CN102951909A - 一种无水炮泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无水炮泥及其制备方法，由下列原料组成：刚玉骨料15~25%，刚玉粉料10~20%，红石10~15%，碳化硅10~15%，氮化硅铁0~8%，可塑粘土12~16%，焦炭粉13~18%，高温沥青4~8%，外加硼砂或硼酸1~2%，外加焦油：14~20%。生产设备采用强力搅拌机，将上述原料配好后在搅拌机里先干混1~2分钟，然后边搅拌边加入焦油80~90%，搅拌2~10分钟后根据炮泥情况微调焦油加入量，再继续搅拌15~30分钟，用挤泥机压制成型。本发明炮泥具有良好的快速烧结性和高温性能，烧后收缩较小，应用过程中减少了大潮泥、断铁口、长时间喷溅、快速扩孔等不良现象。采用新的生产工艺，保证了产品质量的长期稳定，炮泥具有良好的作业性和使用性能。

Description

一种无水炮泥及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料和冶金技术领域，涉及高炉出铁口用高性能无水炮泥及其制备方法。尤其涉及一种基于焦油-沥青结合的Al₂O₃-SiO₂-SiC-C质的高性能无水炮泥及其新制备工艺。

背景技术

炮泥是高炉冶炼过程中，关系到高炉是否顺利运行的一种关键耐火材料。

随着我国钢铁工业的快速发展，高炉不断向大型化、长寿化、强化冶炼方向发展，对出铁口无水炮泥性能的要求越来越高。如今要求其具备多个性能：良好的作业性（充填性、开口性）、透气性、烧结性、新旧炮泥的结合性、耐侵蚀性和抗冲刷性等，尤其是要求出铁过程喷溅时间短、扩孔速度慢。设计炮泥配方的过程中，在满足某些性能要求时，难免对别的某些性能要求有所不利，为了尽可能实现所有要求，必须引入多种组分并限制其加入量（如结合剂、烧结剂，膨胀剂、抗蚀剂等），最终取得一个较好的平衡。

为了提高炮泥的透气性而引入了大量的焦炭，为了提高炮泥抗冲刷磨损性引入了碳化硅，这些都导致炮泥烧结性能差，主要靠结合粘土等的烧结产生中温强度，早期强度低；若大量引入粘土则导致烧结收缩大、产生断铁口、降低高温强度。长期以来，提高炮泥的烧结性能和高温性能，以及减少炮泥烧后收缩是炮泥工作者的重要目标之一。

从生产工艺方面看，传统炮泥都是运用轮碾机、依靠碾压而成，若碾压时间短，则混料不充分，而长时间碾压则容易把颗粒压碎，改变颗粒级配。此外轮碾式生产炮泥经常混料不均匀，导致产品性能波动较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能无水炮泥及其制备方法。这种炮泥具有良好的快速烧结性和高温性能，烧后收缩较小，应用过程中减少了大潮泥、断铁口、长时间喷溅、快速扩孔等不良现象。采用的新型生产工艺，保证了产品质量的长期稳定，炮泥具有良好的作业性和使用性能。

本发明的无水炮泥是基于焦油-沥青结合的Al₂O₃-SiO₂-SiC-C体系，由下列原料按质量百分比组成：

刚玉骨料：15~25%

刚玉粉料：10~20%

红石：10~15%

碳化硅：10~15%

氮化硅铁：0~8%

可塑粘土：12~16%

焦炭粉：13~18%

高温沥青：4~8%

硼砂或硼酸（外加）：1~2%

焦油（外加）：14~20%。

其中，刚玉骨料的粒度包含3~1mm和1~0.088mm两种；刚玉粉料包含刚玉细粉和氧化铝微粉两种；红石的粒度为3~0.088mm；碳化硅的粒度包含1~0.088mm和细粉两种。

本发明的无水炮泥的制备工艺是：生产设备采用强力搅拌机，将上述原料按质量百分比配好后，在搅拌机里先干混1~2分钟，然后一边搅拌一边加入焦油，为防止焦油过量，先加入所需用量的80~90%，搅拌2~10分钟后根据炮泥情况微调焦油加入量，再继续搅拌15~30分钟，最后用挤泥机压制成型。

泥料搅拌过程中，可以将搅拌机转子转速定在500-700r/min，搅拌终了的泥料温度控制在45~60℃，压缩值控制在9~11mm，马夏值控制在600~1200KPa之间。

本发明无水炮泥中各种组分的主要作用简述如下。

1）刚玉骨料和粉料：刚玉的耐高温性能非常好，具有很好的抗高温铁水侵蚀和冲刷磨损的性能。粗颗粒起到骨架作用，粉料能提高炮泥的强度和高温性能。

2）碳化硅：碳化硅的硬度非常高，耐磨性能好，抗渣侵蚀性好，添加一部分碳化硅的颗粒和细粉有利于提高炮泥的抗侵蚀和抗冲刷性。

3）焦炭粉：主要是提高炮泥的透气性能和开口性能。

4）可塑粘土：主要是利用其可塑性，提高炮泥的作业性能，此外，粘土具有很好的烧结性能，是炮泥中温强度的重要来源之一。

5）高温沥青：在炮泥中可起到中、低温结合剂作用，其加入量对无水炮泥的物理性能和作业性能影响很大。

6）红石：一种盛产于中国河南省的红色矿物，主要成分为SiO₂，其次为Al₂O₃及少量其它氧化物，作为炮泥的膨胀剂，效果良好。它烧结性较好，高温下产生的膨胀有利于炮泥的体积稳定性，可以提高新旧炮泥的结合性。 

7）氮化硅铁：氮化物具有难以被铁渣浸润的作用；由于铁的存在，高温下能促进氮化硅与碳的反应，对强化炮泥基质有所裨益。

8）硼砂、硼酸：硼砂是一种常用的助熔剂和烧结剂，它在878℃时熔化，其熔体中含有酸性氧化物B₂O₃；硼酸高温下分解成硼酐（即B₂O₃）。B₂O₃熔点450℃，与SiO₂共熔点372℃，可使炮泥较低温度下产生液相，促进烧结，而在高温下B₂O₃与氧化铝形成A₂B、A₉B₂，前者1035℃发生熔融分解，而后者熔点则高达1965℃。因此，硼砂等物质在炮泥中可起到间接液相烧结作用。此外，添加硼砂等，可在中温下与碳形成B₂O₃-C固熔体，提高中温强度。

本发明的主要创新点和有益效果是：1）采用产量丰富、价格低廉、烧结性能良好、膨胀效果显著的红石作为膨胀剂；2）引入硼砂或硼酸作为高效助烧结剂，炮泥热态强度高；3）采用比传统的碾泥机更先进的强力搅拌设备，可实现高速分散，生产工艺先进，产品稳定性好，避免传统泥碾工艺中由于长时间碾压而破坏原来设计的粒度配比。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。

实施例1：按以下原料配比进行配料：3~1mm的棕刚玉13%，1~0.088mm的棕刚玉12%，棕刚玉细粉10%，1~0.088mm的碳化硅5%，碳化硅细粉10%，焦炭粉13%，可塑粘土12%，红石15%，氮化硅铁4%，高温沥青6%，外加硼砂2%和焦油18%。

将上述原料在强力搅拌机里先干混2分钟，然后一边搅拌一边从加油孔加入焦油，搅拌5分钟后根据炮泥情况微调焦油加入量，再继续搅拌20分钟，用挤泥机压制成型。搅拌机转子转速为600r/min，搅拌终了的泥料温度为52℃，压缩值为9.5mm，马夏值为820KPa。

该炮泥的理化性能：200℃×72h的体积密度为1.99g/cm³，抗折强度为3.7MPa，耐压强度为16.8MPa；1000℃×3h的线变化为-1.06%，体积密度为1.96g/cm³，抗折强度为3.15MPa，耐压强度为15.3MPa；1450℃×3h的线变化为-0.92%，体积密度为1.98g/cm³，抗折强度为4.9MPa，耐压强度为29.7MPa，1400℃×2h的热态抗折强度为4.3MPa。

该炮泥在中国邯郸钢铁厂3200m³高炉上试验，效果令人满意，喷溅时间小于20分钟，出铁时长达130分钟以上。

实施例2：按以下原料配比进行配料：3~1mm的棕刚玉10%，1~0.088mm的棕刚玉10%，棕刚玉细粉13%，α-氧化铝微粉7%，碳化硅细粉9.8%，1~0.088mm的碳化硅0.2%，焦炭粉14%，可塑粘土14%，红石10%，氮化硅铁8%，高温沥青4%，外加硼砂1%和焦油19.6%。

将上述原料在强力搅拌机里先干混2分钟，然后加入90%焦油，搅拌5分钟后根据炮泥情况微调焦油加入量，再搅拌25分钟，搅拌机转子转速为700r/min，搅拌终了的泥料温度为56℃，压缩值为10mm，马夏值为900KPa。

该炮泥的理化性能：200℃×72h的体积密度为1.98g/cm³，抗折强度为3.4MPa，耐压强度为16.2MPa；1000℃×3h的线变化为-1.19%，体积密度为1.95g/cm³，抗折强度为3.6MPa，耐压强度为21.3MPa；1450℃×3h的线变化为-1.21%，体积密度为1.96g/cm³，抗折强度为6.2MPa，耐压强度为34.3MPa；1400℃×2h的热态抗折强度为4.1MPa。

该炮泥在中国宣化钢铁厂2500m³高炉上试验，效果良好，喷溅时间15分钟左右，出铁时长达120分钟以上。

实施例3：按以下原料进行配料：3~1mm的棕刚玉8%，1~0.088mm的棕刚玉7%，棕刚玉细粉10%，α-氧化铝微粉5%，1~0.088mm的碳化硅5%，碳化硅细粉10%，焦炭粉18%，可塑粘土16%，红石13%，高温沥青8%，外加硼酸1.5%、焦油14%。

将上述原料在强力搅拌机里先干混2分钟，然后加入焦油，再搅拌25分钟，搅拌机转子转速为500r/min，搅拌终了的泥料温度为50℃，压缩值为10mm，马夏值为950KPa。

炮泥的理化性能为：200℃×72h的体积密度为1.98g/cm³，抗折强度为3.8MPa，耐压强度为15.8MPa；1000℃×3h的线变化为-1.18%，体积密度为1.94g/cm³，抗折强度为4.3MPa，耐压强度为19.8MPa；1450℃×3h的线变化为-0.92%，体积密度为1.97g/cm³，抗折强度为6.0MPa，耐压强度为30.6MPa；1400℃×2h的热态抗折强度为3.5MPa。

该炮泥在中国承德钢铁厂2500m³高炉上使用，效果很好，喷溅时长15分钟以下，出铁时间达120分钟以上。

实施例4：原料中选用亚白刚玉部分或全部代替棕刚玉，其它与实施例1-3相同。

Claims (4)

1.一种无水炮泥，其特征在于，由下列原料按质量百分比组成：

刚玉骨料：15~25%

刚玉粉料：10~20%

红石：10~15%

碳化硅：10~15%

氮化硅铁：0~8%

可塑粘土：12~16%

焦炭粉：13~18%

高温沥青：4~8%

外加硼砂或硼酸：1~2%

外加焦油：14~20%。

2.如权利要求1所述的无水炮泥，其特征在于，所述刚玉骨料的粒度包含3~1mm和1~0.088mm两种；刚玉粉料包含刚玉细粉和氧化铝微粉两种；红石的粒度为3~0.088mm；碳化硅的粒度包含1~0.088mm和细粉两种。

3.一种权利要求1所述无水炮泥的制备方法，其特征在于，生产设备采用强力搅拌机，将权利要求1所述各原料配好后，在搅拌机里先干混1~2分钟，然后一边搅拌一边加入焦油，先加入所需用量的80~90%，搅拌2~10分钟后根据炮泥情况微调焦油加入量，再继续搅拌15~30分钟，最后用挤泥机压制成型。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将搅拌机转子转速定在500~700r/min，搅拌终了的泥料温度控制在45~60℃，压缩值控制在9~11mm，马夏值控制在600~1200KPa之间。