CN103242048B

CN103242048B - 一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料

Info

Publication number: CN103242048B
Application number: CN201210027086.8A
Authority: CN
Inventors: 夏欣鹏; 甘菲芳; 陶卫忠; 朱锦明; 居勤章
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: CN103242048A

Abstract

本发明提供一种高炉炉缸维修用的环保型碳质压入料。本发明组分按重量百分计(wt％)：电极石墨15～35％、鳞片石墨20～32％，碳化硅4～11％、石英砂5～15％，碳化硼1.0～3.0％，环保改性焦油24～35％。各组分之和为100％。将上述各种干性原料按所述的比例称重配料，混合均匀，再加入液态结合剂搅拌均匀，经密封包装后，可在生产现场应用。本技术发明的碳质压入料流动性、填充性好，致密度、强度高，导热性能高，抗熔融铁水、渣侵蚀性好，抗高温气流冲刷，抗氧化性好，特别有利于高炉寿命提高和安全生产；该压入料含苯并芘等有毒有害物质少，有利于环保。

Description

一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料

技术领域

本发明涉及一种高炉维修用的环保型碳质压入材料，属炼铁耐火材料技术领域。

背景技术

高炉在生产过程中，尤其是进入炉役的中后期，炉体内衬会出现不同程度的损坏，出现炉壳红热或冷却壁烧损、煤气窜漏等现象。因此炉役中后期对炉体的及时维护是高炉长寿生产的重要保障，其中科学的炉体维修技术是延长高炉寿命的主要手段之一。炉身压入维修作为延长高炉寿命的一项技术已被国内外企业广泛应用，对稳定安全生产起到了促进和保障作用。压入料的应用必须根据炉内不同部位和不同的内衬情况选择不同材质体系的耐火材料。

高炉在生产过程中，炉衬耐火材料会逐渐损坏，炉壳局部温度升高，炉皮发红，炉内煤气从炉衬缝隙窜漏到炉衬、冷却壁、炉壳之间并形成气体通道，这时需要停炉检修。在炉缸部位只能通过炉壳外部开孔压入修补料方式进行维修，炉缸部位主要是采用碳砖作为炉衬，所以相应采用碳质压入修补料。

压入料必须有良好的流动性能，能够在一定的压力下，使压入料填充到任何有空隙的地方，而这种良好的作业赋予性主要靠加入的有机结合剂例如液态焦油或树脂。但树脂受热硬化较快，作业时间较难保证，而且不能长期存放，不利随时抢修使用。而普通焦油可以避免上述缺点，但焦油残碳率低，挥发份高，对材料整体性能影响较大，而且有毒有害物质高。

从专利及文献检索来看，压入料采用过的结合剂分别有：磷酸盐、硅酸盐、水泥、树脂、焦油及溶胶。采用的耐火原材料包括矾土、刚玉、焦宝石、碳化硅、氧化铬及无烟煤等碳质材料。由于施工性能对压入材料很重要，一般压入料都加入大量的液态结合剂，保证材料有足够的流动性和压入特性，但这样会使材料的挥发分偏高，造成压入料在应用过程中收缩很大，就不能够很好地填充空隙，并影响传热效果，因此结合剂的性能及质量对压入料有重要影响。目前普遍应用的结合剂基本都是普通焦油或树脂。焦油是炼焦工业煤热解生成的粗煤气中的产物之一，在常温常压下其产品呈黑色粘稠液状，具有特殊臭味，主要由多环芳香族化合物组成，主要有1-甲基萘、2-甲基萘、苊、芴、氧芴、蒽、菲、咔唑、莹蒽、喹啉、芘等。在400℃以下陆续有轻油、酚油、萘油、洗油、蒽油等挥发出来。焦油中苯的危害最为严重，尤其是蒸汽，即苯的挥发物，吸入和接触都中毒，苯致癌主要引起细胞变异产生癌细胞。美国环保署将15种多环芳烃列为致癌芳烃，并规定了其中最重要的致癌物——苯并芘(BaP)的排放控制浓度，德国对于焦油沥青中含有的BaP的规定最为严格，小于50×10^-4％。澳大利亚要求焦油中苯并芘必须小于2000ppm。我国居住区空气质量中对苯并芘含量的控制(GB18054-2000)为0.005μg/m³，二级空气标准(GB3095-1996)平均最高允许浓度为0.01μg/m³。而我国对于耐火材料中用的焦油等结合剂有毒有害物质含量没有具体规定，经实测苯并芘含量通常在10000ppm左右，大大超出了国际上普遍标准。酚醛树脂是苯酚和甲醛合成的一类有机物，在600℃以下，陆续有H₂O、酚、甲醛、CO、CO₂、CH₄、甲酚、二甲苯酚等气态物质排出，其中不少对人体有害。目前还未有采用环保型有机结合剂制备高炉维修用压入料的报道。现有技术中，由于加入大量的液态有机结合剂(35％以上)，在应用过程中高温下，会有大量挥发份逸出，材料收缩严重或在材料中形成空隙，不仅材料耐用性、强度下降，而且影响了压入料的导热性能，就不能有效地解决炉壳红热、煤气窜漏等问题。

中国专利CN 1654431A“用于压入修补的耐火材料及制备方法”介绍了一种修补炉衬的压入料，所含组分耐火材料20～80份，有机结合剂3～35份，添加剂1～10份。耐火材料组分为高铝矾土、焦宝石、刚玉、粘土、碳化硅、碳素材料中二种及二种以上的材料混合物；有机结合剂是有机硅树脂10～20份、焦油0.01～10份、热塑性酚醛树脂60～80份的混合物；添加剂是氧化二锂0.05～5份、三氧化二硼0.05～4％。用于修补耐火炉衬。其中的有机结合剂还是不可避免地会带来环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用环保型结合剂的高炉碳质压入料，它具有良好的强度，抗铁水、渣侵蚀冲刷性能好、导热性能好，致密度更高的特点，同时作业性能优异，可以更好地解决高炉炉壳红热或冷却煤气窜漏等问题。

本申请专利技术的压入料主要用于高炉炉缸部位，要求有良好的导热性能，将炉内热量通过冷却壁传出从而保护炉缸。

一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述高炉炉缸维修用环保型碳质压入料包括组分(wt％)：

电极石墨15～35％、

鳞片石墨20～32％，

碳化硅4～11％、

石英砂5～15％，

碳化硼1.0～3.0％，

环保改性焦油24～35％。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述保型改性焦油的性能要求残碳≥32wt％，30℃粘度＜1000mPa.s，苯并芘含量＜450ppm。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述加入的鳞片石墨C＞98.5wt％。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述电极石墨(1-0mm)为颗粒状，加入的电极石墨C＞96.5wt％。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述碳化硅为细粉(＜0.074mm)，碳化硅原料要求化学成分SiC＞90wt％。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述加入的石英砂原料中化学成分SiO₂＞96wt％。

根据本发明的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述抗氧化剂碳化硼(B₄C)中，化学成分B₄C＞97wt％.

所述抗氧化剂碳化硼(B₄C)的莫氏硬度9.36，导热系数100℃为121.4w/m.k。是含碳耐火材料中优异的抗氧化剂，可以提高耐火材料的强度和耐侵蚀性。加入的总配料量重量的1.0～3.0wt％，碳化硅原料要求化学成分B₄C＞97wt％。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，结合剂采用一种环保型改性焦油，其苯并芘含量小于450ppm，是普通焦油的4.5％，在国际上严格标准之内；其残碳含量比普通焦油提高50％，达到残碳率32％，这样的焦油挥发份少，有利于提高材料的强度和致密度。

另外，所述环保型改性焦油完全烧结的干点温度在400℃以下，而普通焦油在400℃时只有＜50％的馏出物，这说明环保改性焦油的烧结性好，有利于压入料在低温时快述烧结，形成一定强度。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，为保证施工性能，环保型改性焦油加入量24～35wt％，性能要求残碳≥32wt％，30℃粘度＜1000mPa.s，苯并芘含量＜450ppm。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，压入料采用主原料之一是石墨材料。因为石墨导热性好，对高温铁水、熔渣不浸润，因此抗侵蚀渗透性好。细粉采用鳞片石墨粉(＜0.074mm)，加入的鳞片石墨C＞98.5％，加入量20～32wt％。颗粒采用电极石墨(1-0mm)，加入的电极石墨C＞96.5wt％，加入量15～35wt％。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，压入料采用了碳化硅细粉(＜0.074mm)。因为SiC具有高熔点(＞2200℃)，耐高温，耐侵蚀，高强度，高耐磨性能(莫氏硬度9.2)，线膨胀系数较小，热导率高等优点，在耐火材料中是抗渣侵蚀、冲刷性能很好的原料。加入的碳化硅原料总配料量的4～11wt％，碳化硅原料要求化学成分SiC＞90wt％。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，所述压入料加入石英砂(＜0.154mm)作为膨胀剂。自然界的石英砂通常以β-石英相存在，它在573℃可以转变为α-石英，有+0.82％的体积膨胀；α-石英在870℃可以转变为α-鳞石英，有+16.0％的体积膨胀；α-石英在1050℃可以转变为α-方石英，有+15.4％的体积膨胀；α-鳞石英在1470℃可以转变为α-方石英，有+4.7％的体积膨胀。因此在耐火材料使用过程中的温度下，它都能不断有体积膨胀，这正好可以抵消部分压入料在烧结过程中的收缩，增加压入料的致密度、填充性和强度。加入的石英砂原料总配料量的5～15wt％，要求化学成分SiO₂＞96％。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，所述技术中加入抗氧化剂碳化硼(B₄C)。它的莫氏硬度9.36，导热系数100℃为121.4w/m.k。是含碳耐火材料中优异的抗氧化剂，可以提高耐火材料的强度和耐侵蚀性。加入的总配料量重量的1.0～3.0wt％，碳化硅原料要求化学成分B₄C＞97％。

将上述各种干性原料按所述的比例称重配料，混合均匀，再加入液态结合剂搅拌均匀，经密封包装后，可在生产现场应用。

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，炮泥的原料组成搭配合理，不同原料分别起着不同的作用，使压入料具有良好的综合性能。

与现有技术相比，根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料具有以下优点：

1)添加了高导性的碳素材料如鳞片石墨和电极石墨，保证了压入料的抗侵蚀渗透性能和导热性能。2)添加了碳化硅原料，提高了压入料的抗侵蚀性能和抗高温气流冲刷性能。3)采用了膨胀剂石英砂，提高了压入料的致密度、填充性和强度。4)添加了抗氧化剂碳化硼，使压入料抗氧化性好，提高压入料的强度，保护压入料中的碳化硅和碳质原料。5)采用了环保型改性焦油为结合剂，大大减少了有毒有害物质，并且烧结性能好，强度形成快。因此本技术发明的碳质压入料流动性、填充性好，致密度、强度高，导热性能好，抗熔融铁水、渣侵蚀性好，抗高温气流冲刷，抗氧化性好，特别有利于高炉寿命提高和安全生产；该压入料含苯并芘等有毒有害物质少，有利于环保。

具体实施方式

以下，具实施例具体说明本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料。

实施例

	实施例1	实施例2	实施例3
				电极石墨1-0mm	15	25	35
鳞片石墨＜0.074mm	32	26	20
				碳化硅＜0.074mm	11	8	4
石英＜0.154mm	15	10	5
				碳化硼＜0.044mm	3.0	2.0	1.0
环保改性焦油24～35	24	29	35

分析压入料的性能，材料测试方法参照耐火材料相应国标或行业标准。

压入料技术指标实测值

根据本发明的高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，具有良好的强度，抗铁水、渣侵蚀冲刷性能好、导热性能好，致密度更高的特点，同时作业性能优异，可以更好地解决高炉炉壳红热或冷却煤气窜漏等问题。

Claims

1.一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述高炉炉缸维修用环保型碳质压入料包括组分wt％：

电极石墨15～35％，

鳞片石墨20～32％，

碳化硅4～11％，

石英砂5～15％，

碳化硼1.0～3.0％，

环保改性焦油24～35％，

所述保型改性焦油的性能要求残碳≥32wt％，30℃粘度＜1000mPa.s，苯并芘含量＜450ppm。

2.如权利要求1所述的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述鳞片石墨＜0.074mm,C含量＞98.5wt％。

3.如权利要求1所述的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述电极石墨为粒度1-0mm的颗粒，加入的电极石墨C含量＞96.5wt％。

4.如权利要求1所述的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述碳化硅为＜0.074mm的细粉，碳化硅原料要求化学成分SiC＞90wt％。

5.如权利要求1所述的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，所述石英砂＜0.154mm，石英砂原料中化学成分SiO₂＞96wt％。

6.如权利要求1所述的一种高炉炉缸维修用环保型碳质压入料，其特征在于，在所述碳化硼B₄C中，化学成分B₄C＞97wt％。