CN106145966A - 一种高炉炮泥用结合剂及高炉炮泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉炮泥用结合剂及高炉炮泥，该结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物40‑70份、酚醛清漆树脂30‑60份、表面活性剂2‑5份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌1.5‑2.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。该高炉炮泥材料需外加上述结合剂12‑17.5份。本发明结合剂及高炉炮泥材料制作的高炉炮泥具有环保无烟、耐用性效果突出，真正起到了保护出铁口下部的耐火砖，从而延长了高炉使用寿命。用本发明结合剂及高炉炮泥材料制作的高炉炮泥具有烧结速度快，抗侵蚀耐冲刷，且环保无烟，可完全替代进口产品，对支持我国炼铁产业节能、环保、延长高炉寿命和技术进步，具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于高温耐火材料领域，具体涉及一种高炉炮泥用结合剂及高炉炮泥材料。
背景技术
我国钢铁产能占全球约50％，去产能和节能减排任务艰巨，高炉是炼铁生产的主要设备。高炉不出铁渣熔液时，炮泥填充在铁口内，使铁口维持足够的深度；高炉出铁渣时，铁口内的炮泥中心被钻出孔道，铁渣熔液通过孔道排除炉外。炼铁过程中高炉的出铁口需要反复被钻开和填充，炽热的铁水和熔渣对炮泥产生物理和化学的作用，如果炮泥质量差，会产生诸多问题。随着炼铁工业的迅速发展，高炉向大型化、高风温、富氧、喷煤、高冶炼强度方向发展，对高炉炮泥的性能要求越来越苛刻，而高炉炮泥结合剂的性能至关重要。
焦化厂副产品煤焦油经过简单脱水处理，由于低温挥发分高残炭值低，造成高炉炮泥性能低劣，不能满足大中型高炉需求。国内某改性树脂结合剂，在现场试验过程中，出现粘结炮口不易清理、渗漏现象时有发生、出铁时间偏短。进口的环保型高炉炮泥专用粘结剂，价格高昂不符合节能减排，使用效果并不明显。先前，炮泥结合剂的典型代表是使用脱水处理的煤焦油，炮泥材料则由高铝矾土、刚玉、焦炭、碳化硅、沥青、氮化硅铁、粘土、绢云母等组成。
公开号CN1898360A专利，使用混合煤焦油60℃时粘度优选100-2400cps，作为高炉炮泥结合剂，粘度＜500cps时，结合力偏低中低温挥发性高，时而会出现渗漏现象，需要用沥青来提高高温结合强度，因此使用过程中烟气过大，粘度＞1900cps时，加大了炮泥材料在混拌轮碾过程中的阻力，同时这种结合剂由于煤焦油属于复杂大分子有机物，在压炮过程中干燥过慢；因此，这种混合煤焦油在实际使用过程中涉及环保发烟大也不是十分完美的；进口的环保型高效高炉炮泥专用粘结剂，由于价格十分昂贵，炮泥生产企业很难接受；焦化厂副产品煤焦油经简单脱水处理作为炮泥结合剂，由于230℃以下挥发分达到35％以上，只能用于要求不高、出铁时间短的1000m3以下的小高炉。因此，亟需一种高残炭率，烧结速度快，抗侵蚀耐冲刷，成本适中，环保无烟的高炉炮泥结合剂和高炉炮泥材料，替代进口同类结合剂及提升国内大高炉炮泥性能。
发明内容
为解决现有技术中高炉炮泥材料用结合剂和高炉炮泥质量低劣的问题，本发明提供了一种烧结速度快，抗侵蚀耐冲刷，成本适中，环保无烟的高炉炮泥用结合剂及高炉炮泥材料。
本发明的一种高炉炮泥用结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物40-70份、酚醛清漆树脂30-60份、外加表面活性剂2-5份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌1.5-2.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。
本发明高炉炮泥用结合剂中含有煤焦油蒸馏釜底物、酚醛清漆树脂，结合了焦油结合剂和树脂结合剂的优点，可以制造出性能优良的高炉炮泥。煤焦油蒸馏的工艺过程封闭运行，通过冷凝器获得的混合杂酚油可以直接销售，利用纳米炭黑吸附剩余微量外逸高温气体，环保无排放。表面活性剂能够很好地降低煤焦油脱气处理后釜底物、酚醛清漆性树脂的表面张力，促进其相互溶合，醇类随然不能作为煤焦油脱气处理后釜底物溶剂，但是能很好地促进树脂溶于煤焦油脱气处理后釜底物。酚醛清漆型树脂主要利用其快干性来改善其中低温强度均一问题，30％比例足以解决问题，低于30％快干性不充分，超过60％抗氧化性降低成本增加。
进一步的，煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为37-45％。
进一步的，酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。
进一步的，表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、氨基酸型、脂肪酸甘油酯、碳氟活性剂、含硅活性剂中的至少一种，醇类为乙二醇、丙三醇中的至少一种。表面活性剂能够很好地降煤焦油脱气处理后釜底物、酚醛清漆性树脂的表面张力，促进其相互溶合。
本发明的一种高炉炮泥包含以下质量份的原料：高炉炮泥用结合剂12-17.5份；所述结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物40-70份、酚醛清漆树脂30-60份、表面活性剂2-5份(外加)，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌1.5-2.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。
进一步的，所述炮泥材料包含以下质量份的原料：高铝质材料20-35份、硅质膨胀剂10-20份、碳素类10-20份、碳化硅15-25份、粘土3-9份、氮化硅铁15-25份、绢云母1-5份。
进一步的，高铝质材料中Al2O3含量大于85％。
进一步的，硅质膨胀剂为腊石、红柱石、蓝晶石中的至少一种。
进一步的，碳素类为焦炭、沥青、石墨、纳米碳粉、电极粉中的至少一种。
进一步的，粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为48-51％，Fe含量为10-15％。
本发明的有益效果为：本发明的高炉炮泥用结合剂与国内现行结合剂比较，无需额外添加沥青等发烟原料具有环保无烟效果，由于含有酚醛清漆树脂及粘度高因此高炉炮泥在不同的温度范围具有烧结速度快、结合强度高的特点，高温下能够很好填充炮泥材料缝隙，炮泥气孔率降低致密性提高，具有耐用性，而且很好地解决了炮泥前部泥包的断裂断漏问题，铁口深度稳定，真正起到了保护出铁口周围及炉缸底部炉衬的耐火砖，有效延长高炉使用寿命的作用。本发明的高炉炮泥由于配合了碳化硅、氮化硅类原料，炮泥材料耐侵蚀性耐冲刷性更强，大幅度提高了出铁时间，减少了出铁次数，减轻了炉前工人劳动强度，吨铁炮泥消耗达到了发达国家水平0.4kg/吨(目前国内2000m3以上大中型高炉有的吨铁消耗还在0.6-0.8公斤以上)，甚至更低；由于配合使用了酚醛树脂，炮泥烧结速度快，出铁过程无烟环保。本发明的高炉炮泥结合剂和高炉炮泥材料的烧结速度快，抗侵蚀耐冲刷，成本适中，环保无烟，真正实现了节能环保，可以完全取代进口产品，对于支持我国炼铁产业节能、环保、延长高炉寿命、技术进步，具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的高炉炮泥用结合剂的粘度和温度的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构进行详细解释说明。
实施例1
本发明的高炉炮泥用结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物40份、酚醛清漆树脂60份、外加表面活性剂2份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌1.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为37％。酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为硬脂酸，醇类为乙二醇。
高炉炮泥用结合剂采用下述方法制备：把上述质量份的煤焦油蒸馏釜底物、酚醛清漆树脂、表面活性剂按设定比例混合，加热到50℃搅拌均匀即可获得，备用。
本发明的高炉炮泥由上述的结合剂12质量份，及100质量份的以下原料组成：高铝质材料20份、硅质膨胀剂10份、碳素类10份、碳化硅25份、粘土9份、氮化硅铁25份、绢云母1份。其中，高铝质材料中Al2O3含量为85％；硅质膨胀剂为腊石；碳素类为焦炭；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为48％，Fe含量为10％。
高炉炮泥采用下述方法制备：先把100份炮泥材料投入炮泥轮碾机内预混5分钟，再外加12份结合剂进行混炼碾压40分钟，取样做马夏值检测合格后留样放料，通过切片机二次均匀后经挤泥机、切断机生产出块状炮泥，用小塑料袋密闭包装、码垛、困料，3天后再进行马夏值检测，合格后即可装袋(箱)。
实施例2
本发明的高炉炮泥用结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物70份、酚醛清漆树脂30份、外加表面活性剂3份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌2小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为40％。酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为十二烷基苯磺酸钠，醇类为丙三醇。
高炉炮泥用结合剂采用下述方法制备：把上述质量份的煤焦油蒸馏釜底物、酚醛清漆树脂、表面活性剂按设定比例混合，加热到60℃搅拌均匀即可获得，备用。
本发明的高炉炮泥由上述的结合剂14质量份，和100质量份的以下原料组成：高铝质材料25份、硅质膨胀剂20份、碳素类15份、碳化硅20份、粘土3份、氮化硅铁15份、绢云母2份。其中，高铝质材料中Al2O3含量为88％；硅质膨胀剂为红柱石；碳素类为石墨；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为50％，Fe含量为13％。
高炉炮泥采用下述方法制备：先把100份炮泥材料投入炮泥轮碾机内预混5分钟，再外加14份结合剂进行混炼碾压40分钟，取样做马夏值检测合格后留样放料，通过切片机二次均匀后经挤泥机、切断机生产出块状炮泥，用小塑料袋密闭包装、码垛、困料，3天后再进行马夏值检测，合格后即可装袋(箱)。
实施例3
本发明的高炉炮泥用结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物60份、酚醛清漆树脂40份、外加表面活性剂3份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌2小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为42％。酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为卵磷脂，醇类为乙二醇。
高炉炮泥用结合剂采用下述方法制备：把上述质量份的煤焦油蒸馏釜底物、酚醛清漆树脂、表面活性剂按设定比例混合，加热到70℃搅拌均匀即可获得，备用。
本发明的高炉炮泥由上述的结合剂16质量份，和100质量份的以下原料组成：高铝质材料20份、硅质膨胀剂10份、碳素类20份、碳化硅15份、粘土6份、氮化硅铁25份、绢云母4份。其中，高铝质材料中Al2O3含量大于88％；硅质膨胀剂为蓝晶石；碳素类为纳米炭粉；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为50％，Fe含量为14％。
高炉炮泥采用下述方法制备：先把100份炮泥材料投入炮泥轮碾机内预混5分钟，再外加16份结合剂进行混炼碾压40分钟，取样做马夏值检测合格后留样放料，通过切片机二次均匀后经挤泥机、切断机生产出块状炮泥，用小塑料袋密闭包装、码垛、困料，3天后再进行马夏值检测，合格后即可装袋(箱)。
实施例4
本发明的高炉炮泥用结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物50份、酚醛清漆树脂50份、外加表面活性剂5份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌2.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为45％。酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为脂肪酸甘油酯，醇类为丙三醇。
高炉炮泥用结合剂采用下述方法制备：把上述质量份的煤焦油蒸馏釜底物、酚醛清漆树脂、表面活性剂按设定比例混合，加热到80℃搅拌均匀即可获得，备用。
本发明的高炉炮泥由上述的结合剂17.5质量份，和100质量份的以下原料组成：高铝质材料35份、硅质膨胀剂10份、碳素类10份、碳化硅25份、粘土5份、氮化硅铁15份、绢云母5份。其中，高铝质材料中Al2O3为99％；硅质膨胀剂为腊石；碳素类为纳米碳粉；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为51％，Fe含量为15％。
高炉炮泥采用下述方法制备：先把100份炮泥材料投入炮泥轮碾机内预混5分钟，再外加16份结合剂进行混炼碾压40分钟，取样做马夏值检测合格后留样放料，通过切片机二次均匀后经挤泥机、切断机生产出块状炮泥，用小塑料袋密闭包装、码垛、困料，3天后再进行马夏值检测，合格后即可装袋(箱)。
如图1所示，本发明的高炉炮泥用结合剂的粘度随着温度的升高而降低，在50-80℃范围内，粘度在110-1900cps，60℃时粘度都优选500-1900cps，由于粘度高，因此高炉炮泥在出铁渣通道内不同的温度范围具有均匀的结合强度。
本发明的高炉炮泥用结合剂与市场上常用的焦油(合资生产)、含碳树脂(进口欧洲)、国产改性树脂、普通焦油结合剂相比，60℃粘度为500-1900cps，固定碳值为32-35％，粘度和固定碳值明显高于对比例。对比结果如表1所示。
表1本发明的高炉炮泥用结合剂与对比例的对比结果
本发明的高炉炮泥与使用焦油(合资生产)(对比例1)、含碳树脂(进口欧洲)(对比例2)、国产改性树脂(对比例3)、普通焦油(对比例4)结合剂得到的炮泥材料相比(除结合剂外，其他与原料的配比相同)，硬化时间为5-8.5min，明显短于对比例；1500℃抗折强度为4.6-7.8MPa，强于对比例；开口性良好，无断漏，性能优于对比例中的炮泥材料。对比结果如表2所示。
表2本发明的高炉炮泥与对比例的理化指标
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高炉炮泥用结合剂，其特征在于，所述结合剂包括以下质量份的组分：煤焦油蒸馏釜底物40-70份、酚醛清漆树脂30-60份、表面活性剂2-5份，其中，煤焦油蒸馏釜底物的获得方法如下：在高温陶瓷反应釜加入煤焦油，230℃加热搅拌1.5-2.5小时，反应脱气后得到煤焦油蒸馏釜底物。
2.根据权利要求1所述的高炉炮泥用结合剂，其特征在于，煤焦油蒸馏釜底物的结焦值为37-45％。
3.根据权利要求1所述的高炉炮泥用结合剂，其特征在于，酚醛清漆树脂的游离酚含量小于9％、结焦值大于29％，水分含量小于3％。
4.根据权利要求1所述的高炉炮泥用结合剂，其特征在于，表面活性剂由活性剂和醇类组成，活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、氨基酸型、脂肪酸甘油酯、碳氟活性剂、含硅活性剂中的至少一种，醇类为乙二醇、丙三醇中的至少一种。
5.一种高炉炮泥，其特征在于，所述高炉炮泥包含权利要求1所述的结合剂12-17.5份，以上份数为质量份。
6.根据权利要求5所述的高炉炮泥，其特征在于，所述高炉炮泥包括以下质量份的原料：高铝质材料20-35份、硅质膨胀剂10-20份、碳素类10-20份、碳化硅15-25份、粘土3-9份、氮化硅铁15-25份、绢云母1-5份。
7.根据权利要求5所述的高炉炮泥，其特征在于，高铝质材料中Al2O3含量大于85％。
8.根据权利要求5所述的高炉炮泥，其特征在于，硅质膨胀剂为腊石、红柱石、蓝晶石中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的高炉炮泥，其特征在于，碳素类为焦炭、沥青、石墨、纳米碳粉、电极粉中的至少一种。
10.根据权利要求5所述的高炉炮泥，其特征在于，粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅铁中N含量大于30％，Si的含量为48-51％，Fe含量为10-15％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |