颗粒烧结镁砂、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、精萘、烯丙基聚氧乙烯醚、碳化硅微粉、硼砂、金属铝粉、金属硅粉按照上述重量份，在行星式搅拌机中进行预混25-35分钟；

3)将预加热后的粗颗粒烧结镁砂加入到行星式搅拌机中与步骤2)中的预混原料共同混炼，混炼温度保持在145℃-155℃，搅拌时间为25-45分钟，最终各种原料温度趋向一致，均为145℃-155℃；经过热混合均匀的物料，镁砂粗颗粒表面均匀包裹着镁砂细粉颗粒、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、流化剂、烧结剂和抗氧化剂；保证补炉砂在高温时能够充分烧结，煤炭的骨架结构组织均匀，制品耐剥落性能大大提高。

4)混合物料放出后，采用风冷或自然冷却的方法冷却至常温状态，经对辊式或锤式破碎机破碎成15mm以下的粒度，经筛分设备筛分成多种粒级，将各种粒级的物料重新按重量配比加入搅拌机混合均匀即可。

筛分颗粒分级及其混合比例如下：15mm＞，≥8mm的颗粒：25～35份

8mm＞，≥3mm的颗粒：20～25份

3mm＞，≥1mm的颗粒：18～22份

1＞的颗粒：28～40份

最后将检验合格的成品补炉砂装袋入库。

实施例1：

以某钢厂70吨转炉用补炉砂为例。其条件见表2：

表2某钢厂70吨转炉生产条件

为实现上述目的，该转炉用补炉砂可通过以下技术方案实现：

70吨转炉用环保型高寿命的补炉砂，是由下列重量份数的原料配制而成：MS91重烧镁砂：65份、CARBORES F 112M含碳树脂粉和超细炭黑N330组成的复合碳源：12份，沥青纤维：0.01份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：2.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：0.2份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：2.0份。

所述烧结镁砂中：小于8mm大于等于3mm的粗颗粒占20份、小于3mm大于等于1mm粗颗粒占15份、小于1mm大于等于0.088mm的细粉颗粒占15份、小于0.088mm的细粉颗粒占15份。

所述复合碳源中：含碳树脂粉∶炭黑＝1∶0.05。

所述复合流化剂中：精萘∶烯丙基聚氧乙烯醚＝1∶0.05。

所述复合烧结剂中：碳化硅微粉∶硼砂＝1∶0.2。

所述复合抗氧化剂中：金属铝粉∶金属硅粉＝1∶0.3。

制备方法：

1)将小于8mm大于等于3mm和小于3mm大于等于1mm的粗颗粒烧结镁砂按照上述重量份，预先在行星式搅拌机中搅拌加热至215℃-225℃；

2)将小于1mm大于等于0.088mm和小于0.088mm的细粉颗粒烧结镁砂、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、精萘、烯丙基聚氧乙烯醚、碳化硅微粉、硼砂、金属铝粉、金属硅粉按照上述重量份，在行星式搅拌机中进行预混25-35分钟；

3)将预加热后的粗颗粒烧结镁砂加入到行星式搅拌机中与步骤2)中的预混原料共同混炼，混炼温度保持在145℃-155℃，搅拌时间为25-45分钟，最终各种原料温度趋向一致，均为145℃-155℃；经过热混合均匀的物料，镁砂粗颗粒表面均匀包裹着镁砂细粉、镁砂细颗粒、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、流化剂、烧结剂和抗氧化剂；保证补炉砂在高温时能够充分烧结，煤炭的骨架结构组织均匀，制品耐剥落性能大大提高。

4)混合物料放出后，采用风冷或自然冷却的方法冷却至常温状态，经对辊式或锤式破碎机破碎成15mm以下的粒度，经筛分设备筛分成多种粒级，将各种粒级的物料重新按配比加入搅拌机混合均匀即可。最后将检验合格的成品补炉砂装袋入库。

实施例2：

以某钢厂300吨转炉用补炉砂为例。其条件见表3：

表3某钢厂300吨转炉生产条件

1	公称容量	210t
			2	炉容比	1.0m3/t。
3	平均出钢量	215t
			4	最大出钢量	230t
5	平均冶炼周期	45min，其中纯吹氧时间：15min
			6	吹炼模式	顶底复吹
7	出钢温度	1630～1690℃
			8	终渣碱度	2.8～4.0
9	炉龄	10000炉
			10	出钢时间	4.5～8min

为实现上述目的，该转炉用补炉砂可通过以下技术方案实现：

300吨转炉用环保型高寿命的补炉砂，是由下列重量份数的原料配制而成：MS95中档镁砂烧结镁砂：90份、CARBORES F 112M含碳树脂粉和超细炭黑N330组成的复合碳源：20份，沥青纤维：0.20份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：4.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：1.5份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：5.5份。

所述烧结镁砂中：小于8mm大于等于3mm的粗颗粒占30份、小于3mm大于等于1mm粗颗粒占20份、小于1mm大于等于0.088mm的细粉颗粒占20份、小于0.088mm以下的细粉颗粒占20份。

所述复合碳源中：含碳树脂粉∶炭黑＝1∶0.35。

所述复合流化剂中：精萘∶烯丙基聚氧乙烯醚＝1∶0.15。

所述复合烧结剂中：碳化硅微粉∶硼砂＝1∶0.4。

所述复合抗氧化剂中：金属铝粉∶金属硅粉＝1∶0.6。

制备方法：

1)将小于8mm大于等于3mm和小于3mm大于等于1mm的粗颗粒烧结镁砂按照上述重量份，预先在行星式搅拌机中搅拌加热至215℃-225℃；

2)将小于1mm大于等于0.088mm和小于0.088mm的细粉颗粒烧结镁砂、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、精萘、烯丙基聚氧乙烯醚、碳化硅微粉、硼砂、金属铝粉、金属硅粉按照上述重量份，在行星式搅拌机中进行预混25-35分钟；

3)将预加热后的粗颗粒烧结镁砂加入到行星式搅拌机中与步骤2)中的预混原料共同混炼，混炼温度保持在145℃-155℃，搅拌时间为25-45分钟，最终各种原料温度趋向一致，均为145℃-155℃；经过热混合均匀的物料，镁砂粗颗粒表面均匀包裹着镁砂细粉颗粒、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、流化剂、烧结剂和抗氧化剂；保证补炉砂在高温时能够充分烧结，煤炭的骨架结构组织均匀，制品耐剥落性能大大提高。

4)混合物料放出后，采用风冷或自然冷却的方法冷却至常温状态，经对辊式或锤式破碎机破碎成15mm以下的粒度，经筛分设备筛分成多种粒级，将各种粒级的物料重新按重量配比加入搅拌机混合均匀即可。最后将检验合格的成品补炉砂装袋入库。

Claims (5)

1.一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，补炉砂是由下列重量份数的原料配制而成：烧结镁砂：65-90份、含碳树脂粉和炭黑组成的复合碳源：12-20份，沥青纤维：0.01-0.20份，精萘和烯丙基聚氧乙烯醚组成的复合流化剂：2.5-4.5份，碳化硅微粉和硼砂组成的复合烧结剂：0.2-1.5份,金属铝粉和金属硅粉组成的复合抗氧化剂：2.0-5.5份；所述烧结镁砂中：小于8mm大于等于3mm的粗颗粒占20-30份、小于3mm大于等于1mm粗颗粒占15-20份、小于1mm大于等于0.088mm的细粉颗粒占15-20份、小于0.088mm细粉颗粒占15-20份；其特征在于，采用热混料的方法生产制备，具体方法步骤如下：

1)将小于8mm大于等于3mm和小于3mm大于等于1mm的粗颗粒烧结镁砂按照上述重量份，预先在行星式搅拌机中搅拌加热至215℃-225℃；

2)将小于1mm大于等于0.088mm和小于0.088mm以下的细粉颗粒烧结镁砂、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、精萘、烯丙基聚氧乙烯醚、碳化硅微粉、硼砂、金属铝粉、金属硅粉按照上述重量份，在行星式搅拌机中进行预混25-35分钟；

3)将预加热后的粗颗粒烧结镁砂加入到行星式搅拌机中与步骤2)中的预混原料共同混炼，混炼温度保持在145℃-155℃，搅拌时间为25-45分钟，最终各种原料温度趋向一致，均为145℃-155℃；经过热混合均匀的物料，镁砂粗颗粒表面均匀包裹着镁砂细粉颗粒、含碳树脂粉、炭黑、沥青纤维、复合流化剂、复合烧结剂和复合抗氧化剂；

4)混合物料放出后，采用风冷或自然冷却的方法冷却至常温状态，经对辊式或锤式破碎机破碎成15mm以下的粒度，经筛分设备筛分成多种粒级，将各种粒级的物料重新加入搅拌机混合均匀即可。

2.根据权利要求1所述的一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，其特征在于，所述复合碳源中：含碳树脂粉∶炭黑＝1∶0.05-0.35，所述炭黑为颗粒小于50μm的超细炭黑。

3.根据权利要求1所述的一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，其特征在于，所述复合流化剂中：精萘∶烯丙基聚氧乙烯醚＝1∶0.05-0.15，所述精萘和烯丙基聚氧乙烯醚均为小于3mm的颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，其特征在于，所述复合烧结剂中：碳化硅微粉∶硼砂＝1∶0.2-0.4，所述硼砂为小于3mm的颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种环保型高寿命的补炉砂的生产方法，其特征在于，所述复合抗氧化剂中：金属铝粉∶金属硅粉＝1∶0.3-0.6，所述金属铝粉的粒度≤200目，所述金属硅粉的粒度≤200目。