CN103214257A - 一种新型出铁口炮泥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型出铁口炮泥，包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉5～25份，高铝骨料5～25份，氮化硅结合碳化硅10～30份，氮化硅铁2～3份，焦粉5～15份，粘土8～20份，鳞片石墨1～5份，叶腊石5～10份，绢云母4～7份，铝镁尖晶石5～10份，活性氧化铝微粉2～4份，金属粉1～3份，外加复合结合剂15～20份，复合结合剂包括焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂，复合结合剂中焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂的体积比例为1：3:1。本发明通过采用焦油和酚醛树脂混合的复合结合剂，产生烟气少，达到与焦油结合同样的可塑性，开口性能良好，抗压抗热震性能良好，粘附强度高，可以延长出铁口深度和保护炉缸，延长出铁时间，减少每天出铁次数。

Description

一种新型出铁口炮泥

【技术领域】

本发明涉及耐火材料的技术领域，特别是出铁口炮泥的技术领域。

【背景技术】

在高炉运行中，炮泥是最重要的材料之一，最近几年，围绕高炉长寿的研究不断深入，对炮泥的性能提出了更高的要求。以前是将堵出铁口和稳定出铁作为炮泥的重要功能，但是，现在的高炉寿命达到10-20年，必须尽量减轻出铁口周围炉底侧壁砖衬的局部损毁，即通过延长出铁口深度，抑制炉内渣铁的环流，从而保护炉缸。因此，炮泥的主要功能有以下三方面：（一）堵出铁，要求炮泥具有良好的充填性和烧结性：（二）稳定出铁，要求炮泥易开孔和耐侵蚀；（三）保护炉缸，要求炮泥迅速加热时没有裂纹，并且新旧炮泥的结合强度高。

目前市场上的炮泥主要有两种，分别是焦油系的炮泥和树脂系的炮泥。焦油因其成本低、生产工艺简单而被广泛用于炮泥的结合剂，低挥发份和高挥发份的焦油都可以制备炮泥。选用低软化点焦油时，在室温下炮泥可以保持有塑性，但由于这种焦油中含有大量的轻油和萘，因此其高温强度低，为了解决该问题，使用含油很少的高软化点焦油制备炮泥，然而，这种炮泥稍经冷却后就立即硬化，不利于挤泥。

因此，这种焦油系统炮泥的使用存在下列局限性：（1）这种材料的高温抗折强度不足以承受高顶压操作，这是因为其β树脂含量低；（2）挥发物挥发期间必须将炮泥对准出铁口较长一段时间后，出铁口炮泥才发生硬化；（3）焦油沥青结合粘土后易于分布在炉子的内衬上，故不能将邻近出铁口内端的焦炭推到一边而形成“蘑茹状”；（4）焦油挥发时冒出黑烟，污染环境。

为了改善环境及改进炮泥的作业性能，开发了树脂系炮泥，己经试用了两种树脂，分别为甲阶酚醛树脂和线型酚醛树脂，甲阶酚醛树脂属于热硬性，该树指在温度刚高于25℃时易于发生硬化的倾向而限制了它的用途。线型酚醛树脂属于热塑性，固化开始温度较高，但因其润湿性较低，因而要求较大的用量才能达到与甲阶酚醛树脂同样的润湿效果，这样又会加速固化速度。而较快的固化速度，使炉墙耐火材料与炮泥之间，以及炮泥相挨的层之间的粘合性被破坏，则出铁口的长度不能延伸，不利于延长出铁时间，树脂系炮泥有如下缺点：（1）与高温物体的粘附性差，出铁口深度不能延长；（2）炮泥硬化快，有在炮内固化的危险，报废的炮泥较多；（3）有耐用性低的趋势；（4）不能保护炉底砖衬。

综上所述，传统炮泥具有以下缺点：（1）产生烟气多；（2）可塑性不高，不易开口，抗压抗热震性能差；（3）粘附强度低；（4）出铁时间短，不能保证出铁口深度。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种新型出铁口炮泥，可以减少烟气产生，可塑性好，开口性能良好，，抗压抗热震性能良好，粘附强度高，可以延长出铁口深度和保护炉缸，延长出铁时间，减少每天出铁次数。

为实现上述目的，本发明提出了一种新型出铁口炮泥，包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉5～25份，高铝骨料5～25份，氮化硅结合碳化硅10～30份，氮化硅铁2～3份，焦粉5～15份，粘土8～20份，鳞片石墨1～5份，叶腊石5～10份，绢云母4～7份，铝镁尖晶石5～10份，活性氧化铝微粉2～4份，金属粉1～3份，外加复合结合剂15～20份，所述复合结合剂包括焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂，复合结合剂中焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂的体积比例为1：3:1。

作为优选，所述所述刚玉为棕刚玉。

作为优选，所述棕刚玉的粒径为2～4mm，组成炮泥的粗颗粒比例增加，可降低炮泥的挤出压力，作业性好，加热后气孔率低。

作为优选，所述金属粉可以金属硅粉和铝粉中的一种或者两种，金属粉的作用是促进炮泥的快速烧结，并且可以明显提高炮泥的抗压、抗折的强度，另外这些金属粉还可以起到抗氧化作用。

作为优选，所述氮化硅铁中含有78～82%的氮化硅和18～22%的铁。

作为优选，所述改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂中硅含量为8～12%，具有有机和无机材料的双重特点，可在很宽的温度范围（-60～+1200）内保持理化性质不变。

作为优选，所述有机溶剂为丙酮，使得焦油和有机硅改性酚醛树脂更好的混合。

一种新型出铁口炮泥的制备方法，包括以下步骤：

a）将5～25份刚玉、5～25份高铝骨料、10～30份氮化硅结合碳化硅、2～3份氮化硅铁、5～15份焦粉、8～20份粘土、1～5份鳞片石墨、5～10份叶腊石、4～7份绢云母、5～10份铝镁尖晶石、2～4份活性氧化铝微粉、1～3份金属粉均匀混合后送入碾压机；

b）将焦油、有机硅改性酚醛树脂和有机溶剂丙酮按照体积比1:3:1的比例配制复合结合剂，并搅拌使得焦油和有机硅改性酚醛树脂充分混匀；

c）加入复合结合剂，与干料原料一起在碾压机中碾压并搅拌：在50～65℃温度下进行混碾，混碾30～45分钟；

d）将混碾后的炮泥放入挤泥机中挤压成型。

本发明的有益效果：本发明通过采用焦油和酚醛树脂混合的复合结合剂，产生烟气少，达到与焦油结合同样的可塑性，开口性能良好，抗压抗热震性能良好，粘附强度高，可以延长出铁口深度和保护炉缸，延长出铁时间，减少每天出铁次数。

【具体实施方式】

实施例一：

新型出铁口炮泥，包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉8份，高铝骨料9份，氮化硅结合碳化硅20份，氮化硅铁3份，焦粉12份，粘土16份，鳞片石墨2份，叶腊石8份，绢云母5份，铝镁尖晶石10份，活性氧化铝微粉4份，金属粉3份，外加复合结合剂15份，其中焦油3份，有机硅改性酚醛树脂9份，有机溶剂丙酮3份，金属粉为金属硅粉。上述炮泥采用下述制备方法：将各干料原料均匀混合后，加入复合结合剂，与干料原料一起在碾压机中碾压并搅拌，在50℃温度下进行混碾，混碾30分钟，将混碾后的炮泥放入挤泥机中挤压成型。

实施例二：

新型出铁口炮泥，包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉17份，高铝骨料12份，氮化硅结合碳化硅21份，氮化硅铁2份，焦粉6份，粘土12份，鳞片石墨2份，叶腊石6份，绢云母4份，铝镁尖晶石8份，活性氧化铝微粉3份，金属粉2份，外加复合结合剂18份，其中焦油3.6份，有机硅改性酚醛树脂10.8份，有机溶剂丙酮3.6份，，金属粉为金属铝粉。上述炮泥采用下述制备方法：将各干料原料均匀混合后，加入复合结合剂，与干料原料一起在碾压机中碾压并搅拌，在55℃温度下进行混碾，混碾40分钟，将混碾后的炮泥放入挤泥机中挤压成型。

实施例三：

新型出铁口炮泥，包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉20份，高铝骨料18份，氮化硅结合碳化硅24份，氮化硅铁3份，焦粉5份，粘土12份，鳞片石墨2份，叶腊石2份，绢云母4份，铝镁尖晶石6份，活性氧化铝微粉2份，金属粉2份，外加复合结合剂20份，其中焦油4份，有机硅改性酚醛树脂12份，有机溶剂丙酮4份，，金属粉为金属硅粉和金属铝粉，两者比例为1:1。上述炮泥采用下述制备方法：将各干料原料均匀混合后，加入复合结合剂，与干料原料一起在碾压机中碾压并搅拌，在60℃温度下进行混碾，混碾45分钟，将混碾后的炮泥放入挤泥机中挤压成型。

上述实施例1～3的性能检测结果见下表，使用后情况如下：产生烟气少，达到与焦油结合同样的可塑性，开口性能良好，抗压抗热震性能良好，粘附强度高，可以延长出铁口深度和保护炉缸，延长出铁时间，减少每天出铁次数。

下面为本发明中的各原料组成、性质及作用的详述：

棕刚玉

棕刚玉，其Al₂O₃含量在94.5%～97%，具有硬度高，韧性大，价格比较低廉，提高了原料中Al₂O₃的含量，使炮泥的抗渣侵蚀性能显著提高，不但允许延长出铁时间，而且降低了炮泥单耗。

高铝骨料

高铝骨料在堵铁口炮泥中，高铝骨料起骨架作用，属致密质耐火颗粒原料，粒径在3mm左右，其化学成分要求Al₂O₃≥80%、Fe₃O₄≤2.0%、MgO+CaO≤0.5%、吸水率≤5%，耐火度达到1770℃，堵铁口炮泥的强度并不取决于骨料粒径的增大，相反，在保证一定的塑性前提下，粒径越小越好。

焦油

焦油作为炮泥的结合剂起着非常重要的作用，并使得炮泥具有良好的可塑性，在高温能形成碳结合，使得炮泥在高温下保持一定强度，且焦油的价格便宜，可以降低炮泥的成本。

改性酚醛树脂

本发明中的改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，其通过使用有机硅单体与线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生反应来改进酚醛树脂的耐热性，有机硅树脂以Si-O-Si为主链，硅原子上连接有有机基团的交联型半无机高聚物，具有有机和无机材料的双重特点，可在很宽的温度范围（-60～+1200）内保持理化性质不变。

有机溶剂

本发明中所采用的有机溶剂为丙酮，因为焦油和改性酚醛树脂的亲和性较差，均匀混合较为困难，为了使两者较好的混合，我们选用有机溶剂丙酮作为载体，使二者混合更加均匀。

氮化硅结合碳化硅

一种新型高级耐火材料，质地坚硬，莫氏硬度约为9，在非金属材料中属于硬度材料，仅次于金刚石，氮化硅结合碳化硅制品的常温强度高，在1200～1400℃高温下，几乎保持与常温相同时间的强度和硬度，随着使用气氛的不同，最高安全使用温度可达到1650-1750℃，热膨胀系数小，相比碳化硅等制品热导率高，不易产生热应力，具有良好热震稳定性，使用寿命长，高温抗蠕能力强，耐腐蚀，耐极冷极热、抗氧化，提高了炮泥的高温强度，降低了出铁次数，延长了每次除铁的时间。

氮化硅铁

一种氮化硅和铁的混合物，通常这种混合物种含有75～80%的氮化硅，12～17%的铁，游离的Si不大于1%，有研究表明，在Fe存在的条件下，在1200℃以上，特别是1400～1500℃，无论是Al₂O₃还是SiO₂质炮泥，其中Fe为反应媒介，使得Si₃N₄与Fe和C反应，生成SiC结合，强化了基质，同时生成N₂和CO气体，可防止炉渣侵入，减小摩擦作用。

鳞片石墨

一种天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，鳞片结晶完整，片薄且韧性好，物理化学性能优异，具有良好的耐温性、自润滑性、热传导性、导电性、抗热震性、耐腐蚀性等性能，且石墨本身具有润滑作用，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。同时由于石墨的不浸润性，它不容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。

叶腊石

一种含水的铝硅盐酸矿物，主要由石英、高岭土、绢云母组成，与一般硅酸盐原料不同，叶腊石矿物材料在烧结前，在一定温度内会产生膨胀，它在温度巨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。而且添加叶腊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。

绢云母

绢云母在中、低温区域内其烧结作用，可提高炮泥的中温强度，另外使得炮泥具有可塑性。

粘土

粘土主要利用其本身的可塑性，是制作的炮泥有柔软性，便于炮泥的挤出，在高、中起烧结作用，并使炮泥在中温时有烧结强度。

焦粉

一种焦化厂煤的干馏产物，主要是保持炮泥良好的开口性能。

铝镁尖晶石

铝镁尖晶石在高温下借助轻烧镁粉的反应活性促进Al₂O₃、MgO反应而生产，是一种性能优良的耐火原材料，它的熔点高达2135℃，化学稳定性好，对酸碱都有一定的适应性，抗FeO熔渣能力强，也具有较好的抗热震稳定性，其分布在颗粒周围和基质中，改善了炮泥的抗侵蚀、抗熔渣和热震性能。

活性氧化铝微粉

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，增加炮泥的致密性。

金属粉

金属粉起到了促进炮泥的快速烧结，可以明显提高炮泥的抗折、耐压强度。在本发明中加入的金属粉是金属硅和金属铝粉的任意一种或两种同时加入，另外这些金属粉还可以起到防氧化作用，在一定程度上保护了炮泥中的碳化硅和碳质原料。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型出铁口炮泥，其特征在于：包括以下组分且各组分质量比例为：刚玉5～25份，高铝骨料5～25份，氮化硅结合碳化硅10～30份，氮化硅铁2～3份，焦粉5～15份，粘土8～20份，鳞片石墨1～5份，叶腊石5～10份，绢云母4～7份，铝镁尖晶石5～10份，活性氧化铝微粉2～4份，金属粉1～3份，外加复合结合剂15～20份，所述复合结合剂包括焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂，复合结合剂中焦油、改性酚醛树脂和有机溶剂的体积比例为1：3:1。

2.如权利要求1所述的采用新型出铁口炮泥，其特征在于：所述刚玉为棕刚玉。

3.如权利要求2所述的采用新型出铁口炮泥，其特征在于：所述棕刚玉的粒径为2～4mm。

4.如权利要求1所述的新型出铁口炮泥，其特征在于：所述金属粉可以金属硅粉和铝粉中的一种或者两种。

5.如权利要求1所述的新型出铁口炮泥，其特征在于：所述氮化硅铁中含有78～82%的氮化硅和18～22%的铁。

6.如权利要求1所述的新型出铁口炮泥，其特征在于：所述改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂中硅含量为8～12%。

7.如权利要求1所述的新型出铁口炮泥，其特征在于：所述有机溶剂为丙酮。

8.上述新型出铁口炮泥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）将5～25份刚玉、5～25份高铝骨料、10～30份氮化硅结合碳化硅、2～3份氮化硅铁、5～15份焦粉、8～20份粘土、1～5份鳞片石墨、5～10份叶腊石、4～7份绢云母、5～10份铝镁尖晶石、2～4份活性氧化铝微粉、1～3份金属粉均匀混合后送入碾压机；

b）将焦油、有机硅改性酚醛树脂和有机溶剂丙酮按照体积比1:3:1的比例配制复合结合剂，并搅拌使得焦油和有机硅改性酚醛树脂充分混匀；

c）加入复合结合剂，与干料原料一起在碾压机中碾压并搅拌：在50～65℃温度下进行混碾，混碾30～45分钟；

d）将混碾后的炮泥放入挤泥机中挤压成型。