CN110243185B - 一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料，涉及化工材料领域。该堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂10％‑30％、碳质材料40％‑60％和液态有机粘合剂10％‑30％。该堵眼材料有效避免了对高硅合金的污染，保证无水蒸气与碳质材料的氧化还原反应导致的炉眼炭砖的侵蚀，且在使用过程中起到了修补炉眼的作用，从而有效减缓了炉眼炭砖的损坏速度，将炉眼的维护周期延长至28‑42天，降低了炉眼修复成本；因更换炉眼的次数减少，从而提高了炉台产量及产品质量，提高了经济效益。该堵眼材料可与高硅合金矿热炉开堵眼机配合使用，提升了自动化水平，操作更为简单，减少了劳动力和时间。

Description

一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

技术领域

本发明涉及化工材料领域，具体涉及一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料。

背景技术

高硅合金矿热炉一般以普通炭砖作为炉衬及炉眼材料，每台矿热炉均有两个炉眼周期性出铁，开眼方式一般为吹氧烧眼或烧穿器弧光烧眼。炭砖具有熔点高、抗热震性好、高温强度高、因线膨胀系数低而在高温下较好的体积稳定性等优点，但在实际应用过程中也体现出一定的不足。据统计，高硅合金矿热炉炉眼炭砖损坏速度快、使用周期较短、维护频率高，修眼的周期为2-3周；炉衬重新砌筑频率高，炉衬的使用寿命为2-3年，更换炉衬的直接及间接成本均较高，经济技术指标差。

高硅合金矿热炉炉眼及炉衬损坏的主要原因是氧化侵蚀和机械冲刷侵蚀。在长期受到高温铁水、炉渣冲刷，以及在高温有氧环境中其抗氧化性能差，炉眼及炉衬炭砖的损坏主要以炉眼炭砖为中心、炉眼及炉眼周边炭砖氧化侵蚀较为严重，长期情况下势必造成炉眼炭砖烧损、炉眼周边炭砖氧化等不利现象，导致炉眼使用周期偏短，需要进行频繁的换眼、修眼操作。而修眼时采用碎电极糊修补烧损炉眼，修补效果欠佳，进而导致炉眼内径变大、炉眼变浅、炉墙变薄，间接影响炉眼及周围炉衬的使用寿命。

传统的高硅合金生产工艺中，堵眼材料一般是将粘土与电极糊以一定的比例通过搅拌机均质，加入一定量的水，形成可塑性的泥料，人工根据炉眼的尺寸将泥料成型为适合炉眼的形状，同时进行一定程度的烘干，堵眼时将泥料通过钎杆送入炉眼并捣实。该种工艺的优点是制作成本低廉，缺点是：(1)工艺操作繁琐，占用大量劳动力和时间；(2)该堵眼材料含有约10％的水分，在出铁过程中变为水蒸气，同时与炭砖中的C发生氧化反应：H₂O(g)+C(s)＝CO(g)+H₂(g)。炉温越高该反应进行的越快，在生产高硅合金的高温环境下，该反应造成的后果是：炉眼炭砖因其中的碳不断减少而疏松、剥落，在出铁过程中又受到高温铁水的冲刷导致进一步的烧损，在圆钢开眼、拉钎操作中加速磨损；(3)该堵眼材料的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、C、H₂O，SiO₂与Al₂O₃在开眼过程中以渣的形式消耗，C在高温及水蒸气环境中被氧化消耗，受材质局限，该堵眼材料对炉眼的损伤无修补作用。

因此，根据上述现有技术中存在的不足，亟需提供一种工艺操作简单、减少炉眼及炉衬氧化侵蚀且能修补炉眼损伤的新型堵眼材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料。克服了现有技术中存在的问题，有效避免了堵眼材料对高硅合金的污染，保证无水蒸气与碳质材料的氧化还原反应导致的炉眼炭砖的侵蚀，且在使用过程中起到了修补炉眼的作用。

本发明一方面提供了一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料，所述的堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂10％-30％、碳质材料40％-60％和液态有机粘合剂10％-30％；

所述的固态无机粘结剂包括但不限于微硅粉；

所述的碳质材料包括但不限于石墨粉和焦炭粉；

所述的液态有机粘合剂为疏水性液态有机粘结剂；

所述的疏水性液态有机粘结剂包括但不限于酚醛树脂、聚乙烯醇、煤焦油中的一种或几种。

其中，碳质材料主要作用是提高堵眼材料的耐火度及高温强度，同时实现对炉眼的修补；固态无机粘结剂的主要作用是堵眼材料的低温成型粘合剂，固化后起“骨架”作用，所用的微硅粉来源于高硅合金生产过程中产生的固体废弃物；液态有机粘合剂要求常温下为液态，高温下具有挥发性能，主要作用是便于堵眼材料成型，同时高温挥发可作为碳质材料修补炉眼时的传播介质，碳质材料在有机粘结剂挥发过程中粘附到炉眼内壁填充缝隙，起到修补炉眼的作用。

优选地，所述的堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂25％-30％、碳质材料48％-60％和液态有机粘合剂15％-22％；

进一步优选地，所述的堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂27％、碳质材料54％和液态有机粘合剂19％。

优选地，所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1-5；

进一步优选地，所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1-3。

优选地，所述的固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:1.6-2.4；

进一步优选地，所述的固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:2。

优选地，所述的固态无机粘结剂中SiO₂含量为75％-90％，粒度为200-325目；所述的碳质材料中固定碳含量为65％-85％，粒度为200-325目。

优选地，所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分，避免水蒸气与碳质材料的氧化还原反应导致的炉眼炭砖的侵蚀。

本发明另一方面提供了一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料的制备方法，所述堵眼材料的制备方法包括以下步骤：

(1)原料预处理：将上述的固态无机粘结剂和碳质材料磨至粒度200-325目，备用；

(2)泥料形成：将备用的固态无机粘结剂、碳质材料和上述的液态有机粘合剂按照上述重量比混合均匀，形成泥料；

(3)压制成型：将步骤(2)得到的泥料压制成型为锥状，得到锥状堵眼体。

具体地，一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料的制备方法包括以下步骤：

(1)原料预处理：将上述的固态无机粘结剂和碳质材料分别利用雷蒙磨磨至粒度为200-325目，备用；

(2)泥料形成：将备用的固态无机粘结剂、碳质材料和上述的液态有机粘合剂按照上述重量比经称重给料机称重，再加入到双轴搅拌机中混炼30分钟，混合均匀，形成泥料；

(3)压制成型：将步骤(2)得到的泥料通过压力成型机和模具压制成型为锥状，得到锥状堵眼体。

本发明另一方面还提供了上述的堵眼材料在高硅合金矿热炉中的应用。

上述应用具体是堵眼材料配合高硅合金矿热炉开堵眼机共同使用，开赌眼机包含凿岩开眼功能和泥炮堵眼功能，凿岩开眼功能通过凿岩机实现，区别于传统烧眼开眼，泥炮堵眼功能将堵眼材料以“子弹”的形式射入炉眼，区别于传统的人工堵眼。

与现有技术相比，本发明的积极和有益效果在于：

(1)本发明提供了一种用于高硅合金矿热炉的新型堵眼材料。该堵眼材料采用了高硅合金生产过程中产生的固体废弃物微硅粉作为低温成型粘结剂，避免了堵眼材料对高硅合金的污染；采用的碳质材料，在有机粘合剂挥发过程中细粉碳质材料粘附在炉眼内壁填充缝隙，起到修补炉眼的作用；采用的液态有机粘合剂，低温下可实现粘结作用，高温下可作为碳质材料修补炉眼的传播介质；另外，该堵眼材料不含水分，保证了无水蒸气与碳质材料的氧化还原反应导致的炉眼炭砖的侵蚀。从而有效减缓了炉眼炭砖的损坏速度，减少了炉眼维护次数，将炉眼的维护周期延长至28-42天，预计炉眼使用年限延长至5-15年，降低了炉眼修复成本，因更换炉眼的次数减少，从而提高了炉台产量及产品质量，提高了经济效益。

(2)本发明提供了一种用于高硅合金矿热炉的新型堵眼材料的制备方法和用途，可实现产品的集中化和批量化生产，避免分散型劳动力与劳动时间，实现堵眼材料标准化生产，便于产品质量的控制。

(3)本发明提供了一种用于高硅合金矿热炉的新型堵眼材料的用途，区别于传统的烧眼开眼和人工堵眼，凿岩开眼的方式可减少炉眼的氧化损伤，泥炮堵眼的方式更加适用于该新型堵眼材料，同时可提升自动化水平，操作更为简单。

附图说明

图1为实施例7中高硅合金矿热炉堵眼材料形状示意图。

图2为实施例7中高硅合金矿热炉堵眼材料生产工艺流程图。

附图标记：1、锥状堵眼体。

具体实施方式

以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的下述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例中，而是可以应用于符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的更宽的范围。

除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。下面通过具体实施方案结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，1是一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料压制成型的锥状堵眼体。

实施例1一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂30％、碳质材料60％和液态有机粘合剂10％。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉，SiO₂含量为75％，粒度为200目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:5，即2:1，碳质材料中固定碳含量为65％，粒度为200目；所述的液态有机粘合剂为酚醛树脂。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例2一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂30％、碳质材料40％和液态有机粘合剂30％。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉,SiO₂含量为90％，粒度为325目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:3，碳质材料中固定碳含量为85％，粒度为325目；所述的液态有机粘合剂为聚乙烯醇。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例3一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂10％、碳质材料60％和液态有机粘合剂30％。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉，SiO₂含量为85％，粒度为265目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1，碳质材料中固定碳含量为75％，粒度为265目；所述的液态有机粘合剂为煤焦油。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例4一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂25％、碳质材料60％和液态有机粘合剂15％；即，固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:2.4。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉，SiO₂含量为80％，粒度为300目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:3，碳质材料中固定碳含量为70％，粒度为300目；所述的液态有机粘合剂为酚醛树脂。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例5一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂27％、碳质材料54％和液态有机粘合剂19％；即，固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:2。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉，SiO₂含量为80％，粒度为300目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:2，即5:1；碳质材料中固定碳含量为70％，粒度为300目；所述的液态有机粘合剂为酚醛树脂。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例6一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂30％、碳质材料48％和液态有机粘合剂22％；即，固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:1.6。

所述的固态无机粘结剂为微硅粉，SiO₂含量为80％，粒度为300目；所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1，碳质材料中固定碳含量为70％，粒度为300目；所述的液态有机粘合剂为酚醛树脂。

所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

实施例7一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料的制备方法

工艺流程如图2所示，具体步骤如下：

(1)原料预处理：将固态无机粘结剂和碳质材料分别利用雷蒙磨磨至粒度为200-325目，备用；

(2)泥料形成：将备用的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂按照一定的重量比经称重给料机称重，再加入到双轴搅拌机中混炼30分钟，混合均匀，形成泥料；

(3)压制成型：将步骤(2)得到的泥料通过压力成型机和模具压制成型为锥状，得到锥状堵眼体，如图1所示。

实施例8一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料的应用

将利用本发明实施例1-6提供的堵眼材料和实施例7提供的方法制备得到的锥状堵眼材料配合高硅合金矿热炉开堵眼机共同使用。开赌眼机包含凿岩开眼功能和泥炮堵眼功能，凿岩开眼功能通过凿岩机实现，泥炮堵眼功能将堵眼材料以“子弹”的形式射入炉眼。每个实施例提供的堵眼材料用于两个高硅合金矿热炉，每个高硅合金矿热炉有两个炉眼，即每个实施例提供的堵眼材料用于4个炉眼，统计，并计算炉眼技术指标平均值，结果如表1所示。

表1：炉眼平均技术指标

结果表明，使用本发明提供的高硅合金矿热炉堵眼材料能够有效减缓炉眼炭砖的损坏速度，明显延长了炉眼维护周期，从而减少了炉眼维护次数，并将炉眼使用年限延长至5-15年，并且提高了炉台产量及产品质量，提高了经济效益。

对比例1一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

该堵眼材料与实施例5的区别仅在于，固态无机粘结剂30％、碳质材料36％和液态有机粘合剂34％；即，固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:1.2。制备方法同实施例7和8。

结果表明，平均产量为36.6t/天，75#以上品级平均产出率为68.9％，平均喷火次数和跑眼次数为3和2次，平均炉眼维护周期为22天，炉眼更换周期为4.6年。

对比例2一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

该堵眼材料与实施例5的区别仅在于，所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:6,即5:3。制备方法同实施例7和8。

结果表明，平均产量为35.8t/天，75#以上品级平均产出率为69.5％，平均喷火次数和跑眼次数为2.5和2.25次，平均炉眼维护周期为19天，炉眼更换周期为4.2年。

对比例3一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料

该堵眼材料是常用的高硅合金矿热炉的堵眼材料，按重量比计包括：电极糊70％、粘土20％和水10％。该堵眼材料通过搅拌机均质，形成可塑性的泥料，人工根据炉眼的尺寸将泥料成型为适合炉眼的形状，同时进行一定程度的烘干，堵眼时将泥料通过钎杆送入炉眼并捣实。

结果表明，平均产量为33.9t/天，75#以上品级平均产出率为64.2％，平均喷火次数和跑眼次数为3和3.5次，平均炉眼维护周期为12天，炉眼更换周期为2.3年。

综上，利用本发明提供的高硅合金矿热炉堵眼材料能够有效减缓炉眼炭砖的损坏速度，延长了炉眼维护周期，从而减少了炉眼维护次数，并将炉眼的维护周期延长至28-42天，预计使用年限延长至5-15年，并且提高了炉台产量及产品质量，降低了炉眼修复成本，提高了经济效益，提高了自动化水平，实际操作更为简单。

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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料，其特征在于，所述的堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂10％-30％、碳质材料40％-60％和液态有机粘合剂10％-30％；

所述的固态无机粘结剂包括微硅粉；

所述的碳质材料包括石墨粉和焦炭粉，石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1-5；

所述的固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:1.6-2；

所述的液态有机粘合剂为疏水性液态有机粘结剂；

所述的疏水性液态有机粘结剂包括酚醛树脂、聚乙烯醇、煤焦油中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的堵眼材料，其特征在于，所述的堵眼材料按重量比计包括：固态无机粘结剂25％-30％、碳质材料48％-60％和液态有机粘合剂15％-22％。

3.根据权利要求1所述的堵眼材料，其特征在于，所述的碳质材料中石墨粉和焦炭粉的重量比为10:1-3。

4.根据权利要求1所述的堵眼材料，其特征在于，所述的固态无机粘结剂和碳质材料的重量比为1:2。

5.根据权利要求1所述的堵眼材料，其特征在于，所述的固态无机粘结剂中SiO₂含量为75％-90％，粒度为200-325目；所述的碳质材料中固定碳含量为65％-85％，粒度为200-325目。

6.根据权利要求1所述的堵眼材料，其特征在于，所述的固态无机粘结剂、碳质材料和液态有机粘合剂不含水分。

7.一种用于高硅合金矿热炉的堵眼材料的制备方法，其特征在于，所述堵眼材料的制备方法包括以下步骤：

(1)原料预处理：将权利要求1-6中任意一项所述的固态无机粘结剂和碳质材料磨至粒度为200-325目，备用；

(2)泥料形成：将备用的固态无机粘结剂、碳质材料和权利要求1-6中任意一项所述的液态有机粘合剂按照权利要求1-3中任意一项所述重量比混合均匀，形成泥料；

(3)压制成型：将步骤(2)得到的泥料压制成型为锥状，得到锥状堵眼体。

8.根据权利要求1所述的堵眼材料在高硅合金矿热炉中的应用。

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