CN111848190B - 一种双铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法。所述炮泥由包括以下质量百分含量的原料配制而成：再生Al2O3‑SiC‑C质颗粒5％～30％；再生刚玉质颗粒1％～35％；碳素材料1％～25％；粘土5％～15％；棕刚玉抽尘粉1％～10％；电熔锆刚玉回收料1％～20％；碳化硅结合氮化硅砖粉1％～20％；复合结合剂10％～18％；所述复合结合剂由环保煤焦油、环保高温沥青和润湿剂混合而成，且苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％。本发明原料中大比例使用再生耐火材料和工业固废，大大降低了生产成本，同时制得的炮泥产品使用时操作方便、铁口深度稳定、易打泥、好开口、抗冲刷，出铁时无喷溅无浓烟黄烟，苯并a芘含量小于35mg/kg，更有利于改善高炉生产区域环境，保证作业人员身体健康。

Description

一种双铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法
技术领域
本发明属于高炉用耐火材料技术领域，具体涉及一种双铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法。
背景技术
高炉炼铁是当今世界上最主流的冶炼方式，截至2019年，我国钢铁产能已超过9.9亿吨。随着钢铁冶炼技术的不断发展，以前的小型高炉由于产量低、能耗高、污染严重等问题，已逐渐向冶炼强度高、产量大、出铁时间长的大中型高炉发展，其中容积在850m3～2500m3的中型高炉因具有建设成本低、操作技术成熟、利用系数高等众多优点受到各大钢铁企业的青睐。炮泥作为高炉运行过程中用来堵塞出铁口的关键耐火材料，其质量和性能的优劣直接影响到高炉的安全运转，与此同时，高风温、富氧喷煤、高风压等高冶炼强度技术的不断推广也对炮泥的使用提出更高的要求。
然而纵观现有的高炉用无水炮泥主要是以高能耗的棕刚玉、高铝矾土、碳化硅和氮化硅为原料，往往存在配方不合理、成本高昂、耐火性能差、强度偏低、抗渣侵蚀性差、耗泥量大、铁口难维护等问题；此外，其一般采用传统煤焦油、蒽油或煤沥青为结合剂，由于这些煤系产品中的苯并a芘含量从5000mg/kg～12000mg/kg不等，因此在炮泥生产和使用过程中污染比较大，释放大量有毒黄烟，烟尘中苯并a芘含量更高达1000mg/kg，不仅严重污染环境，使工作条件更加恶劣，难以满足新形势下节能环保的发展需求，而且苯并a芘是世界公认的致癌物质之一，严重威胁到炉前工人健康。虽然目前也有一些采用树脂或者煤系替代品作为结合剂的报道，但是此类炮泥由于价格较高且对现场的适应性差，容易出现打不动或硬炮现象，不能保证高炉冶炼的高效有序进行，市场接受程度较低。
基于此，开发一种成本低廉、性能优良、安全环保的双铁口高炉用无水炮泥具有十分重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是要提供一种成本低廉、铁口深度稳定、易打泥、好开口、抗冲刷、苯并芘含量低的双铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法。
本发明提供了一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000021
Figure BDA0002607987970000031
所述复合结合剂由环保煤焦油、环保高温沥青和润湿剂混合而成，且苯并芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％，复合结合剂在60℃时运动粘度为200～300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于34wt％。
具体的，所述复合结合剂按重量份数计，各原料组成为：
环保煤焦油 80～85份；
环保高温沥青 4～9份；
润湿剂 6～12份。
具体的，所述环保煤焦油为由高温煤焦油经脱水脱盐、加热至200℃经紫外线照射8h、通过活性炭滤网脱除苯并芘而得。
具体的，所述环保高温沥青软化点温度为160±5℃，C含量≥55.00wt％。
具体的，所述润湿剂为糠醛、硬脂酸、油酸和柴油中的混合物。
具体的，所述再生Al2O3-SiC-C质颗粒选用鱼雷罐拆除后的砖材料经挑选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度为大于0mm且小于或等于3mm，Al2O3+SiC含量≥75.00wt％
具体的，所述再生刚玉质颗粒选用中频炉用后工作层经拣选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度为大于0mm且小于或等于3mm，Al2O3含量≥83.00wt％。
具体的，所述碳素材料选用碳素加工过程中产生的残次品和除尘回收物，其粒度大于0mm且小于或等于2mm，固定碳含量≥85.00wt％。
具体的，所述粘土选自广西球粘土，Al2O3含量≥31.00wt％，水分含量≤5.0％。
具体的，所述棕刚玉抽尘粉选用磨料工业加工段砂的回收物，其粒度小于325目，Al2O3含量≥90.00wt％。
具体的，所述电熔锆刚玉回收料选用电熔锆刚玉砖或玻璃工业用后锆刚玉砖切割打磨过程中回收的切屑物，其粒度小于325目，Al2O3+ZrO2含量≥80.00wt％，水分含量≤2.0％。
具体的，所述碳化硅结合氮化硅砖粉选用陶瓷工业用后损毁物，其粒度小于200目，SiC+Si3N4含量≥75.00wt％。
本发明还提供了如前文所述的双铁口高炉用环保无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取各原料，将环保煤焦油、环保高温沥青和润滑剂在110±10℃下混合搅拌8h，制得复合结合剂；
(2)将其余原料加入到混碾机内干混5min，然后加入上述制得的复合结合剂，混碾40～45min制得混合泥料，待混合泥料温度达到60±5℃后，取样检测马夏值；
(3)马夏值测量合格后进行出料，然后采用挤泥机挤出成型，切割包装得炮泥产品。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明原料中大比例使用再生耐火材料和工业固废，变废为宝，资源得到高效利用，不仅大大降低了生产成本，提高了产品性价比，而且有利于节能环保，形成绿色低碳循环经济，而通过对各原料颗粒级配和组分配比进行优化组合，改善传统的炮泥结合剂，设计出颗粒达到紧密堆积状态的配方，既保证了炮泥产品的质量和性能，又使得炮泥产品在生产和使用时更加安全环保。
2.本发明以环保煤焦油、环保高温沥青和润湿剂为结合剂，其中环保煤焦油由高温煤焦油经脱水脱盐、加热至200℃经紫外线照射8h、通过活性炭滤网脱除苯并芘而得。环保高温沥青则以环保煤焦油为原料经沥青生产工艺而获得。复合结合剂不仅原料易得，成本低廉，而且与传统的炮泥结合剂相比，本发明提供的复合结合剂运动粘度更低，残炭值更高，意味着加入更少的结合剂量就可以获得满足堵口需要的马夏值，此外本发明制得的炮泥产品中苯并a芘含量小于35mg/kg，远低于行业标准《高炉用无水炮泥》YB/T4196-2018规定的100mg/kg，从而使得生产加工过程中不产生挥发性气体，无刺激性气味，开口出铁时无喷溅无浓烟黄烟，不仅有利于改善高炉生产区域环境，而且保证了作业人员的身体健康。
3.实验证明，本发明提供的环保无水炮泥在多座双铁口高炉上使用时，操作方便，易开易堵，铁口深度稳定，能够较好维护铁口区域炉墙；同时抗冲刷、抗渣性能稳定，不会出现夹铁、断铁口等现象，同时无需氧管烧铁口，既节省了炉前耗材，降低了炉前职工劳动强度，更进一步改善了炉前作业环境，保护了员工身体健康。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，所述环保复合结合剂的苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％，在60℃的运动粘度为200～300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于34wt％；所述环保煤焦油由高温煤焦油经脱水脱盐、加热至200℃经紫外线照射8h、通过活性炭滤网脱除苯并芘而得；所述环保高温沥青软化点温度为160±5℃，C含量≥55.00wt％；所述润湿剂中重量比为：糠醛∶硬脂酸∶油酸∶柴油＝2∶0.5∶1∶0.5；所述再生Al2O3-SiC-C质颗粒选用鱼雷罐拆除后的砖材料经挑选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度为大于0mm且小于或等于1mm和大于1mm且小于或等于3mm组成，且两者质量比为4∶6，其中Al2O3+SiC含量≥75.00wt％；所述再生刚玉质颗粒选用中频炉用后工作层经拣选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度为大于0mm且小于或等于1mm和大于1mm且小于或等于3mm组成，且两者质量比为4∶6，Al2O3含量≥83.00wt％；所述碳素材料选用碳素加工过程中产生的残次品和除尘回收物，其粒度大于0mm且小于或等于2mm，固定碳含量≥85.00wt％；所述粘土选自广西球粘土，Al2O3含量≥31.00wt％，水分含量≤5.0％；所述棕刚玉抽尘粉选用磨料工业加工段砂的回收物，其粒度小于325目，Al2O3含量≥90.00wt％；所述电熔锆刚玉回收料选用电熔锆刚玉砖或玻璃工业用后锆刚玉砖切割打磨过程中回收的切屑物，其粒度小于325目，Al2O3+ZrO2含量≥80.00wt％，水分含量≤2.0％；所述碳化硅结合氮化硅砖粉选用陶瓷工业用后损毁物，其粒度小于200目，SiC+Si3N4含量≥75.00wt％。
实施例1
一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000071
Figure BDA0002607987970000081
其中，所述复合结合剂按重量份数计，各原料组成为：
环保煤焦油 87份；
环保高温沥青 5份；
润湿剂 8份。
一种双铁口高炉用环保无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取各原料，将环保煤焦油、环保高温沥青和润滑剂在110℃下混合搅拌8h，制得复合结合剂；
(2)将其余原料加入到混碾机内干混5min，然后加入上述制得的复合结合剂，混碾40min制得混合泥料，待混合泥料温度达到60℃后，取样检测马夏值；
(3)马夏值测量合格后进行出料，然后采用挤泥机挤出成型，切割包装得炮泥产品。
(4)检测上述制得的炮泥产品的理化性质见表1。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000091
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000101
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000102
Figure BDA0002607987970000111
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种双铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
Figure BDA0002607987970000112
对比例与本发明原料组分配比及制备方法基本相同，不同之处在于，对比例中采用传统煤焦油作为结合剂原料，本发明制得的炮泥产品与对比例制得的炮泥产品的理化性能对比结果见表2和表3。
将上述实施例1-5制得的无水炮泥产品分别应用到5座不同双铁口高炉上，相关工业条件及实验结果见表4。
表1为本发明实施例1-5制得的炮泥产品的理化性质
Figure BDA0002607987970000121
表2为本发明1-3制得的炮泥产品与传统炮泥使用效果对比
项目名称 实例1 对比1 实例2 对比2 实例3 对比3
60℃马夏值(MPa) 0.40 0.43 0.40 0.42 0.45 0.44
结合剂加入量(％) 17.5 19.5 17.0 19.6 16.0 19.3
苯并a芘(mg/kg) 33.11 1560.03 32.64 1862.43 31.36 1891.42
平均出铁时间(min) 67 58 65 61 80 76
铁口合格率(％) 97.8 89.7 94.3 88.6 96.2 92.3
吨铁消耗(TFe/kg) 0.92 1.13 0.80 0.96 1.00 1.36
表3为本发明4-5制得的炮泥产品与传统炮泥产品的理化性能对比结果
Figure BDA0002607987970000122
Figure BDA0002607987970000131
表4为本发明实施例1-5制得的炮泥产品工业应用结果
项目名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
高炉容积(m<sup>3</sup>) 850 1080 1260 1500 1800
日产量(t/d) 3800 4100 4800 5200 5500
开口方式 钻头钢钎 钻头钢钎 钻头钢钎 钻头 钻头
出铁时间 67min 65min 80min 88min 112min
开口性 较易 一般 一般 易 易
吨铁消耗TFe/kg 0.92 0.80 1.0 0.96 0.82
由表1-4可知，本发明制得的炮泥产品理化性能优良，苯并a芘含量均小于35mg/kg，发明炮泥苯并a芘含量仅有对比例传统炮泥产品的1.6-2.1％，满足行业标准《高炉用无水炮泥》YB/T4196-2018规定的小于100mg/kg的规定，而且本发明制得的炮泥产品在双铁口高炉生产使用中更加安全环保无污染，且开口出铁时无喷溅无浓烟黄烟，更有利于改善高炉生产区域得环境以及保证作业人员的身体健康。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域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，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种双铁口高炉用环保无水炮泥，其特征在于，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
再生Al2O3-SiC-C质颗粒 5%~30%；再生Al2O3-SiC-C质颗粒的粒度大于0mm且小于或等于3mm；
再生刚玉质颗粒 1%~35%；再生刚玉质颗粒的粒度大于0mm且小于或等于3mm；
碳素材料 1%~25%；碳素材料的粒度大于0mm且小于或等于2mm；
粘土 5%~15%；
棕刚玉抽尘粉 1%~10%；
电熔锆刚玉回收料 1%~20%；
碳化硅结合氮化硅砖粉 1%~20%；
复合结合剂 10%~18%；
所述复合结合剂由环保煤焦油、环保高温沥青和润湿剂混合而成，且苯并a芘含量小于200㎎/kg，水分含量≤1%，60℃时运动粘度为200~300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于34wt%；
所述复合结合剂按重量份数计，各原料组成为：
环保煤焦油 80~85份；
环保高温沥青 4~9份；
润湿剂 6~12份；
所述环保煤焦油由高温煤焦油经脱水脱盐、加热至200℃经紫外线照射8h、通过活性炭滤网而得；所述环保高温沥青以环保煤焦油为原料经沥青处理工艺而得，环保高温沥青软化点温度为160±5℃，C含量≥55.00wt%；
所述润湿剂为糠醛、硬脂酸、油酸和柴油的混合物；
所述再生Al2O3-SiC-C质颗粒选用鱼雷罐拆除后的砖材料经挑选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度由大于0mm且小于或等于3mm，Al2O3+SiC含量≥75.00wt%；
所述再生刚玉质颗粒选用中频炉用后工作层经拣选、磁选、分级加工得到符合粒度范围的颗粒，其粒度由大于0mm且小于或等于3mm，Al2O3含量≥83.00wt%；
所述碳素材料选用碳素加工过程中产生的残次品和除尘回收物，其粒度大于0mm且小于或等于2mm，固定碳含量≥85.00wt%；所述粘土选自广西球粘土，Al2O3含量≥31.00wt%，水分含量≤5.0%；所述棕刚玉抽尘粉选用磨料工业加工段砂的回收物，其粒度小于325目，Al2O3含量≥90.00wt%；
所述电熔锆刚玉回收料选用电熔锆刚玉砖或玻璃工业用后锆刚玉砖切割打磨过程中回收的切屑物，其粒度小于325目，Al2O3+ZrO2含量≥80.00wt%，水分含量≤2.0%；
所述碳化硅结合氮化硅砖粉选用陶瓷工业用后损毁物，其粒度小于200目，SiC+Si3N4含量≥75.00wt%。
2.一种如权利要求1所述的双铁口高炉用环保无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配方称取各原料，将环保煤焦油、环保高温沥青和润滑剂在110±10℃下混合搅拌8h， 制得复合结合剂；
（2）将其余原料加入到混碾机内干混5min，然后加入上述制得的复合结合剂，混碾40~45min制得混合泥料，待混合泥料温度达到60±5℃后，取样检测马夏值；
（3）马夏值测量合格后进行出料，然后采用挤泥机挤出成型，切割包装得炮泥产品。
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