CN110963789A - 一种高炉灌缝料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉灌缝料及其制备方法，按照质量百分比计量，该高炉灌缝料的组成包括：占比为35％～56％的矾土熟料、占比为0％～12％的碳化硅细粉、占比为0％～18％的碳质材料、占比为4％～8％的膨胀剂、占比为5％～8％的烧结剂、占比为0％～3％的抗氧化剂、占比为21.6％～27％的结合剂、占比为0.6％～1.5％的固化剂。本发明的高炉灌缝料在使用时填充在高炉炉腹至炉身下部的各处缝隙中，施工简便，封堵效果显著，延长了高炉寿命，对钢铁生产中提高产量有利，具有明显的经济效益，其使用前景非常广阔。

Description

一种高炉灌缝料及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金耐火材料技术领域，特别涉及一种高炉使用过程中维修填补缝隙用材料及其制备方法，更具体地，涉及一种高炉炉腹至炉身下部用的灌缝料及其制备方法。

背景技术

高炉使用过程中，特别是炉役中后期，由于炉体内衬长期受到的机械冲刷、热力冲击和化学侵蚀，进而出现不同的损坏而存在一些缝隙。

在出现高炉内衬与炉壳表面温度同步上升情况时，表明由于侵蚀造成的耐火材料与金属件之间的缝隙、耐火材料与耐火材料之间的缝隙、冷却壁砌体与炉壳之间的缝隙等已经成为热煤气流的通道。这些缝隙使得高温煤气得以穿过而造成炉壳红点或冷却壁烧损等状况，这时需要采用灌缝料进行灌浆维护以保证生产安全和延长高炉寿命。

灌浆的重点是要把这些缝隙用灌缝料填实封堵，以增强高炉内衬的整体结构强度和密封性，以有效地延长高炉的生产和使用期。这种高炉维修灌浆，是在高炉维修的不同部位采用不同材质的耐火材料。对于高炉的炉腹至炉身下部的灌浆，常采用高铝-碳化硅-碳质灌缝料进行填充，包括对炉腹至炉身下部的内衬进行灌浆，和对冷却壁与炉壳之间的灌浆，所以，高铝-碳化硅-碳质灌缝料在高炉维修中的使用量非常大。而常用的灌缝料在使用过程中存在强度低、收缩过大等缺陷，灌浆后容易形成空隙，再次导致炉壳发红等一系列问题，不利于高炉的顺产和长寿。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高炉灌缝料及其制备方法，以提高高温环境中的体积稳定性、密封性和耐蚀性，进而满足日益苛刻的高炉生产和维修需要，以延长高炉的使用寿命，提高经济效益。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高炉灌缝料，按照质量百分比计量，所述高炉灌缝料的组成包括：

占比为35％～56％的矾土熟料、

占比为0％～12％的碳化硅细粉、

占比为0％～18％的碳质材料、

占比为4％～8％的膨胀剂、

占比为5％～8％的烧结剂、

占比为0％～3％的抗氧化剂、

占比为21.6％～27％的结合剂、

占比为0.6％～1.5％的固化剂。

进一步，所述矾土熟料中，Al₂O₃的含量大于等于80％，所述矾土熟料包含矾土颗粒和/或矾土细粉，其中，矾土颗粒的粒度为0～3mm，所述矾土细粉的粒度小于等于0.088mm。

进一步，所述碳化硅细粉中，SiC的含量大于等于90％，所述碳化硅细粉的粒度小于等于0.088mm。

进一步，所述碳质材料包含：

占所述高炉灌缝料总组分的0％～15％的废石墨电极粉、

占所述高炉灌缝料总组分的0％～3％的鳞片石墨粉；其中，

所述废石墨电极粉中，C的含量大于等于96％，所述废石墨电极粉的粒度小于等于0.088mm；

所述鳞片石墨粉中，C的含量大于等于94％，所述鳞片石墨粉的粒度小于等于0.088mm。

进一步，所述膨胀剂包含：

占所述高炉灌缝料总组分的2％～4％的石英粉、

占所述高炉灌缝料总组分的2％～4％的蓝晶石粉；其中，

所述石英粉中，SiO₂的含量大于等于98％，所述石英粉的粒度小于等于0.425mm；

所述蓝晶石粉中，Al₂O₃的含量为58％～62％，蓝晶石粉的粒度小于等于0.125mm。

进一步，所述烧结剂为黏土粉，其中，Al₂O₃的含量为26％～29％，所述黏土粉的粒度小于等于0.088mm，所述黏土粉的可塑性大于等于3.5。

进一步，所述抗氧化剂为硅粉，其中，Si的含量大于等于98％，所述硅粉的粒度小于等于0.088mm。

进一步，所述结合剂包含：

占所述高炉灌缝料总组分的12％～15％的酚醛树脂、

占比为所述酚醛树脂占比的80％的有机醇。

进一步，所述固化剂为酸类固化剂和/或酯类固化剂，所述固化剂的占比为所述酚醛树脂占比的5％～10％。

一种高炉灌缝料的制备方法，用于制备如上任一项所述的高炉灌缝料，所述制备方法包括：

所述矾土熟料、所述碳化硅细粉、所述碳质材料、所述膨胀剂、所述烧结剂、所述抗氧化剂、所述固化剂在行星式强制搅拌机中混合10～15分钟；

将混合后的混合料分装于铁皮桶中；

将所述结合剂加入到所述铁皮桶中；

利用电动搅拌器将所述铁皮桶中的混合料和结合剂搅拌均匀。

从上述方案可以看出，与现有技术相比，本发明实施例的高炉灌缝料及其制备方法具有如下有益效果：

(1)、不含游离水，对钢板、冷却壁没有腐蚀；

(2)、均匀性、流动性好，泵送施工简便，具有良好的作业性；

(3)、固化温度和固化时间合适，能够满足高炉维修工艺的要求；

(4)、材料的体积稳定性好，收缩小，能够防止煤气泄漏，对高炉密封性好；

(5)、粘性好、强度高、导热性好，具有良好的抗渗透性，可耐高温，耐侵蚀。

本发明实施例的高炉灌缝料在使用时填充在高炉炉腹至炉身下部的各处缝隙中，施工简便，封堵效果显著，延长了高炉寿命，对钢铁生产中提高产量有利，具有明显的经济效益，其使用前景非常广阔。

附图说明

图1为本发明实施例的高炉灌缝料的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种高炉灌缝料，按照质量百分比计量，高炉灌缝料的组成包括：35％～56％的矾土熟料、0％～12％的碳化硅细粉、0％～18％的碳质材料、4％～8％的膨胀剂、5％～8％的烧结剂、0％～3％的抗氧化剂、21.6％～27％的结合剂、0.6％～1.5％的固化剂。

本发明实施例中，各组分的百分比为质量百分比，即质量比，并且，本发明实施例中各处说明中的百分比均表示质量百分比。

本发明实施例中，在矾土熟料中，Al₂O₃(三氧化二铝)的含量大于等于80％(即在矾土熟料中的Al₂O₃的含量大于等于80％)，矾土熟料包含矾土颗粒和/或矾土细粉，其中，矾土颗粒的粒度为0～3mm(包括粒度为0～1mm的矾土颗粒和粒度为1～3mm的矾土颗粒)，矾土细粉的粒度小于等于0.088mm。在高炉灌缝料的使用过程中要求有较高的强度，在冲击、侵蚀条件下可以保持结构的整体性，材料不会产生裂缝，从而防止煤气泄漏。而粗颗粒能起到骨架支撑作用，有利于强度提高，因此一定数量的粗颗粒存在于高炉灌缝料中是十分必要的。另一方面，高炉灌缝料的施工工艺为泵送填充，如果颗粒太粗，则会阻塞输送泵的进口，或者在管道内产生沉淀，阻塞管道，使整个泵送系统阻力增大，这样，不仅影响灌缝施工，而且会因为颗粒偏粗，引起偏析分层，影响高炉灌缝料的质量，所以，高炉灌缝料的临界粒度选择受到施工性能的限制。本发明实施例中，采用3mm的矾土熟料作为最大的临界颗粒，能够很好地解决施工工艺和性能要求相互矛盾的问题。

本发明实施例中，在碳化硅细粉中，SiC(碳化硅)的含量大于等于90％(即在碳化硅细粉中的SiC的含量大于等于90％)，碳化硅细粉的粒度小于等于0.088mm。本发明实施例中，加入碳化硅细粉可以提高高炉灌缝料的耐磨性和导热性，改善高炉灌缝料的抗剥落性和抗侵蚀性，能够满足高炉不同部位的使用要求。

本发明实施例中，碳质材料包含废石墨电极粉和鳞片石墨粉，其中，废石墨电极粉占高炉灌缝料总组分的0％～15％(即废石墨电极粉的质量占高炉灌缝料总质量的0％～15％，或者废石墨电极粉在高炉灌缝料中的占比为0％～15％)，鳞片石墨粉占高炉灌缝料总组分的0％～3％(即鳞片石墨粉的质量占高炉灌缝料总质量的0％～3％，或者鳞片石墨粉在高炉灌缝料中的占比为0％～3％)。其中，废石墨电极粉中，C(碳)的含量大于等于96％，废石墨电极粉的粒度小于等于0.088mm；鳞片石墨粉中，C的含量为大于等于94％，鳞片石墨粉的粒度小于等于0.088mm。废石墨电极粉和鳞片石墨粉的含炭量高，导热性能优良，抗侵蚀性好。

本发明实施例中，膨胀剂采用石英粉和蓝晶石粉复合。其中，石英粉在高炉灌缝料中的占比为2％～4％(即石英粉的质量占高炉灌缝料总质量的2％～4％)，蓝晶石粉在高炉灌缝料中的占比为2％～4％。其中，石英粉中，SiO₂(二氧化硅)的含量大于等于98％，石英粉的粒度小于等于0.425mm；蓝晶石粉中，Al₂O₃的含量为58％～62％，蓝晶石粉的粒度小于等于0.125mm。其中，石英粉在温度逐步升高过程中具有各种变体，当活性Al₂O₃存在时则转变为莫来石，蓝晶石粉在高温下会不可逆地转化为莫来石和SiO₂，石英粉和蓝晶石粉的这些转变均伴随有体积的膨胀，从而起到了减少或消除高炉灌缝料在不同加热温度下的物料收缩的作用，改善了高炉灌缝料的体积稳定性，提高了高炉灌缝料的封堵性。

本发明实施例中，烧结剂选用黏土粉，其中，黏土粉中的Al₂O₃的含量为26％～29％，黏土粉的粒度小于等于0.088mm，黏土粉的可塑性大于等于3.5。在高炉灌缝料配比中的粘土粉为软质粘土，具有较高的可塑性和粘结性，尤其在高温下具有良好的烧结性。

本发明实施例中，抗氧化剂采用硅粉，其中，硅粉中的Si(硅)的含量大于等于98％，硅粉的粒度小于等于0.088mm。硅粉在高温下可以防止碳的氧化，同时能提高高炉灌缝料的强度和抗侵蚀性。

本发明实施例中，结合剂采用酚醛树脂和有机醇复合。其中，酚醛树脂为热固型液体，酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比为12％～15％；有机醇包括乙醇和/或乙二醇，有机醇在高炉灌缝料中的占比为是酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比的80％，例如，当酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比为12％时，有机醇在高炉灌缝料中的占比为9.6％，当酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比为15％时，有机醇在高炉灌缝料中的占比为12％。高炉灌缝料施工所要求的流动性、铺展性、粘性等施工性能和强度等物理性能依赖于结合剂的调配。鉴于酚醛树脂的固定碳高、挥发分小，选为高炉灌缝料的结合剂。结合剂的粘度越大时，其表面张力越大，在搅拌好的灌缝料中，粗颗粒就能够悬浮在溶液中，从而减少物料的偏析和分层。但是粘性太大，阻力必然也会增大，使整个泵送灌入系统负荷增大，易发生设备事故。反之，结合剂的粘性较小，则灌缝料在泵送过程中易发生偏析和分层，进而沉淀或阻塞输送管道，且材料强度等性能也会降低，不利于后期在高炉中的使用。由此可见，结合剂的粘性对施工工艺和材料性能的影响都很大，所以本发明实施例采用酚醛树脂和有机醇复合调配，以达到材料性能和施工工艺的最佳。

本发明实施例中，固化剂采用酸类固化剂和/或酯类固化剂，固化剂的占比为酚醛树脂占比的5％～10％。例如，当酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比为12％时，固化剂在高炉灌缝料中的占比为0.6％～1.2％，当酚醛树脂在高炉灌缝料中的占比为15％时，固化剂在高炉灌缝料中的占比为0.75％～1.5％。高炉灌缝料的使用工况要求其在100℃左右时可以固化，固化时间不能超过24小时，所以需要添加固化剂降低酚醛树脂的固化温度，缩短固化时间。

如下表1列出了本发明的高炉灌缝料的几种具体实施例的原料及其按重量份计量的含量以及主要技术指标。

表1高炉灌缝料的各实施例及相应的性能

其中，表1中各个实施例中，将制备好的高炉灌缝料在40mm×40mm×160mm的标准模具中灌注成型，并按照国家标准中的规定进行测定，而获得各个实施例对应的体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度，线变化率等上述性能指标。

本发明实施例还提供了一种高炉灌缝料的制备方法，用于制备上述说明中的高炉灌缝料，如图1所示，该制备方法包括：

步骤1、将上述矾土熟料、碳化硅细粉、碳质材料、膨胀剂、烧结剂、抗氧化剂、固化剂按照上述说明中的各自的对应占比在行星式强制搅拌机中混合10～15分钟；

步骤2、将混合后的混合料分装于铁皮桶中；

步骤3、将结合剂加入到铁皮桶中；

步骤4、利用电动搅拌器将铁皮桶中的混合料和结合剂搅拌均匀。

与现有技术相比，本发明实施例的高炉灌缝料及其制备方法具有如下有益效果：

(1)、不含游离水，对钢板、冷却壁没有腐蚀；

(2)、均匀性、流动性好，泵送施工简便，具有良好的作业性；

(3)、固化温度和固化时间合适，能够满足高炉维修工艺的要求；

(4)、材料的体积稳定性好，收缩小，能够防止煤气泄漏，对高炉密封性好；

(5)、粘性好、强度高、导热性好，具有良好的抗渗透性，可耐高温，耐侵蚀。

本发明实施例的高炉灌缝料在使用时填充在高炉炉腹至炉身下部的各处缝隙中，施工简便，封堵效果显著，延长了高炉寿命，对钢铁生产中提高产量有利，具有明显的经济效益，其使用前景非常广阔。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高炉灌缝料，其特征在于，按照质量百分比计量，所述高炉灌缝料的组成包括：

占比为35％～56％的矾土熟料、

占比为0％～12％的碳化硅细粉、

占比为0％～18％的碳质材料、

占比为4％～8％的膨胀剂、

占比为5％～8％的烧结剂、

占比为0％～3％的抗氧化剂、

占比为21.6％～27％的结合剂、

占比为0.6％～1.5％的固化剂。

2.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于：

所述矾土熟料中，Al₂O₃的含量大于等于80％，所述矾土熟料包含矾土颗粒和/或矾土细粉，其中，矾土颗粒的粒度为0～3mm，所述矾土细粉的粒度小于等于0.088mm。

3.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于：

所述碳化硅细粉中，SiC的含量大于等于90％，所述碳化硅细粉的粒度小于等于0.088mm。

4.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于，所述碳质材料包含：

占所述高炉灌缝料总组分的0％～15％的废石墨电极粉、

占所述高炉灌缝料总组分的0％～3％的鳞片石墨粉；其中，

所述废石墨电极粉中，C的含量大于等于96％，所述废石墨电极粉的粒度小于等于0.088mm；

所述鳞片石墨粉中，C的含量大于等于94％，所述鳞片石墨粉的粒度小于等于0.088mm。

5.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于，所述膨胀剂包含：

占所述高炉灌缝料总组分的2％～4％的石英粉、

占所述高炉灌缝料总组分的2％～4％的蓝晶石粉；其中，

所述石英粉中，SiO₂的含量为98％～100％，所述石英粉的粒度小于等于0.425mm；

所述蓝晶石粉中，Al₂O₃的含量为58％～62％，所述蓝晶石粉的粒度小于等于0.125mm。

6.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于：

所述烧结剂为黏土粉，其中，Al₂O₃的含量为26％～29％，所述黏土粉的粒度小于等于0.088mm，所述黏土粉的可塑性大于等于3.5。

7.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于：

所述抗氧化剂为硅粉，其中，Si的含量大于等于98％，所述硅粉的粒度小于等于0.088mm。

8.根据权利要求1所述的高炉灌缝料，其特征在于，所述结合剂包含：

占所述高炉灌缝料总组分的12％～15％的酚醛树脂、

占比为所述酚醛树脂占比的80％的有机醇。

9.根据权利要求8所述的高炉灌缝料，其特征在于：

所述固化剂为酸类固化剂和/或酯类固化剂，所述固化剂的占比为所述酚醛树脂占比的5％～10％。

10.一种高炉灌缝料的制备方法，用于制备如权利要求1至9任一项所述的高炉灌缝料，所述制备方法包括：

所述矾土熟料、所述碳化硅细粉、所述碳质材料、所述膨胀剂、所述烧结剂、所述抗氧化剂、所述固化剂在行星式强制搅拌机中混合10～15分钟；

将混合后的混合料分装于铁皮桶中；

将所述结合剂加入到所述铁皮桶中；

利用电动搅拌器将所述铁皮桶中的混合料和结合剂搅拌均匀。

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