CN100575308C - 一种出铁口炮泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种出铁口炮泥，其组分重量百分比为：刚玉：20～40；碳化硅：10～20；氮化硅：3～10；焦粉：10～23；石墨粉：1～5；绢云母：3～10；活性氧化铝微粉：1～5；粘土：5～15；叶蜡石：5～10；金属粉：1～3；无水结合剂：+15～25。本发明添加了多种具有可塑性和粘结性良好的材料，使炮泥容易堵口并填满空隙，新、旧泥的结着能力好；添加了具有中、高温膨胀的材料，使炮泥高温体积收缩小，可以避免产生裂纹；添加了不同温度区域内起烧结作用的原料，使炮泥在不同温度范围内都有良好的烧结强度；添加了能耐高温和抗侵蚀性能好的原料，使炮泥高温强度高，耐冲刷和耐侵蚀。

Description

一种出铁口炮泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种出铁口炮泥及其制备方法，尤其熔融还原气化炉炼铁过程中用于堵住出铁口的炮泥，属炼铁技术领域。

背景技术

现有技术中的出铁口炮泥都是针对高炉而开发应用的，其中高炉容积越大，冶炼强度越高，对炮泥的要求就越高。本发明技术的炮泥是针对熔融还原气化炉的应用而开发的。熔融还原气化炉是非高炉炼铁工艺中的最主要的生产设备。

熔融还原气化炉在炉缸炉底的结构与高炉相似，但由于炉缸内气体压力的不一样，导致了要求炮泥的强度等有很大区别。大型高炉炉缸气体压力通常为3.5kg/cm²，而熔融还原气化炉炉缸内气体压力为4.6～6.0kg/cm²，所用材料的应用要求能够满足6.0kg/cm²压力的设计目标。因此熔融还原气化炉铁口在出铁时，铁水、熔渣对炮泥的冲刷磨损就更加厉害。要求炮泥的高温强度、烧后强度、耐高温性能、抗侵蚀冲刷性能更好。

现有技术中的高炉炮泥往往不能承受炉内高压4.6～6.0kg/cm²的要求，强度偏低，不耐高压力的铁水、熔渣的冲刷。如果片面追求它的高强度，却经常导致了高炉铁口的难于开口，造成炮泥作业性能不好，反而影响了高炉的出铁。

中国专利CN 1673395A“高炉出铁口新型无水炮泥”提供了一种高炉炮泥。该发明组分重量百分比为：电熔氧化铝15～45％，焦粒10～40％，广西泥10～25％，碳化硅6～12％，绢云母5～9％，滑石粉1～3％，微晶石墨1～2％，复合外加剂13～23％。技术性能指标为：1300℃×3h热处理后的常温耐压强度16.8MPa，显气孔率33％，体积密度1.96g/cm3，线变化率-1.06％。根据其实施例中的介绍该炮泥在1204m³高炉上有较好的效果。但是依照该炮泥的技术指标，并不能达到熔融还原气化炉炮泥所需要的高强度、高致密化的要求。

中国专利CN1523120A“高炉用无水炮泥”提供的炮泥组分重量百分比wt％：粗棕刚玉1～4％，细棕刚玉2～5％，粗莫来石7～15％，细莫来石9～20％，焦粉15～20％，粘土10～19％，碳化硅7～11％，绢云母5～8％，沥青2～4％，蒽油15～25％。该专利没有提及应用的高炉实例，也没有提供炮泥的性能指标。该炮泥采用蒽油为结合剂，但蒽油的挥发分量比焦油多，固定碳含量远远低于焦油。所以采用蒽油会导致炮泥的致密性降低，强度降低，使炮泥性能下降。

日本专利特开平11-246274介绍了一种高炉炮泥，主要采用致密炭素原料，其加入量30～60％，另外加入残碳率在35％以上的结合剂10～25％，制成高耐侵蚀性、强度好的炮泥材料。该专利技术的特点是采用了焙烧后的无烟煤、碳黑、石墨、沥青焦等作为致密性炭素材料。同时也加入了氧化铝、碳化硅、氮化硅铁、粘土等原料。该炮泥1500℃烧后的抗折强度在6.0MPa左右，烧后线变化率-2.10％，体积密度1.84g/cm3。从技术指标看该炮泥的体积收缩太大，体积密度偏小，出铁时铁水容易渗入炮泥内，容易出现铁口断裂异常现象。

日本专利特开2001-335374提供了一种抗裂纹产生和能延长铁口深度的炮泥，其所采用的结合剂是树脂和焦油的混合物，并在结合剂中添加特殊的醇类和磺酸类物质，以改善炮泥的充填作业性能。但它采用的主原料是叶蜡石和粘土、硅石等，材料中含有很多的SiO₂，炮泥的耐高温性能和抗侵蚀性能受到不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够满足熔融还原气化炉铁口用的，具有良好的作业性、抗侵蚀性、耐磨损性、耐冲刷性以及能够承受炉内高压力的炮泥。

本发明技术为了达到高强度、高抗侵蚀性、抗冲刷性能好，加强了炮泥基质材料的综合配料，添加了氧化铝微粉、叶蜡石微粉、金属粉、氮化硅粉等，以保证炮泥达到良好的施工性能和使用性能。同时也考虑了原料来源的简便性，充分降低材料的原料成本。因此在选用原料和加入量方面与现有技术有很大差别。

为达上述目的，本发明提供了一种出铁口炮泥，其组分重量百分比为：

刚玉：20～40；

碳化硅：10～20；

氮化硅：3～10；

焦粉：10～23；

石墨粉：1～5；

绢云母：3～10；

活性氧化铝微粉：1～5；

粘土：5～15；

叶蜡石：5～10；

金属粉：1～3；

无水结合剂：+15～25。

所述无水结合剂为焦油。

所述金属粉可以是金属硅粉或金属铝粉中的任意一种或两种同时加入。

下面就本发明中的组分重量百分比及限定理由详述如下：

刚玉：20～40wt％；

本发明采用的主原料之一为刚玉。刚玉的耐高温性能非常好，具有很好抗高温铁水侵蚀和冲刷磨损的性能。加入刚玉原料占总配料量重量的20～40wt％。刚玉原料加入太少，炮泥的强度和高温性能不佳；如果加入太多，会影响炮泥的作业性能，因此刚玉原料加入20～40wt％效果最好。

碳化硅：10～20wt％；

碳化硅也是炮泥主原料之一。碳化硅的硬度非常高，耐磨性能好，抗渣的侵蚀性好。有利于提高炮泥的抗侵蚀、冲刷性能。加入的碳化硅原料占总配料量重量的10～20wt％。

氮化硅：3～10wt％；

为了进一步提高炮泥的抗侵蚀性，本发明添加了氮化硅原料，它本身硬度很高，热膨胀系数小，热震稳定性好，化学性质稳定，不受熔融金属的侵蚀，抗氧化性比碳化硅好。加入的氮化硅原料占总配料量重量的3～10wt％。这样对强化炮泥基质组成非常有利，可以提高炮泥的抗侵蚀性能。如果氮化硅加入量少于3wt％，强化基质基本没有效果；加入量若大于10wt％，抗侵蚀性能没有明显提高，而且原料成本提高很多，使炮泥材料达不到合理的性价比。

焦粉：10～23wt％；

焦粉是焦化厂煤的干馏产物，主要是保持炮泥良好的开口性能。焦粉占总配料量重量的10～23wt％，这样的加入量可以使炮泥有合适的开口性能。

石墨粉：1～5wt％；

石墨粉本身具有润滑的作用，可以促进炮泥在泥炮和铁口内的滑移，对挤泥有良好的性能作用。由于石墨的不浸润性，它不易被熔融的铁水和渣侵蚀，加入到基质中，可以增强基质的抗侵蚀性，从而提高了炮泥的抗侵蚀性能。加入量占总配料量重量的1～5wt％。加入量太多会影响炮泥的粘结性能，太少不利于发挥其增强炮泥抗侵蚀性能的。

绢云母：3～10wt％；

绢云母在中、低温区域内起烧结作用，可提高炮泥的中温强度。另外使炮泥具有可塑性。加入量占总配料量重量的3～10wt％。

活性氧化铝微粉：1～5wt％；

作为基质的组成之一，起着强化基质的作用，它可以提高炮泥的高温强度，提高其抗侵蚀性能，增加炮泥的致密性。加入量占总配料量重量的1～5wt％。如果氧化铝微粉加入量少于1wt％，炮泥高温强度增加不明显；加入量大于5wt％，在炮泥制作中对可塑性能影响较大，而且也增加了原料成本。

粘土：5～15wt％

粘土主要是利用粘土的可塑性，使制作的炮泥有柔软性，便于炮泥的挤出，在高、中温起烧结作用，并使炮泥在中温时有烧结强度。加入量占总配料量重量的5～15wt％。

叶蜡石：5～10wt％；

叶蜡石是含水的铝硅酸盐矿物，主要由石英、高岭土、绢云母组成。与一般硅酸盐原料不同，叶蜡石矿物材料在未烧结以前，在一定温度内会产生膨胀，它在温度剧变之下具有不碎裂的性能，能经受熔融渣和金属的冲击，有较强的蠕变能力。而且添加叶蜡石微粉可以在较低的温度下出现高粘度的液相，有利于新、旧炮泥的粘结性，有利于保持炮泥的高温体积稳定性。加入量占总配料量重量的5～10wt％。

金属粉：1～3wt％；

加入金属粉的作用是促进炮泥的快速烧结，并可以明显提高炮泥的抗折、耐压强度。在本发明金属中加入的金属粉可以是金属硅和金属铝粉的任意一种或两种同时加入。另外这些金属粉还起到抗氧化的作用，可以在一定程度上保护炮泥中的碳化硅和碳质原料，因此加入量为1～3wt％。

焦油：+15～25wt％；

本发明技术采用的无水结合剂是焦油，焦油作为炮泥的结合剂起着非常重要的作用，并使炮泥有良好的可塑性，在高温能形成碳结合，使炮泥在高温下保持一定强度。作为无水结合剂它的价格相对便宜，可以降低炮泥的成本。加入量为干料总重量百分比为外加15～25wt％。

本发明还提供了一种出铁口炮泥的制备方法，包括如下步骤：

将各干料原料混合均匀；

加入80％的无水结合剂，与干料原料一起在碾泥机中碾压：在40～60℃温度下进行混碾，混碾20～30分钟；

加入剩余的20％的无水结合剂，混碾10～15分钟即可出料；

挤泥机挤压成型。

在40～60℃温度下进行混碾，焦油润湿和结合炮泥原料的效果最好，同时又可以缩短碾压时间。焦油分两次加入，是因为最后加入的20％焦油可以控制结合剂的加入总量，同时也可以避免焦油加入过量而影响炮泥的品质。碾压时间短，炮泥的可塑性不能较好地体现出来；时间过长，容易把炮泥中大颗粒压碎，也会影响炮泥的品质。因此制备工艺必须严格执行。

本发明的出铁口炮泥与现有技术相比，具有下列优点：添加了多种具有可塑性和粘结性良好的材料，如：绢云母和粘土，使炮泥容易堵口并填满空隙，新、旧泥的结着能力好；添加了具有中、高温膨胀的材料，如兰晶石使炮泥高温体积收缩小，可以避免产生裂纹；添加了不同温度区域内起烧结作用的原料，如：金属粉、绢云母、粘土。使炮泥在不同温度范围内都有良好的烧结强度；添加了能耐高温和抗侵蚀性能好的原料，如刚玉、氮化硅、碳化硅、氧化铝微粉、石墨使炮泥高温强度高，耐冲刷和耐侵蚀。炉缸内形成的泥包起到保护炉缸内衬砖的作用，而且使出铁口孔径在高压下不易急剧扩大；添加了适量的易开口性原料，如焦粉，使铁口容易打开，保证铁水和熔渣能匀速流出，减少炉前的出铁次数，减轻炉前的劳动强度。

具体实施方式

下面通过实施例1～3来详细介绍本发明。

实施例1

按以下要求进行配料。5～0mm的刚玉原料，加入量占总配料重量的40％。3～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的10％。1～0mm的焦粉，加入量占总配料重量百分数的10％。0.088～0mm的氮化硅原料加入量占总配料重量百分数的10％。0.088～0mm的粘土原料加入量占总配料重量百分数的14％。0.088～0mm的绢云母原料加入量占总配料重量百分数的3％。0.035～0mm的叶蜡石原料加入量占总配料重量百分数的5％。5～0μm活性氧化铝微粉加入量占总配料重量百分数的1％。0.1～0mm的石墨粉加入量占总配料重量百分数的5％。0.088～0mm金属铝粉加入量占总配料重量百分数的2％。

将上述各种原料按本发明比例先进行配料，将原料混合均匀，先加入焦油结合剂占总配料重量百分数的+12％，在40℃温度下热态混碾20分钟，再加入剩余+3％的焦油，混练15分钟后出料。碾制好的泥料经过挤泥机挤压成型，装入包装袋内困料一天后即可使用。

将炮泥制成一定尺寸的样条进行物理性能的测试，其技术指标为：300℃×24h的体积密度为2.31g/cm³，1500℃×3h的体积密度为2.24g/cm³。300℃×24h的耐压强度为14.4MPa，1500℃×3h的为耐压强度为28.5MPa。1500℃×3h的线变化率为-0.06％，1400℃×1h的热态抗折强度为3.5MPa。

实施例2

按以下要求进行配料。5～0mm的刚玉原料，加入量占总配料重量的30％。3～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的15％。1～0mm的焦粉，加入量占总配料重量百分数的15％。0.088～0mm的氮化硅原料加入量占总配料重量百分数的7％。0.088～0mm的粘土原料加入量占总配料重量百分数的10％。0.088～0mm的绢云母原料加入量占总配料重量百分数的7％。0.035～0mm的叶蜡石原料加入量占总配料重量百分数的8％。5～0μm活性氧化铝微粉加入量占总配料重量百分数的3％。0.1～0mm的石墨粉加入量占总配料重量百分数的3％。0.088～0mm金属硅粉加入量占总配料重量百分数的2％。

将上述各种原料按本发明比例先进行配料，将原料混合均匀，先加入焦油结合剂，占总配料重量百分数的+16％，在50℃温度下热态混碾25分钟，再加入剩余的+4％的焦油，混练12分钟后出料。碾制好的泥料经过挤泥机挤压成型，装入包装袋内困料一天后即可使用。

将炮泥制成一定尺寸的样条进行物理性能的测试，其技术指标为：300℃×24h的体积密度为2.28g/cm³，1500℃×3h的体积密度为2.19g/cm3。300℃×24h的耐压强度为12.7MPa，1500℃×3h的为耐压强度为27.0MPa。1500℃×3h的线变化率为-0.10％，1400℃×1h的热态抗折强度为3.1MPa。

实施例3

按以下要求进行配料。5～0mm的刚玉原料，加入量占总配料重量的20％。3～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的20％。1～0mm的焦粉，加入量占总配料重量百分数的23％。0.088～0mm的氮化硅原料加入量占总配料重量百分数的3％。0.088～0mm的粘土原料加入量占总配料重量百分数的5％。0.088～0mm的绢云母原料加入量占总配料重量百分数的10％。0.035～0mm的叶蜡石原料加入量占总配料重量百分数的10％。5～0μm活性氧化铝微粉加入量占总配料重量百分数的5％。0.1～0mm的石墨粉加入量占总配料重量百分数的1％。同时加入两种金属粉末，即0.088～0mm金属铝粉加入量占总配料重量百分数的1.5％；0.088～0mm金属硅粉加入量占总配料重量百分数的1.5％。

将上述各种原料按本发明比例先进行配料，将原料混合均匀，先加入焦油结合剂占总配料重量百分数的+20％，在60℃温度下热态混碾30分钟，再加入剩余+5％的焦油，混练10分钟后出料。碾制好的泥料经过挤泥机挤压成型，装入包装袋内困料一天后即可使用。

将炮泥制成一定尺寸的样条进行物理性能的测试，其技术指标为：300℃×24h的体积密度为2.18g/cm3，1500℃×3h的体积密度为2.10g/cm3。300℃×24h的耐压强度为11.8MPa，1500℃×3h的为耐压强度为25.3MPa。1500℃×3h的线变化率为-0.12％，1400℃×1h的热态抗折强度为2.8MPa。

实施例1～3由于原材料的组合科学合理，所制出的炮泥的可塑性都非常好，制样测出的技术指标都高于现有技术炮泥的性能指标，尤其是发明技术中炮泥的烧后耐压强度和热态抗折强度都非常高，烧后的线收缩也非常小，可以使炮泥有良好的高温体积稳定性，有利于保持铁口的稳定，能够适应高压力的熔融还原气化炉出铁的需要。

Claims (2)

1.一种出铁口炮泥，其特征在于，其组分重量百分比为：

刚玉：20～40；

碳化硅：10～20；

氮化硅：3～10；

焦粉：10～23；

石墨粉：1～5；

绢云母：3～10；

活性氧化铝微粉：1～5；

粘土：5～15；

叶蜡石：5～10；

金属粉：1～3；

无水结合剂：外加前述组分总重量的百分比为15～25；

所述无水结合剂为焦油；

所述金属粉是金属硅粉和金属铝粉中的一种或两种。

2.如权利要求1所述的出铁口炮泥的制备方法，包括如下步骤：

将各干料原料混合均匀；

加入80％的无水结合剂，与干料原料一起在碾泥机中碾压：在40～60℃温度下进行混碾，混碾20～30分钟；

加入剩余的20％的无水结合剂，混碾10～15分钟即可出料；

挤泥机挤压成型。