CN1064650C - 高炉堵铁口用高强度有水炮泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种高炉堵铁口用高强度有水炮泥及其制备方法，属高炉炼铁技术领域。所述炮泥的原料配比为(重量%)：焦粉35～50%，碳化硅5～6%，粘土20～30%，高铝砖粉1～5%，绢云母2～4%，蓝晶石3～5%，沥青5～10%，高铝骨料5～10%，滑石粉1～2%，石墨2～3%。其制备方法为：将所述原料按配比混合均匀成泥料，然后将混合均匀的泥料送入碾泥机，加水碾压，每公斤泥料加水0.17～0.22公斤，所加水的温度为40～70℃，碾制时间为10～15分钟，将碾制好的炮泥停放1～3天，并保护炮泥表面不被风干。该炮泥抗渣化学侵蚀和抗渣铁机械冲刷能力较强。

Description

高炉堵铁口用高强度有水炮泥及其制备方法
本发明为一种高炉炼铁生产中堵铁口用的不定形耐火泥料，称作炮泥，属高炉炼铁技术领域。
炮泥抗渣化学侵蚀和抗渣铁流的高温机械侵蚀能力较强，在高温下线变化率低。目前，中小高炉炼铁所用炮泥，均系普通的有水炮泥，这种普通有水炮泥存在下述缺陷：
1、高温热导率偏低。在铁口扩大的断面区域，温度升高较慢，出铁时存在未烧结区，出现潮铁口现象。
2、高炉产量提高，渣铁流量增多，铁口深度不够，易冲刷成喇叭形，增加了铁口维护的难度。
3、相邻两次出铁的时间缩短后，出铁事故频繁，影响了铁水罐的正常运行，给一列式排列的炼铁厂、生产组织、带来了困难。
4、抵抗炉渣化学侵蚀力不够。在炉渣开始流出后，铁口直径急剧扩大，甚至断裂，造成大喷，危及炉前安全。
5、炮泥吨铁单耗较高，既增加了碾泥工的工作量，又增大了吨铁成本。
为解决上述问题，湖南省湘潭钢铁公司研制出一种适应高压炉顶操作的有水炮泥，该炮泥在其成分中增加了SiC和绢云母，减少了焦粉比例和炮泥含水量。在高炉利用系数不超过2．4t／m3d的情况下，该炮泥较好地解决了普通炮泥存在的问题；但在高炉利用系数达到了2．5～3．0t／m3d情况后，这种炮泥仍不能适应高强度冶炼的需要；特别在高风压、高风温条件下，高炉减风压出铁次数增多，铁口合格率降低，炉前安全得不到保障，难以进一步提高生产指标。另外，近十年来，国内外开发出了优质无水炮泥，这类炮泥具有高膨胀性和优良的抗侵蚀性，使炮泥单位耗量大大减少，达到了最佳出铁量、稳定操作及减轻工人劳动强度的目的。但是，对于中小型高炉来说，采用无水炮泥，设备投资大、单位成本升高、且有机化学物质蒸发时，直接危及操作工人的健康，因此仍不大适用于中小型高炉。
本发明的目的是提供一种适合于中小型高炉高强度冶炼条件下能稳定操作的高炉堵铁口用高强度有水炮泥。该炮泥抗渣化学侵蚀和抗渣铁机械冲刷能力处于普通有水炮泥和无水炮泥之间，且价格较低，适合1200m3以下的高炉使用。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的高炉堵铁口用高强度有水炮泥的原料配比为(重量％)：
焦粉35～50％，碳化硅5～6％，粘土20～30％，高铝砖粉1～5％，绢云母2～4％，兰晶石3～5％，沥青5～10％，高铝骨料5～10％，滑石粉1～2％，石墨2～3％。
所述炮泥原料的化学成分和理化指标及所述原料的粒度组成和不同粒度所占重量％见表1。
表1炮泥原料的化学成分(重量％)和理化指标及
  所述原料的粒度组成和不同粒度所占重量％
    项目成分   焦粉  碳化硅   粘土   高铝砖粉  绢云母  兰晶石   沥青   高铝骨料 滑石粉  石墨
SiO2  5-6 ≤1.15 ≤49 ≤40.47  57-59.47  65-69 ≤7.0  48-50  49.0
 Fe2O3  1.5-2 ≤0.75 ≤1.2 ≤4.72  4.5-5.5 ≤1.0 ≤2.7 ≤2.5
 Al2O3  4.8-5.0 ≥28 ≥41.02  20-23  28-30  ≥80  8-10
灰分 ≤14.5 ≤0.05
挥发分 ≤4.2 ≤56.1
固定碳 ≥61  92-95
 SiC ≥95
烧损 ≤15.1 3≤5 ≤8.71 ≤3.66 ≤0.5 ≤9.36
K2O ≥1.7
 Na2O ≥1.06
最大粒径(mm) 5mm 2mm  0.088mm  5mm  0.088mm  0.088mm  3mm  5mm 0.088mm  0.088mm
 3-5mm  8-10％ 8-15％ 25-32％
1-3mm 50-60％ 25-35％ 30-35％ 5-10％ 50-60％
0-1mm  30-40％ 65-75％ 50-60％ 90-95％ 10-20％
0.088mm  15-25％ 5-12％ 17-25％ 70-80％ 60-80％
0.074mm 75-85％ 88-95％ 75-83％ 20-30％ 20-40％
表1中所列各原料配比和理化指标要求，可根据高炉容积、风温、风压、产量等不同指标进行调整。
本发明的制备方法为：将所述原料按上述配比混合均匀成泥料，然后将混合均匀的泥料送入碾泥机，加水碾压，每公斤泥料加水0．17～0．22公斤，所加水的温度为40～70℃，碾制时间为10～15分钟，将碾制好的炮泥停放1～3天，并保护炮泥表面不被风干。
本发明所用原料各组分的主要作用为：
本发明采用焦粉、粘土、高铝骨料为主要原料，用兰晶石、碳化硅、高铝砖粉、沥青、石墨、绢云母、滑石粉作辅助原料，通过碳化硅、高铝砖粉、沥青和石墨提高材料结构主体的主晶网络；从而使炮泥的低中温烧结强度提高，高温结构强度和高温体积稳定性提高，体积密度增大，热导率提高，烧结时间缩短，以提高其抗机械冲刷和耐化学侵蚀能力。下面分别介绍各组分的作用：
焦粉：35～50％，粒度3～5mm占8-10％，1～3mm占50～60％，≤1mm占30～40％。这是一种易浸润的物质，也易被侵蚀和冲刷，并具有一定的透气性，因此降低了炮泥内外温度差，可为炮泥提前烧结创造条件。
粘土：20～30％，粒度0．074～0．088mm占15～25％，≤0．074mm占75～85％。该物质具有一定的抗热震性和耐高温能力，可抵抗铁口温度波动造成的作用。其主要缺点是高温下体积收缩出现气孔，需要高铝砖粉和兰晶石来填充。
高铝骨料和高铝砖粉：高铝骨料5～10％，粒度3～5mm占25～32％，1～3mm占50～60％，≤1mm占10～20％；高铝砖粉1～5％，粒度3～5mm占8～15％，1～3mm占30～35％，≤1mm占50～60％；利用其比重大，致密，气孔率低，高温性能稳定，抗渣侵蚀性好及可填充粘土收缩孔隙等特点，以提高抗熔渣侵蚀力。
兰晶石：3～5％，粒度0．074～0．088mm占17～25％，≤0．074mm占75～83％。当炮泥在铁口内，温度上升到1300～1450℃时，兰晶石体积膨胀率达16～18％并稳定下来，温度下降也可收缩，可弥补炮泥本身产生的烧结收缩，另外，兰晶石在炮泥中还可起结合剂的作用，可减少气孔率。
碳化硅：5～6％，粒度1～3mm占25～35％，≤1mm占65～75％。该物质具有很高的硬度，良好的导热性，抗酸、碱熔渣侵蚀，耐磨、抗热震及好的稳定性。因此，有利于提高炮泥的致密性和耐侵蚀性。
石墨：2～3％，粒度0．074～0．088mm占60～80％，≤0．074mm占20～40％。该物质和沥青结合烧结后形成碳化网络，促使其中的焦粉与之结合，从而提高炮泥的耐磨性和高温强度；另外，增加石墨可降低熔融液体渣铁对炮泥的磨擦力，使炮泥和渣铁沾结。
绢云母：2～4％，粒度0．074～0．088mm占5～12％，≤0．074mm占88～95％。该物质在炮泥中主要作为低温烧结剂，在1100～1300℃时烧结，可提高炮泥的中温强度。
滑石粉：1～2％，粒度0．074～0．088mm占70～80％，≤0．074mm占20～30％。其主要作用是提高炮泥的塑性值，便于炮泥压入炉内后形成规整泥包。
粘结剂为上述总量的17-22％的水，与有机粘结剂相比，可缩短炮泥干燥时间，防止潮铁口出铁。
本发明的高强度有水炮泥具有如下优点及效果：
与普通有水炮泥相比，本发明炮泥抗炉渣化学侵蚀和机械冲刷能力强，与铁口内原高温已烧结炮泥的粘结力强，且高温下线变化率低。具体表现在：制品的致密度高，气也率低，碳含量高，提高了炮泥与液态渣铁之间的润湿角，铁口合格率高，铁流平稳，铁口见渣后，通径无大的变化，不外喷焦炭，铁口通道断裂现象大大减少，消除了因炮泥质量问题而造成的出铁减风事故，杜绝了潮铁口出铁；另外，炮泥用量也较普通有水炮泥减少，从而使其成本降低。
与优质无水炮泥相比，本发明炮泥烧结时间短，成本低，对环境污染小，受气候影响小(无水炮泥需在20～45℃的保温库存内存贮)。
实施例：
本发明的高炉堵铁口用高强度有水炮泥的原料配比为(重量％)：
焦粉40％，碳化硅5％，粘土25％，高铝砖粉3．5％，绢云母3％，兰晶石3．5％，沥青7．5％，高铝骨料8．5％，滑石粉1．5％，石墨2．5％。
所述原料的粒度组成及不同粒度所占重量％见表2：
表2  炮泥原料的粒度组成
 焦粉  碳化硅  粘土  高铝砖粉  绢云母  兰晶石  沥青  高铝骨料  滑石粉  石墨
最大粒径(mm) 5  2  0.088  5  0.088  0.088  3 5  0.088  0.088
 3-5mm 10％ 10％ 32％
1-3mm  50％ 30％ 30％  5％ 50％
 0-1mm 40％ 70％ 60％ 95％ 18％
0.088mm 20％ 10％ 20％ 80％ 70％
0.074mm  80％ 90％ 80％ 20％ 30％
将所述原料按上述配比混合均匀成泥料，然后将混合均匀的泥料送入碾泥机，加水碾压，每公斤加水0．19公斤，所加水的温度为55℃，碾制时间为12分钟，将碾制好的炮泥停放2天，并保护炮泥表面不被风干。
将所述炮泥用在安阳钢铁公司的5座300m3高炉上，取得了良好效果，经性能测试，所述炮泥的各项指标均优于普通有水炮泥，具体测量指标见表3。
由表3可以看出，本发明炮泥除可塑性指标略有下降外，其它各项指标均优于普通有水炮泥。110℃时常温耐压强度达到了141KPa，比普通有水炮泥高出28KPa，1300℃时的耐压强度也高出11．2KPa，高温线变化率也较普通有水炮泥大幅度减小，平均值可减少近一倍；热导率达到了99．9w／mk，比普通有水炮泥高出49．2w／mk，实现了炮泥在短时间内快速烧结；尤其是荷重软化温度在2KPa压力、变形4．0％的条件下，高出普通有水炮泥100℃，使高强度有水炮泥得以成功使用。
实践证明，本发明炮泥满足了300m3高炉高强度冶炼的要求，且实施期间未发生过任何渣铁跑大流事故和高炉减风减压事故，铁口合格率达到了99％。
表3  高强度有水炮泥与普通有水炮泥性能指标对比
项目                 名称条件 高强度水炮泥 普通有水炮泥 对比(差值)
体积密度 (g/cm3)110℃×24h烘后 1.54  1.49  0.05
常温耐压强度 (Kpa)110℃×24h烘后 141  113  28
常温抗折强度 (KPa)110℃×24h烘后 40.1  31.7  8.4
显气孔率 (％)1000℃×1.5h烧后 40  42  -2
体积密度 (g/cm3)1000℃×1.5h烧后 1.41  1.36  0.05
常温耐压强度 (KPa)1000℃×1.5h烧后 82.3  75.4  6.9
常温抗折强度 (KPa)1000℃×1.5h烧后 18.8  15.4  3.4
烧后线变化 (％)1000℃×1.5h -0.5  -1.3  0.8
常温耐压强度 (KPa)1300℃×1.5h烧后 35.1  23.9  11.2
常温抗折强度 (KPa)1300℃×1.5h烧后 13.7  10.1  3.6
烧后线变化 (％)1300℃×1.5h -1.3  -2.0  0.7
荷重软化温度 (℃)2KPa×4.0％变形 1680  1580  100
热导率 (w/mk) 99.9  50.7  49.2
℃ 热面：999.9 热面：1001.4  -1.5
可塑性指标     kg cm  2.33  2.33  -0.98
从下面表4可以看出，在高炉原始条件不变的情况下，高强度有水炮泥所起的作用和效果明显好于普通有水炮泥，铁口深度提高到了1350mm，比规定的1200mm长度长出150mm。铁口加深之后，打泥量不但没有增加，相反还减少了50kg／次，并且在两个月之内，未发生一次减风出铁，放风出铁和出铁跑大流事故，而普通有水炮泥的三者之和达到38次，说明了高强度有水炮泥可以长期使用。
表4  高强度有水炮泥试验期与基准期的有关指标对比
　　　　　项目名称 出铁次数 铁口深度(mm) 减风出铁(次) 放风出铁(次) 跑大流(次) 铁口合格率(％) 打泥量kg/次
高强度有水炮泥 910 1350 0 0 0 100 100
普通有水炮泥 922 1080 19 8 11 73 150
表5  校正后基准期与试验期原始条件
基准期 试验期 风温(℃) 风压(kPa) 出铁量(t/炉) 出渣量(t/炉) [Si](％) [Si](％) 焦比(kg/t) 煤比(kg/t) R2
97年7，8月 97年10，11月 1050 158 57 31 0．66 0．023 476 95 1．22
就表4所列指标，结合表3有关炮泥的理化指标分析，高强度有水炮泥的特点主要表现在下述几个方面：
1、抗渣蚀性好，耐机械冲刷力强，出铁过程铁口通径基本不变，防止了出铁跑大流，放风操作等恶性事故的发生，保障了炉前安全生产；
2、消除了潮铁口出铁现象；
3、炮泥结构致密，耐压强度和抗折强度好，适宜于高风压下的铁口工作。
本发明炮泥使用后具有较好的经济效益：
1、减少放风出铁和拉风出铁堵口损失：使用本发明炮泥前平均每月减风9次，使用本发明炮泥后平均每月减风0次。使用本发明炮泥后每月减少放风出铁和拉风出铁堵口次数为9次，则全年减少次数为108次。按每次放风和拉风减压损失1．5批料，每批料按4．5吨铁计算，则全年减少损失4．5×1．5×108=729吨铁；每吨铁按250元计算，则一座高炉全年可挽回损失为250×729=18．225万元。
2、节约炮泥用量：每座高炉每天普通有水炮泥用量为1．964吨(干料量)，其单价为720元／吨；每座高炉每天本发明炮泥用量为1．412吨(干料量)，其单价为921．399元／吨；则每座高炉每天节约炮泥的经济效益为1．964×720-1．412×921．399=113．06元，全年一座高炉可节约113．06×350=3．957万元。
3、使用本发明炮泥后全年经济效益为18．225+3．957=22．1 82万元。
另外，使用本发明炮泥后降低了操作人员的劳动强度，提高了高炉产量，同时避免了使用无水炮泥有机化合物高温蒸发对空气的污染并保护现场操作人员的身体健康。

Claims (3)

1、一种高炉堵铁口用高强度有水炮泥，其特征在于所说的炮泥的原料配比为(重量％)：焦粉35～50％，碳化硅5～6％，粘土20～30％，高铝砖粉1～5％，绢云母2～4％，兰晶石3～5％，沥青5～10％，高铝骨料5～10％，滑石粉1～2％，石墨2～3％。
2、如权利要求1所述的炮泥，其特征在于所述原料的粒度组成及不同粒度所占％为：
焦粉粒度3～5mm占8～10％，1～3mm占50～60％，≤1mm占30～40％；
碳化硅粒度1～3mm占25～35％，≤1mm占65～75％；
粘土粒度0．074～0．088mm占15～25％，≤0．074mm占75～85％；
高铝砖粉粒度3～5mm占8～15％，1～3mm占30～35％，≤1mm占50～60％；
绢云母粒度0．074～0．088mm占5～12％，≤0．074mm占88～95％；
兰晶石粒度0．074～0．088mm占17～25％，≤0．074mm占75～83％；
高铝骨料粒度3～5mm占25～32％，1～3mm占50～60％，≤1mm占10～20％；
滑石粉粒度0．074～0．088mm占70～80％，≤0．074mm占20～30％；
石墨粒度0．074～0．088mm占60～80％，≤0．074mm占20～40％。
3、一种如权利要求1所述高炉堵铁口用高强度有水炮泥的制备方法为：将权利要求1中所述原料按所述配比混合均匀成泥料，然后将混合均匀的泥料送入碾泥机，加水碾压，每公斤泥料加水0．17～0．22公斤，所加水的温度为40～70℃，碾制时间为10～15分钟，将碾制好的炮泥停放1～3天，并保护炮泥表面不被风干。
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