CN103396136A - 特大型高炉用炮泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大型高炉用炮泥及其制备方法，该炮泥由粘结剂及以下重量份数的组分构成：棕刚玉：37～45重量份；粘土：10～15重量份；SiC：6～12重量份；Si₃N₄-Fe：10～16重量份；微孔添加剂：10～12重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉；复合炭素材料：8～12重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨；高温沥青：4～6重量份；所述粘结剂为蒽油。其制备方法为：按上述成分及重量份进行配料，混合均匀后再添加蒽油，经碾压，混练形成泥料；蒽油的加入量控制为使泥料的马夏值为1300～1500KPa，再经挤压、成型后即得。本发明制备的炮泥具有良好的综合性能，其强度高，平均孔径小，导热系数较好，耐渣铁侵蚀冲刷性能优良。

Description

特大型高炉用炮泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及高炉设备用材料，具体地指一种特大型高炉用炮泥及其制备方法。

背景技术

随着钢铁工业的迅速发展以及冶炼技术和装备水平的不断提高，高炉大型化的发展进程也随之加快。特大型高炉因其产量高，单次通铁量大，对炮泥质量的要求很高，要求炮泥有良好的耐渣铁冲刷和侵蚀性能。由于特大型高炉从开始出铁到出铁完毕约需2～3小时，因此铁口的扩孔速度需较小，铁水的流速需控制在合理范围，例如铁流速度<10吨/分钟。由于铁口从外到内，温度逐渐提高，大约从800℃升到1500℃，因此要求炮泥在该较宽的温度范围内都具有较高的强度。但目前使用的炮泥由于导热系数较小，在800℃的低温下的强度较低，适当提高炮泥的导热系数，可以促进铁口外侧炮泥升温烧结，从而提高炮泥强度。例如中国专利申请 “特大型高炉用出铁口炮泥”（CN 102399088A）提供了一种高炉炮泥，该炮泥组分按质量百分计为：棕刚玉25～50%，碳化硅5～20%，氮化硅铁7～25%，复合碳素材料15～30%，高岭土5～15%，复合耐火材料微粉3～7%，复合金属粉1～5%，各组分之和为100%。该炮泥虽然一定程度上提高了热震性、抗剥落性能和高温强度，但导热性能不好，低温强度较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特大型高炉用炮泥及其制备方法，该炮泥具有良好的综合性能，其强度高，平均孔径小，导热系数较好，耐渣铁侵蚀冲刷性能优良。

为实现上述目的，本发明的炮泥由粘结剂及以下重量份数的组分构成：棕刚玉：37～45重量份，其中1mm＜粒径≤3mm的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为40～55%，320目＜粒径≤1mm的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为20~30%，粒径≤320目的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为18~40%；粒径≤200目的粘土：10～15重量份；0mm＜粒径≤1mm的SiC：6～12重量份；Si₃N₄-Fe：10～16重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；所述Si₃N₄-Fe的粒径≤180目；微孔添加剂：10～12重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，所述Si粉在微孔添加剂中的重量百分比为60~80%，粒径≤320目，所述α-Al₂O₃粉在微孔添加剂中的重量百分比为20~40%，粒径≤5μm；复合炭素材料：8～12重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，所述焦炭粉在复合碳素材料中的重量百分比为75~90%，粒度为0mm＜粒径≤1mm，所述石墨在复合碳素材料中的重量百分比为10~25%，粒径≤100目；0mm＜粒径≤2mm的高温沥青（即环球法软化点为100~115℃的沥青）：4～6重量份；所述粘结剂为蒽油。

进一步地，所述粘土为广西白泥和环粘土的一种或两种。

进一步地，所述微孔添加剂中，Si粉在微孔添加剂中的重量百分比为70~80%，α-Al₂O₃粉在微孔添加剂中的重量百分比为20~30%。

本发明特大型高炉用炮泥的制备方法，按以下步骤进行：

（1）按上述组分及含量进行配料，混合均匀后再添加粘结剂蒽油，加入后进行碾压，混练形成泥料；

（2）加入粘结剂蒽油的量控制为使泥料的马夏值为1300～1500KPa，然后经挤压、成型后即得特大型高炉用炮泥。

与现有技术相比，该发明炮泥具有以下优点：

（1）本发明的炮泥由于引入了单质硅粉，炮泥在使用过程中，硅粉会与颗粒周围的碳、氧、氮等物质反应，生成大量的β-SiC(S)，SiO₂(S)及Si₂N₂O(S)等陶瓷凝聚相，来充填颗粒间隙或气孔，阻隔或封闭气孔，减小气孔直径，形成微气孔炮泥；α-Al₂O₃粉则一方面有利于实现原料颗粒的紧密堆积，降低炮泥的气孔率，同时提高<1μm孔容积率；另一方面可以促进β-SiC晶须的生长发育，从而阻隔和封闭气孔，提高微孔化指标。微气孔的形成大大提高了炮泥的抗渣铁侵蚀和冲刷能力。

（2）本发明提供的特大型高炉用微气孔炮泥，重要性能指标为：

耐压强度分别为：>32MPa(1400℃×3h) ，>12MPa(1100℃×3h)，>6MPa(800℃×3h)；抗折强度分别为：>10MPa(1400℃×3h)，>5MPa(1100℃×3h)，>3 MPa(800℃×3h)；平均孔径<1.0μm，<1μm孔容积>60%，铁水熔蚀指数<5%，炉渣侵蚀率<6%，体积密度>2.2，透气度<30，显气孔率<28%，导热系数>4W/mK。上述指标优于现有炮泥，在特大型高炉上的应用效果良好。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

本发明的特大型高炉用炮泥，其组分按重量份数为：

棕刚玉：37～45重量份，其中1mm＜粒径≤3mm的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为40～55%，320目＜粒径≤1mm的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为20~30%，粒径≤320目的棕刚玉在整个棕刚玉中的重量百分比为18~40%；

粒径≤200目的粘土：10～15重量份；

0mm＜粒径≤1mm的SiC：6～12重量份；

Si₃N₄-Fe：10～16重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；所述Si₃N₄-Fe的粒径≤180目；

微孔添加剂：10～12重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，所述Si粉在微孔添加剂中的重量百分比为60~80%，粒径≤320目，所述α-Al₂O₃粉在微孔添加剂中的重量百分比为20~40%，粒径≤5μm；

复合炭素材料：8～12重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，所述焦炭粉在复合碳素材料中的重量百分比为75~90%，粒度为0mm＜粒径≤1mm，所述石墨在复合碳素材料中的重量百分比为10~25%，粒径≤100目；

0mm＜粒径≤2mm的高温沥青（即环球法软化点为100~115℃的沥青）：4～6重量份；

所述粘结剂为蒽油。

将上述各种原料进行配料，混合均匀后再添加粘结剂焦油，加入后进行碾压，混练形成泥料，粘结剂的加入量控制为使泥料的马夏值为1300-1500KPa，再经过挤泥机挤压成型后，即可得到本发明的特大型高炉用炮泥。

实施例1：

一种特大型高炉用微气孔炮泥，其原料组成按重量份包括：

1mm＜粒径≤3mm的棕刚玉：18重量份；

320目＜粒径≤1mm的棕刚玉：10重量份；

粒径≤320目的棕刚玉：11重量份；

0mm＜粒径≤1mm的SiC：12重量份；

粒径≤180目的Si₃N₄-Fe：10重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；

粒径≤200目的粘土：13重量份，所述粘土为广西白泥和环粘土的混合物，其中广西白泥为8重量份，环粘土为5重量份；所述环粘土为购自武汉矿业公司的产品。

微孔添加剂：11重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，其中，粒径≤320目的Si粉重量百分比为60%，粒径≤5μm的α-Al₂O₃粉重量百分比为40%；

复合炭素材料：10重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，其中，0mm＜粒径≤1mm的的焦炭粉重量百分比为90%，粒径≤100目的石墨重量百分比为10%；

0mm＜粒径≤2mm的高温沥青：5重量份。

按上述组分及含量进行配料后，加入粘结剂蒽油，加入后进行碾压，混练形成泥料，粘结剂的加入量控制为使泥料的马夏值为1300～1500KPa，然后经挤压、成型，即得特大型高炉用炮泥。

实施例2：

一种特大型高炉用微气孔炮泥，其原料组成按重量份包括：

1mm＜粒径≤3mm的棕刚玉：18重量份；

320目＜粒径≤1mm的棕刚玉：10重量份；

≤320目棕刚玉：17重量份；

0mm＜粒径≤1mm的SiC：6重量份；

粒径≤180目Si₃N₄-Fe：11重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；

粒径≤200目的粘土：10重量份，所述粘土为广西白泥；

微孔添加剂：12重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，其中，粒径≤320目的Si粉重量百分比为80%，粒径≤5μm的α-Al₂O₃粉重量百分比为20%；

复合炭素材料：12重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，其中，0mm＜粒径≤1mm的焦炭粉重量百分比为85%，粒径≤100目的石墨重量百分比为15%；

0mm＜粒径≤2mm的高温沥青：4重量份。

按上述组分及含量进行配料后。加入粘结剂蒽油，加入后进行碾压，混练形成泥料，粘结剂的加入量控制为使炮泥的马夏值为1300～1500KPa，然后经挤压、成型，即得特大型高炉用炮泥。

实施例3：

一种特大型高炉用微气孔炮泥，其原料组成按重量份包括：

1mm＜粒径≤3mm的棕刚玉：20重量份；

320目＜粒径≤3mm的棕刚玉：10重量份；

粒径≤320目的棕刚玉：7重量份；

0mm＜粒径≤1mm的SiC：8重量份；

粒径≤180目的Si₃N₄-Fe：16重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；

粒径≤200目的粘土：15重量份，所述粘土为广西白泥和环粘土的混合物，其中广西白泥为9重量份，环粘土为6重量份；所述环粘土为购自武汉矿业公司的产品；

微孔添加剂：10重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，其中，粒径≤320目Si粉质量百分比为70%，粒径≤5μm的α-Al₂O₃粉质量百分比为30%

炭素复合材料：8重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，其中，0mm＜粒径≤1mm的焦炭粉的重量百分比为75%，粒径≤100目的石墨重量百分比为25%；

0mm＜粒径≤2mm的高温沥青：6重量份。

按上述组分及含量进行配料后。加入粘结剂蒽油，加入后进行碾压，混练形成泥料，粘结剂的加入量控制为使泥料的马夏值为1300～1500KPa，然后经挤压、成型，即得特大型高炉用炮泥。

耐火原料的配料中通常分为大颗粒、中颗粒与细粉三种，如本发明中1 mm＜粒径≤3mm的为大颗粒，320目＜粒径≤1mm的为中颗粒，粒径≤320目的为细粉，本发明各实施例中采用三级粒度的配料制备的炮泥有利于达到“紧密堆积”的目的。又由于本发明各实施例中采用了Si粉和α-Al₂O₃粉作为微孔添加剂，炮泥应用时能够生成大量的气孔，因此：

（1）应用时，出铁流速稳定，波动小，出铁时间最长达140分钟，单次出铁量最大达1399吨，铁流速度<10吨/分钟，炮泥消耗量<0.46kg/tFe。即本发明的炮泥耐铁水冲刷和侵蚀性能良好，可以满足特大型高炉应用。本发明炮泥在4096m³高炉上应用实践发现本发明的炮泥产品经1400℃焙烧后，<1μm孔容积可以达到60%以上，平均孔径<1μm。其抗渣铁和铁水侵蚀率<5～6%，导热系数有所提高，达到6W/mK的较好水平，远优于一般炮泥。

（2）本发明的特大型高炉用炮泥产品与现有技术的同类产品物理性能指标对比见表1。

表1. 本发明炮泥物理性能指标与同类产品对比表

Claims (4)

1.一种特大型高炉用炮泥，包括粘结剂，其特征在于：该炮泥还包括以下重量份数的组分：

棕刚玉：37～45重量份，其中1mm＜粒径≤3mm的为40～55%，320目＜粒径≤1mm的为20~30%，粒径≤320目的为18~40%；

粒径≤200目的粘土：10～15重量份；

0mm＜粒径≤1mm的SiC：6～12重量份；

Si₃N₄-Fe：10～16重量份，所述Si₃N₄-Fe中，Si₃N₄占75~80%，Fe占12~16%，余量为Fe₃Si及SiO₂；所述Si₃N₄-Fe的粒径≤180目；

微孔添加剂：10～12重量份，所述微孔添加剂包含Si粉和α-Al₂O₃粉，所述Si粉在微孔添加剂中的重量百分比为60~80%，粒径≤320目，所述α-Al₂O₃粉在微孔添加剂中的重量百分比为20~40%，粒径≤5μm；

复合炭素材料：8～12重量份，所述复合炭素材料包括焦炭粉和石墨，其中，焦炭粉在复合碳素材料的重量百分比为75~90%，粒度为0mm＜粒径≤1mm，石墨在复合碳素材料的重量百分比为10~25%，粒径≤100目；

0mm＜粒径≤2mm的高温沥青：4～6重量份；

所述粘结剂为蒽油。

2.根据权利要求1所述的特大型高炉用炮泥，其特征在于：所述粘土为广西白泥和环粘土的一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述的特大型高炉用炮泥，其特征在于：所述微孔添加剂中，Si粉在微孔添加剂中的重量百分比为70~80%，α-Al₂O₃粉在微孔添加剂中的重量百分比为20~30%。

4.一种权利要求1所述的特大型高炉用炮泥的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1）按上述重量份数进行配料，混合均匀后再添加粘结剂蒽油，加入后进行碾压，混练形成泥料；

2）粘结剂蒽油的加入量控制为使泥料的马夏值为1300～1500KPa，经挤压、成型，得特大型高炉用炮泥。