CN101096312A - 一种低成本耐用高炉主沟料 - Google Patents

Abstract

为制造低成本且环保的耐火材料，本发明提供一种低成本耐用主沟料，主要以用后主沟料为主原料，加入25-75％，用后主沟料的成分为，Al₂O₃55-70％，SiC20-30％，C2-4％，基质采用10-18％碳化硅细粉，4-10％氧化铝微粉、1-3％氧化硅微粉，1-3％沥青，2.5％以下的纯铝酸钙水泥，以β-萘磺酸盐甲醛缩合物为分散剂，其余骨料为电熔致密刚玉、白刚玉、板状刚玉或亚白刚玉中的一种。当用后料加入50％以上时，再生铁沟料的成本不到原来的一半。同时，这样的再生铁沟料适合用于主沟铁线，也可用于渣沟和铁沟。

Description

一种低成本耐用高炉主沟料

技术领域

本发明涉及出铁沟浇注料，特别涉及一种低成本耐用高炉主沟料。

背景技术

出铁沟是高温铁水和熔渣流经的通道，对日常高炉炼铁的顺行起着非常重要的作用。高炉出铁场系统由主沟(包括主沟渣线和主沟铁线)、铁沟、渣沟、蔽渣器和倾注沟组成。出铁沟耐火材料直接受到铁水和熔渣的高温冲刷和化学侵蚀，同时还受到温度的急冷急热变化。

主沟是铁沟中冲刷侵蚀较严重和使用条件最恶劣的区域，尤其是主沟渣线的侵蚀最严重。大型高炉的主沟浇注料属于高技术浇注料，采用Al₂O₃-SiC-C质超低水泥浇注料，主沟料的成分重量百分比为：Al₂O₃：53-75％，SiC：18-38％，C：2-4％。一般地，上述浇注料粒径为5mm以上的占8-20％，粒径为5-3mm的占10-20％，粒径为3-1mm的占25-33％，粒径为1-0mm的占15-23％，细粉占25-32％。上述主沟料的主原料采用电熔致密刚玉，配合优质碳化硅和碳，采用超低水泥结合技术，也即采用3％以下的水泥和优质氧化铝超微粉和氧化硅超微粉共同结合，并加入抗氧化剂和防爆剂，采用优质分散剂，这样配成的浇注料加水量低，致密，气孔率低，强度高，抗侵蚀和冲刷能力强，可获得良好的使用寿命。

由梁治清发明的名称为“高炉出铁沟浇注料”的中国专利88102344.2中披露，出铁沟浇注料采用棕刚玉为主要原料，适当配入碳化硅、碳质材料、粘土、高铝水泥、超微粉、外加剂而制成。用矾土熟料代替部分棕刚玉，可进一步降低成本。该浇注料原料易得，成本低廉，施工方便，使用寿命长。

由江弘发明的名称为“改良的高炉出铁沟用耐火浇注料”的中国专利200410103085.2，是关于对高炉出铁沟用耐火浇注料的改进，其特征是浇注料中主颗粒刚玉由25-60％的致密电熔刚玉，20-40％烧结板状刚玉，20-40％的电熔棕刚玉组成。三种刚玉的互补协调作用，有效改善了浇注料的抗热震性，减少开裂和剥落的发生，使用寿命及综合性能得以进一步提高，可使主出铁沟浇注料消耗量降低12％左右，不仅节约了耐火材料，降低吨铁耐材消耗成本。

由顾华志发明的中国专利200410012778.0披露了一种Al₂O₃-SiC-C铁沟浇注料的制备方法。其技术方案是：采用电熔致密刚玉和SiC为骨料，基质部分包括刚玉粉、超细粉、高铝水泥，以及氮化硅、金属硅，外加分散剂。本发明通过调整Si、Si₃N₄的加入量，利用原位反应生成Sialon基质结合相，制造的Sialon增强Al₂O₃-SiC-C铁沟浇注料易施工，强度高，且具有优良的抗铁水、熔渣的侵蚀、渗透、冲刷性能。通铁量比该炉同类料提高30％以上。

发明人为铃木孝的日本特开2000-203953披露了一种高炉耐火材料(Refractory for blast furnace)，其采用SiC超微粉，以提高抗剥落性。铁沟料一般加入SiO₂微粉，以确保浇注料具有足够的施工流动性，但SiO₂微粉容易使浇注料产生过烧结，降低材料的抗剥落性。采用SiC超微粉，可以使SiO₂微粉不加或少加，也能使浇注料保持较好的流动性，从而提高抗剥落性。

发明人为铃木孝的日本特开2001-114571披露了一种高炉出铁沟耐火材料(Refractory for trough of blast furnace)，其加入铝合金粉以提高耐侵蚀性，SiC具有良好的耐侵蚀性和抗剥落性，但渣中的FeO会与SiC反应，加入铝合金粉，Al与FeO会优先发生反应，生成Al₂O₃，保护了SiC，使它的优良性能能得到发挥。

发明人为田中泰邦的日本特开2004-59390披露了一种高炉出铁沟耐火材料(Refractory for trough of blast furnace)，其中加入B₄C或TiC，以提高铁沟料的使用寿命。

主沟料由于要承受高温铁水和渣的强烈冲刷和侵蚀，其主原料往往采用致密刚玉、白刚玉或板状刚玉等优质原料，同时还要采用优质SiC和抗氧化剂等，原料成本高，使得主沟料价格昂贵。现有的铁沟料技术，中国专利88102344.2采用比较廉价的棕刚玉或矾土代替致密刚玉，目的是用于主沟，降低主沟的成本。但这样的材质如用于大型高炉的主沟，不可能会取得良好的使用效果，因为，棕刚玉或矾土的抗侵蚀性明显不如致密刚玉。这种材质用于渣沟或铁沟较合适。以上提到的其它专利，通过加入SiC微粉、铝合金粉、Si₃N₄、B₄C等优质原料来改善铁沟料的性能和延长使用寿命。寿命延长了，但这些优质添加剂的引入增加了铁沟料的成本。一般地，钢铁生产用户总是要求耐火材料供应商持续地改善耐火材料的质量和提高其使用寿命，但一般不太容易接受比原来更昂贵的耐火材料，也即希望耐火材料既便宜又耐用。

国内有些厂家对用后主沟料(可简称为用后料)实施回收处理。处理办法是，在用后料中加入酸，分离出致密刚玉骨料，然后作为原料出售。这种办法的缺点是，只分离出致密刚玉粗颗粒，细颗粒和基质被丢弃，没有得到有效利用。不仅这些细颗粒和基质堆放需要占用土地而影响环境，而且处理后的酸液排放会造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本耐用高炉主沟料，主要采用用后料为主原料，与现用材料相比，具有较低的成本，良好的抗渣性，并且对于节省耐火原料资源、减少用后耐材的排放、改善环境和循环经济具有非常积极的意义。

为了实现上述目的，本发明提供一种低成本耐用高炉主沟料，其成分重量百分比为：

用后主沟料为主原料：25-75％；

以下为基质：

碳化硅细粉：10-16％；

氧化铝微粉：4-10％；

氧化硅微粉：2-3％；

沥青：1-3％；

纯铝酸钙水泥：≤3％；

分散剂，外加：0.1-0.2％；

其余为骨料，骨料选自电熔致密刚玉、白刚玉、板状刚玉或亚白刚玉中的一种。

较佳的，上述用后主沟料根据其粒度大小分级成8-5、5-3、3-1、1-0档，其中1-0档用后主沟料的重量百分比控制在15％以下，最好控制在10％以下。

以下是本发明主要成分的作用及其限定说明：

用后料：25-75wt％

本发明的主要发明点就是加入用后料制造再生铁沟料，不仅降低了铁沟料的制造成本，而且有利于环境保护，实现循环经济。如果用后料加入量较少，低于25％，则降低成本不明显；如加入量超过75％，再生料的加水量还会继续增加，但是由于基质料(碳化硅细粉、氧化铝微粉等)的加入受到限制，难以使再生料具有良好的抗侵蚀性。

首先，将用后拆下的主沟料进行处理。主沟料分主沟渣线和主沟铁线，但用后料拆下后往往二者混在一起。这并不影响其再利用，因为主沟渣线和铁线的主要区别在于SiC含量的不同。由于主沟料含有碳和碳化硅，渣铁对主沟料的侵润性差，用后料很少有渣铁粘附，渣铁渗透也很少，所以并不需要对用后料进行特别的处理，这对废料处理十分有利。对于明显有渣铁粘附的用后料块，可人工实施分离，将大块用后料采用鄂式破碎机破碎，然后进行筛分和除铁，分级成8-5，5-3，3-1，1-0四档原料。

为了使本发明成本低，又具有良好的性能，1-0用后料的加入量要受到限制。1-0用后料中含有较多的SiC和C，它们与水的亲水性较差，会增加含有用后料的浇注料(以下简称再生料)的加水量。因此有必要适当控制1-0用后料的比例，控制在15％以下较好，最好控制在10％以下。

主沟料采用超低水泥结合技术，具有致密、强度高的特点。用后料特别是工作面附近的浇注料经过长期的高温作用，形成了陶瓷烧结，具有较高的强度，因此用后料破碎后不可避免会含有一些假颗粒(即基质与颗粒结合在一起形成的颗粒，不是真正的原料颗粒)，这些假颗粒往往是基质与颗粒结合在一起。虽然这些假颗粒具有足够的强度，在作为原料配入浇注料进行生产搅拌时不会再破碎，但假颗粒的存在会增加浇注料的加水量。为了使再生料既成本低，又具有良好的性能，本发明对其他成分的选择和控制也采取了多种措施。

分散剂：0.1-0.2％

以β-萘磺酸盐甲醛缩合物为分散剂，具有减水作用，有利于控制加水量。如果加入量低于0.1％，则减水效果不明显，如果加入量超过0.2％，不仅减水效果不会有明显改善，而且会增加成本。

碳化硅细粉：10-16％；

加入碳化硅细粉，目的是增加再生料的SiC含量，提高再生料的抗侵蚀性和抗氧化性。这是因为当加入较多的用后料时，不可避免会提高加水量，使再生料的性能特别是抗侵蚀性受到明显影响。因此，本发明适当增加再生料的SiC含量，以弥补加水量增加带来的负面影响，使再生料的抗侵蚀性维持在较好的水平。如果加入量低于10％，则SiC改善抗侵蚀性和抗氧化性的效果不明显，如加入量超过16％，则会增加再生料的成本。

氧化铝微粉：4-10％

基质加入足够的氧化铝微粉，目的是提高密度和高温强度，以确保再生料具有足够的常温、高温强度和良好的抗侵蚀性。氧化铝微粉加入4-10％较好，低于4％，对提高密度和改善高温性能的作用不够明显，如超过10％，对控制再生料的成本不利。

氧化硅微粉：2-3％

氧化硅微粉起到减水和烧结作用，基质加入足够的氧化硅微粉，以确保再生料具有足够的常温、高温强度和良好的抗侵蚀性。氧化硅微粉加入2-3％较好，低于2％，减水和增强的效果不明显，如超过3％，过多引入的氧化硅在高温下会形成低熔点相，对抗侵蚀性不利。

沥青：1-3％

基质加入沥青目的是提高抗侵蚀性，由于沥青含碳，而渣铁对碳不产生侵润作用，所以加入沥青可提高抗侵蚀性。如加入量低于1％，则改善抗侵蚀性的效果不明显，如加入量超过3％，则较多含量的沥青容易造成浇注料烘烤时发生开裂。

纯铝酸钙水泥：≤3％

基质加入纯铝酸钙水泥目的是提高强度，提高再生料的综合性能，特别是确保再生料具有良好的抗侵蚀性，控制水泥加入量，以减少CaO对抗侵蚀性产生的负面影响，水泥3％以下较好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在生产铁沟料时加入一部分用后主沟料，可大幅度降低铁沟料的成本，同时，通过精心调整配方，使配成的主沟料具有足够的强度和良好的抗侵蚀性，可满足主沟铁线的使用要求。这样，不仅降低了铁沟料的成本和吨铁耐火材料成本，而且节省了有限的耐火原料资源，对循环经济和环境保护，具有十分积极的意义。

具体实施方式

以下是本发明实施例1-3的具体说明。

表1列出了发明例和比较例的配比。编号0为比较例，没有用后料掺入，编号1、2和3的用后料加入量分别为25％、50％和75％。随着用后料加入量的增加，再生料的加水量逐步增加，但增加幅度并不很大，即便是编号3，其加水量仍然在正常的浇注料加水量范围内。

表1                                       wt％

项目		比较例	发明例
						编号		0	1	2	3
电熔致密刚玉	8-5	18	18	18
						5-3	12	12	5
	3-1	28	3
						1-0	15	15
	用后主沟料	8-5									18
5-3								7	12
		3-1		25	28					30
1-0								15	15
		碳化硅细粉		14	16					13	10
氧化铝微粉						7	4	7	10
		氧化硅微粉		2	2					3	3
沥青						2	3	2	1
		纯铝酸钙水泥		2	2					2	3
β-萘磺酸盐甲醛缩合物(外加)						0.1	0.15	0.15	0.2
		加水量		4.2	4.5					5.0	5.4

由于分散剂的加入量很少，所以一般不计入100％的比例，而是以外加的形式计。

表2列出了发明例和比较例的性能。随着用后料的加入，再生料的性能有所下降，这主要反映在常温性能上。高温烧后的强度并不差，虽然再生料的体积密度降低了，但显气孔率增加并不很多，即便是加入用后料75％的编号3，也具有良好的高温性能。因为用后料中含有一定的SiC和C，所以随着用后料加入量的增加，再生料的SiC和C含量增加，这有利于改善抗侵蚀性。

表2

项目		比较例	发明例
						编号		0	1	2	3
体积密度(g/cm3)	110℃×24h	3.11	3.03	2.89	2.84
						显气孔率(％)	11	12	15	15
抗折强度(MPa)		5.6	4.9	3.0	2.6
						耐压强度(MPa)	27.2	20.2	16.7	12.9
体积密度(g/cm3)		1450℃×24h(埋碳)	3.12	3.01	2.87						2.84
	显气孔率(％)					15.3	17	18	18
耐压强度(MPa)			98.7	75.1	103.2					90.0
	化学成分(wt％)					Al2O3	80.5	78	71.5		71
SiC		13.5	15	19.5	20
						C	2	2	3.5	3.5

表3列出了证明发明效果的指数。同时采用侵蚀指数和成本指数可以反映铁沟料的好坏。以比较例为基准，相对侵蚀指数越大，说明抗侵蚀性越差；相对成本指数越低，说明材料的成本越低。显然，用后料加入越多，成本越低，当用后料加入50％以上时，再生料的成本不到原来的一半。编号2、3虽然侵蚀相对快些，但具有很强的成本优势。

表3

项目	比较例	发明例
					编号	0	1	2	3
相对侵蚀指数	100	107	124	127
					相对成本指数	100	80	51	23

备注：常规性能的测定按照国标进行，抗侵蚀性采用坩埚法，每个坩埚加入15g高炉渣，1500℃烧后测量侵蚀面积。

Claims (2)

1.一种低成本耐用高炉主沟料，其成分重量百分比为：

用后主沟料为主原料：25-75％；

以下为基质料：

碳化硅细粉：10-16％；

氧化铝微粉：4-10％；

氧化硅微粉：2-3％；

沥青：1-3％；

纯铝酸钙水泥：≤3％；

分散剂，外加：0.1-0.2％；

其余为骨料，骨料选自电熔致密刚玉、白刚玉、板状刚玉或亚白刚玉中的一种。

2.根据权利要求1所述的低成本耐用高炉主沟料，其特征在于，所述用后主沟料根据其粒度大小依次分级成8-5、5-3、3-1、1-0档，其中1-0档用后主沟料的重量百分比控制在15％以下。