CN104086194B

CN104086194B - 高炉出铁沟捣打料及其制备方法

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Publication number: CN104086194B
Application number: CN201410334566.8A
Authority: CN
Inventors: 范咏莲; 刘兴平; 郑期波; 李洪会; 唐勋海; 张雯文; 徐自伟; 郑江
Original assignee: Beijing New Vision Building Construction Technology Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Current assignee: Beijing New Vision Building Construction Technology Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-07-14
Also published as: CN104086194A

Abstract

本发明涉及一种高炉出铁沟捣打料及其制备方法，所述捣打料的原料包括废滑板砖颗粒、棕刚玉颗粒和/或细粉、碳化硅颗粒和/或细粉、粘土细粉、鳞片石墨、膨胀剂、防氧化剂和改性结合剂，其中废滑板砖颗粒由多种粒度的颗粒构成，改性结合剂包含结合剂和浸润剂。该捣打料以废滑板砖为部分原料，显著降低成本且节约矿产资源；提高滑板砖附加值并减少环境污染；此外，该捣打料的制备工艺简单，产品性能符合要求，适合于大规模工业生产。

Description

高炉出铁沟捣打料及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金耐火材料技术领域，涉及高炉出铁沟捣打料及其制备方法，更具体而言，涉及一种利用废滑板砖作为部分原料的高炉出铁沟捣打料及其制备方法。

背景技术

由于历史原因和各钢铁厂的实际情况，1000m³以下的中小型高炉在我国仍然占有较高的比例。中小型高炉的出铁具有出铁时间短和出铁间隔短的特点，只能采用Al₂O₃-SiC-C质捣打料作为铁沟内衬，使用量大，使用效果优于铁沟浇注料。铁沟捣打料中的Al₂O₃一般是由铝钒土或棕刚玉引入的，而棕刚玉是以铝矾土、焦碳(无烟煤)为主要原料，在电弧炉内经高温冶炼而成。碳化硅(SiC)是用石英砂、焦炭(或石油焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼制得。C源则是通过石墨或焦炭引入，所以归根结底，配制铁沟捣打料所需的主要原料以铝钒土和石墨、焦炭为主。

众所周知，各种矿产资源是不可再生的，比如我国现有铝土矿保有量为约7亿吨，按照目前的开采速度，我国的铝土矿资源不到50年就将开采殆尽，而石墨、焦炭也面临同样的问题，所以急需研究材料替代技术以缓解资源紧缺的现象。另一方面，鉴于目前我国高炉产业结构的现状，中小型高炉大量直接采用铝钒土、石墨和焦炭作为原料，无论从经济效益还是资源合理分配的角度来看，都存在调整优化的必要性。

滑板砖是一种连铸用功能性耐火材料，广泛使用于电炉、转炉、炉外精炼等钢包和连铸中间包的滑动水口系统中。其中，铝炭质滑板砖主要为高铝质原料，在基质部分中添加碳组分，同时以酚醛树脂为结合剂，通过在还原气氛下高温烧制而形成网状碳和陶瓷的双重结合，目前主要使用在大、中型钢包中。滑板砖在经多次使用而失效后，通常直接作为固体废弃物处理，不仅浪费资源，而且严重污染环境。考虑到滑板砖的主要成份包括Al₂O₃和C，本发明通过将废滑板砖进行清理、分选、破碎和筛分后二次应用于高炉出铁沟捣打料中，从而实现替代高铝矾土或部分棕刚玉以及石墨和焦炭的目的。这样不仅能够提高滑板砖的附加值，减少浪费和污染，而且可以更合理地利用矿产资源，并显著降低生产成本，因此具有实际的经济价值和深远的社会意义。

发明内容

因此，本发明的目的是针对目前高炉出铁沟捣打料的消耗量大、捣打料中高铝矾土或棕刚玉、石墨和焦炭等使用量大而导致成本过高的问题，以及在使用废滑板砖作为替代材料时由于其致密性不足而必须提高结合剂用量，从而导致捣打料性能下降和品质全面劣化、无法满足高炉出铁沟使用要求的问题，提供一种利用回收废滑板砖作为部分原料的高炉出铁沟捣打料及其制备方法，通过将废滑板砖经简单处理后进行合理级配，同时改变结合剂的性能及用量，可以替代高铝矾土或部分棕刚玉以及石墨和焦炭作为原料，从而在保证产品性能符合要求的前提下，有效地降低成本、节约资源。同时，本发明还为废滑板砖的高附加值利用提供了新的方式，因此有利于资源的综合利用和生态环境保护。

根据本发明的一方面，提供一种利用废滑板砖的高炉出铁沟捣打料，该捣打料的原料可以包括：废滑板砖颗粒、棕刚玉颗粒和/或细粉、碳化硅颗粒和/或细粉、粘土细粉、鳞片石墨、膨胀剂、防氧化剂和改性结合剂，其中，所述废滑板砖颗粒由多种粒度的颗粒构成，所述改性结合剂包含结合剂和浸润剂。

在本说明书中，粒度以“D”表示。

在本发明的高炉出铁沟捣打料中，所述废滑板砖颗粒的制备工艺简单、加工成本低廉，通过常规技术手段即可容易地实现。具体而言，该废滑板砖颗粒的制备方法可以为：将废滑板砖进行表面清理和分选，通过颚式破碎机破碎，然后筛分为不同的粒度，并按配比进行级配。

在根据上述方法制备的废滑板砖颗粒中，Al₂O₃的含量可以为60～75wt％，SiO₂的含量可以为10～20wt％，C的含量可以为2～6wt％，Fe₂O₃的含量可以不多于3wt％。

在本发明的高炉出铁沟捣打料中，所述废滑板砖颗粒起到骨架支撑结构的作用，并且可以由4mm<D≤8mm和0mm<D≤4mm两种粒度的颗粒，按照40～70:30～60的重量比构成。

优选地，所述废滑板砖颗粒可以由5mm<D≤8mm、3mm<D≤5mm和0mm<D≤3mm三种粒度的颗粒，按照30～70:20～40:10～30的重量比构成。

如上所述，在本发明的高炉出铁沟捣打料中使用的废滑板砖颗粒至少包含两种粒度的颗粒，并且鉴于配料级配优化原则优选包含三种粒度的颗粒。采用多种粒度的颗粒进行级配的目的在于，可以提高高炉出铁沟捣打料的堆积密度，并改善其烧结性能、抗折强度和耐压强度等。

在本发明的高炉出铁沟捣打料中，基于该高炉出铁沟捣打料的总重量，所述废滑板砖颗粒占56～63％，所述棕刚玉颗粒和/或细粉占9～15％，所述碳化硅颗粒和/或细粉占6～10％，所述粘土细粉占2～5％，所述鳞片石墨占1～2％，所述膨胀剂占4～7％，所述防氧化剂占1～3％，所述改性结合剂占6～12％。

所述棕刚玉颗粒和/或细粉的Al₂O₃含量≥94％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm，选用棕刚玉可以提高高炉出铁沟捣打料的耐火性能；

所述碳化硅颗粒和/或细粉的SiC含量≥90％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm，加入碳化硅可以提高高炉出铁沟捣打料的抗热震性和抗氧化性，并改善捣打料的抗剥落性和抗侵蚀性；

所述粘土细粉可以为II级以上的软质粘土，细粉粒度≤0.073mm，由于高炉出铁沟捣打料需具备一定的可塑性才能用于施工，因此粘土是作为增塑剂而加入的；

所述鳞片石墨可以起到抗侵蚀的作用；

所述膨胀剂可以为石英，SiO₂含量≥98％，粒度≤1mm；

所述防氧化剂可以为金属硅，Si含量≥95％，粒度≤0.073mm；

所述结合剂可以为选自焦油、酚醛树脂和CarboresT60含碳树脂中的至少一种或它们的组合；

所述浸润剂可以为蒽油；

在所述改性结合剂中，所述结合剂与所述浸润剂的重量比可以为4:1～5:1。

如上所述，滑板砖的主要成份包括Al₂O₃和C，因此可以利用回收废滑板砖替代高铝矾土或部分棕刚玉以及石墨和焦炭，用于高炉出铁沟捣打料的制备。然而，由于废滑板砖相较于高铝矾土或棕刚玉的致密性较差，因此在实际使用过程中，需要提高结合剂的用量以确保高炉出铁沟捣打料的施工性能；而结合剂用量的增加又会引起其它性能(例如抗折强度和耐压强度)的下降，从而导致捣打料品质的全面劣化，无法满足高炉出铁沟的使用要求。

有鉴于此，本发明人在不改变废滑板砖的原有组分(例如，无需对废滑板砖进行化学或生物预处理以提高Al₂O₃的含量并降低SiO₂和Fe₂O₃的含量)的情况下，用经级配的废滑板砖颗粒完全替代高铝钒土并部分替代棕刚玉、石墨和焦炭，同时改变其它原料的种类和含量，从而形成如下原料配方，根据该配方的原料之间能够实现理想的整体效果，由此制备出满足使用要求的高炉出铁沟捣打料：

废滑板砖颗粒(二级或三级粒度级配)56～63wt％、棕刚玉颗粒和/或细粉9～15wt％、碳化硅颗粒和/或细粉6～10wt％、粘土细粉2～5wt％、鳞片石墨1～2wt％、膨胀剂4～7wt％、防氧化剂1～3wt％以及结合剂组分6～12wt％。

特别是，本发明人通过引入浸润剂组分而对结合剂进行了改性，在适当降低结合剂粘度的情况下显著提高其浸润性能，从而达到了减少结合剂用量的目的。本发明人在进行大量试验后，获得了结合剂粘度与用量的优化配置，从而能够以最小化的结合剂增量，在实现对废滑板砖的充分粘合的同时，确保所制备的高炉出铁用捣打料的性能符合使用要求。

根据本发明的另一方面，提供一种制备上述高炉出铁沟捣打料的方法，该方法可以包括：将上述各种原料按配比称量备料；首先将结合剂与浸润剂混合均匀，制备改性结合剂；然后将上述原料中粒度>1mm的组分加入搅拌机中搅拌1～3分钟，加入20～30wt％的所述改性结合剂，并搅拌2～5分钟；接下来加入上述原料中粒度≤1mm的组分并搅拌5～10分钟，加入剩余的改性结合剂，并继续搅拌15～30分钟，即可制得高炉出铁沟捣打料。

与现有技术相比较，本发明的高炉出铁沟捣打料及其制备方法具有如下有益效果：

1、本发明的高炉出铁沟捣打料以废滑板砖作为部分原料，显著降低了捣打料的生产成本，有效节约了高铝矾土、棕刚玉、石墨和焦炭等不可再生资源；

2、本发明将废弃的滑板砖回收并二次使用，不仅减少了环境污染，而且为废滑板砖的高附加值利用提供了新的方式，有利于资源的综合利用；

3、本发明中使用的废滑板砖颗粒通过对废滑板砖进行清理、分选、破碎和筛分等常规技术即可制得，工艺简单，实施难度低；

4、本发明的高炉出铁沟捣打料的各项性能均符合用户使用要求，其制备方法的适用性和可行性强，适合于大规模工业生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，下述各实施例仅用于举例说明本发明，而本发明的范围并不局限于这些具体实施例中。

制备例：废滑板砖颗粒的制备

制备方法为：将废滑板砖经人工进行表面清理和分选，通过颚式破碎机破碎，然后筛分为5mm<D≤8mm、3mm<D≤5mm和0mm<D≤3mm三种粒度的废滑板砖颗粒。

通过耐火材料化学分析方法，分析上述制备的废滑板砖颗粒的主要组分及其质量百分含量分别为：

Al₂O₃：65.94％；SiO₂：13.58％；C：3.18％；Fe₂O₃：1.74％。

实施例1-4

在实施例1-4中，除使用上述制备例中制备的废滑板砖颗粒以外，还采用如下原料：

棕刚玉颗粒和/或细粉：Al₂O₃含量≥94％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm；

碳化硅颗粒和/或细粉：SiC含量≥90％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm；

粘土细粉：II级以上软质粘土，细粉粒度≤0.073mm；

石英(膨胀剂)：SiO₂含量≥98％，粒度≤1mm；

金属硅(防氧化剂)：Si含量≥95％，粒度≤0.073mm；

鳞片石墨；

作为结合剂的焦油、酚醛树脂和CarboresT60含碳树脂；以及作为浸润剂的蒽油。

实施例1-4的高炉出铁沟捣打料的制备方法相同。将上述各种原料按照下表1中所示的配比称量备料；首先将结合剂与蒽油混合均匀，制备改性结合剂；然后将上述原料中粒度>1mm的组分加入搅拌机中搅拌1～3分钟，加入20～30wt％的所述改性结合剂，并搅拌2～5分钟；接下来加入上述原料中粒度≤1mm的组分并搅拌5～10分钟，加入剩余的改性结合剂，并继续搅拌15～30分钟，制得实施例1-4的高炉出铁沟捣打料。

比较例1

采用与实施例1中所述的相同原料及配比，通过与实施例1中所述的相同方法制备高炉出铁沟捣打料，不同之处在于：以由3重量份焦油、3重量份酚醛树脂和6重量份CarboresT60含碳树脂组成的结合剂组分，替代由3重量份焦油、3重量份酚醛树脂、4重量份CarboresT60含碳树脂和2重量份蒽油组成的改性结合剂。

比较例2

采用与实施例1中所述的相同原料及配比，通过与实施例1中所述的相同方法制备高炉出铁沟捣打料，不同之处在于：以由3重量份焦油、3重量份酚醛树脂、3重量份CarboresT60含碳树脂和3重量份蒽油组成的结合剂组分，替代由3重量份焦油、3重量份酚醛树脂、4重量份CarboresT60含碳树脂和2重量份蒽油组成的改性结合剂。

[表1]实施例和比较例的高炉出铁沟捣打料的原料及配比(单位：重量份)

将实施例1-4和比较例1-2中制备的高炉出铁沟捣打料在40mm×40mm×160mm的标准模具中捣打成型，并带模具烘烤，脱模后在电炉内对试块进行200℃的烘干处理及1450℃的埋炭热处理，按照国家标准中的规定测定抗折强度、耐压强度、线变化率、体积密度等性能指标；同时对所述各高炉出铁沟捣打料的贮存期进行评估，结果示于下表2中。

[表2]实施例和比较例的高炉出铁沟捣打料的性能测量

按照常规的高炉出铁沟捣打料的主要性能指标，通常要求(参考值)：抗折强度≥4.0MPa，耐压强度≥15.0MPa，线变化率±0.5％，体积密度≥2.20g/cm³。如表2中所示，根据本发明的实施例1-4制备的高炉出铁沟捣打料的各项技术指标均明显优于上述要求。

另由表2可见，在不使用浸润剂的比较例1中，由于结合剂组分的粘度过高而浸润性能不足，使得材料的粘接施工性能劣化，从而导致高炉出铁沟捣打料的烘干强度显著下降，影响其高温使用性能。而在浸润剂含量过高的比较例2中，由于结合剂结合强度和炭质结合剂含量的下降，造成材料的高温结合性能不足，由此制备的高炉出铁沟捣打料的高温强度偏低，在实际应用中不耐冲刷，使用寿命下降，而且浸润剂含量过高时不利于长期保存。

Claims

1.一种高炉出铁沟捣打料，该捣打料的原料的组成为：废滑板砖颗粒、棕刚玉颗粒和/或细粉、碳化硅颗粒和/或细粉、粘土细粉、鳞片石墨、膨胀剂、防氧化剂和改性结合剂，其中，所述废滑板砖颗粒由多种粒度的颗粒构成，所述改性结合剂包含结合剂和浸润剂，其中，所述浸润剂为蒽油，所述结合剂与所述浸润剂的重量比为4:1～5:1，并且在所述废滑板砖颗粒中，Al₂O₃的含量为60～75wt％，SiO₂的含量为10～20wt％，C的含量为2～6wt％，Fe₂O₃的含量不多于3wt％，其中

所述废滑板砖颗粒由4mm<D≤8mm和0mm<D≤4mm两种粒度的颗粒，按照40～70:30～60的重量比构成；

所述废滑板砖颗粒占56～63％，所述棕刚玉颗粒和/或细粉占9～15％，所述碳化硅颗粒和/或细粉占6～10％，所述粘土细粉占2～5％，所述鳞片石墨占1～2％，所述膨胀剂占4～7％，所述防氧化剂占1～3％，所述改性结合剂占6～12％。

2.根据权利要求1所述的高炉出铁沟捣打料，其特征在于，所述棕刚玉颗粒和/或细粉的Al₂O₃含量≥94％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm；所述碳化硅颗粒和/或细粉的SiC含量≥90％，颗粒粒度≤1mm，细粉粒度≤0.073mm；所述粘土细粉为II级以上的软质粘土，细粉粒度≤0.073mm；所述膨胀剂为石英，SiO₂含量≥98％，粒度≤1mm；所述防氧化剂为金属硅，Si含量≥95％，粒度≤0.073mm。

3.根据权利要求1所述的高炉出铁沟捣打料，其特征在于，所述结合剂为选自焦油、酚醛树脂和CarboresT60含碳树脂中的至少一种或它们的组合。

4.一种根据权利要求1至3中任意一项所述的高炉出铁沟捣打料的制备方法，该方法包括：将废滑板砖颗粒、棕刚玉颗粒和/或细粉、碳化硅颗粒和/或细粉、粘土细粉、鳞片石墨、膨胀剂、防氧化剂、结合剂和浸润剂按配比称量备料；首先将所述结合剂与所述浸润剂混合均匀，制备改性结合剂；然后将上述原料中粒度>1mm的组分加入搅拌机中搅拌1～3分钟，加入20～30wt％的所述改性结合剂，并搅拌2～5分钟；接下来加入上述原料中粒度≤1mm的组分并搅拌5～10分钟，加入剩余的改性结合剂，并继续搅拌15～30分钟，制得高炉出铁沟捣打料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述废滑板砖颗粒的制备方法为：将废滑板砖进行表面清理、分选和破碎，然后筛分为不同的粒度，并按配比进行级配。