CN111848191A - 一种矿热炉用镁炭质堵塞泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金用耐火材料技术领域，公开了一种矿热炉用镁炭质堵塞泥及其制备方法。所述堵塞泥由骨料、粉料和复合结合剂组成，按重量份数计，骨料为35～55份，粉料为25～50份，复合结合剂为12～18份；所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，且苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％。本发明以镁质、碳质和镁炭质材料作为骨料和粉料，原料中包含镁质粘土、致密刚玉产品加工抽尘粉、钢铁工业用后碳化硅结合氮化硅砖粉和添加剂，制得的堵塞泥产品使用时无需预热，操作更加简单方便，而且好开口、抗冲刷、抗侵蚀、耐火性能和耐压强度高，出铁时无喷溅无浓烟黄烟，且苯并a芘含量小于40㎎/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

一种矿热炉用镁炭质堵塞泥及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金用耐火材料技术领域，具体涉及一种矿热炉用镁炭质堵塞泥及其制备方法。

背景技术

矿热炉是采用碳质和镁质耐火材料作炉衬，使用自焙电极，电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧以及电流通过炉料的电阻而产生的能量来熔炼并提供化学反应条件，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。其主要用于生产镍铁、硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、硅锰合金以及电石、磷铁等化工原料，其中又以镍铁矿热炉应用最广泛。而受到原料红土矿中镍品位低的影响，目前大多冶炼企业在冶炼时常需要采取提高冶炼温度(1500℃～1550℃)、降低电极位置、延长出铁间隔等措施来提高镍的回收率。因此，矿热炉运行过程中，出铁口堵塞泥质量和性能的优劣直接影响到矿热炉的安全运转；同时伴随冶炼工艺日益趋于系统化、连续化、大型化和自动化发展，这也对矿热炉出铁口用堵塞泥的质量提出更高的要求。

然而纵观现有的矿热炉用出铁口堵塞泥，主要以Al₂O₃-SiC-C为材质，以普通煤焦油为结合剂，由于SiC易与炉渣中高含量的FeO发生化学反应，导致其不能抵抗高温炉渣和铁水的长期渗透和侵蚀，使用过程中根本无法维持合理的铁口深度，经常发生铁口钻不开、堵口冒烟，散发有毒有害气体，危害环境等问题。更有甚者，为了降低堵塞泥的马夏值，配方中会加入大量结合剂，从而存在结焦干燥速度慢堵不住口，堵塞泥高温烧结后体积密度低、显气孔率增高、高温强度低和体积收缩等缺点。虽然目前也有一些关于Al₂O₃—SiC—C质矿热炉用出铁口堵塞泥的改进报道，如国内外客户尝试使用含铬可塑料(俗称绿泥)来堵塞铁口，但是此类堵塞泥在实际使用时，不仅铁口深度改善不明显，而且频繁发生漏铁口、断铁口和开口困难的现象，不得不被迫进行燃烧氧气管，破坏铁口泥包结构进行开口，从而使得炉前工的劳动强度和冶炼成本大幅度增加。

此外，由于受到打泥设备压力(8～12MPa)和出铁排渣时间较短的影响，现有的堵塞泥在使用前大多数需要在烘箱内进行烘烤预热，并精准控制烘烤时间和温度，之后再装进打泥设备进行堵口操作。这不仅操作繁琐，增加了炉前劳动强度，而且烘烤时还会产生大量刺激性气体，不够安全环保。

基于此，开发一种使用时无需预热、性能优良、安全环保的矿热炉用镁炭质堵塞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使用时无需预热、好开口、抗冲刷、苯并芘含量低，且高温烧结后气孔率低、性能优良的矿热炉用镁炭质堵塞泥及其制备方法。

本发明提供了一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，由包括以下重量份数的原料配制而成：

骨料 35～55份；

粉料 25～50份；

复合结合剂 12～18份；

所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，且苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％。

具体的，所述骨料由如下重量比的组分组成：粒度大于1mm且小于3mm的骨料为55％，粒度大于0mm且小于1mm的骨料为45％。

具体的，所述骨料由氧化镁质材料和碳质材料混合而成，所述氧化镁质材料为电熔镁砂、重烧镁砂、电熔皮砂和镁碳砖颗粒的复合物；所述碳质材料为镁碳砖颗粒、增碳剂和碳素落地料的复合物。

具体的，所述粉料粒度小于0.074mm，所述粉料由氧化镁质材料、碳质材料、致密刚玉抽尘粉、氮化硅结合碳化硅粉以及添加剂混合而成。

具体的，所述粉料中氧化镁质材料为电熔镁砂粉、烧结镁砂粉和镁质粘土几种复合；所述粉料中碳质材料为碳砖原料加工抽尘粉、纳米级炭黑几种复合；所述电熔镁砂粉粒度小于0.074mm，MgO含量≥97.00wt％，所述烧结镁砂粉粒度小于0.074mm，MgO含量≥92.00wt％；所述镁质粘土粒度小于0.074mm，水分含量＜1.0％，MgO含量≥30.00wt％，SiO₂含量≥60.00wt％；所述碳砖原料加工抽尘粉粒度小于0.044mm，固定碳含量≥92.00wt％；所述纳米级炭黑粒度小于0.044mm，固定碳含量≥98.00wt％。

具体的，所述致密刚玉抽尘粉粒度小于0.044mm，Al₂O₃含量≥93.00wt％，所述碳化硅结合氮化硅砖粉选自钢铁工业用后废弃物，粒度小于0.074mm，SiC+Si₃N₄含量≥75.00wt％。

具体的，所述添加剂粒度小于0.074mm，主要化学成分为Al₂O₃、C、Si、Al和B₂O₃。

具体的，所述复合结合剂为液体结合剂，且在35℃的运动粘度为200～300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于26wt％。

具体的，所述环保煤焦油选自产地河南的煤焦油经脱水脱盐后，在40ppm的臭氧浓度下，120℃恒定温度下进行空气搅拌，之后进行紫外线照射处理即得，其中搅拌时间≥8h，照射时间≥4h。

具体的，所述润湿剂为大豆油、油酸、硬脂酸和导热油中的混合物，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的0.1～3％。

本发明还提供了如前文所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方称取各原料，将环保煤焦油和润湿剂混合均匀制得复合结合剂，备用；

(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搅拌混合25～30min，制得混合泥料，待混合泥料温度达到35±5℃，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，切割包装得堵塞泥产品。

与现有技术相比，本发明的优点是:

1.本发明配料匹配科学合理，以镁、碳质材料作为骨料和粉料，原料中包含镁质粘土、致密刚玉产品加工抽尘粉、钢铁工业用后碳化硅结合氮化硅砖粉和添加剂等，使得本发明制得的堵塞泥在高温烧结后呈线性微膨胀，不仅提高了堵塞泥的耐火性能、抗侵蚀性能和耐压强度等，而且使用本发明堵塞泥时更是无需烘烤预热，操作更加简单方便；此外，本发明还通过改善结合剂体系，在保证堵塞泥产品的质量和性能，大大降低了堵塞泥产品的苯并a芘含量，使得堵塞泥产品在生产和使用时更加安全环保。

2.本发明提供的复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，苯并a芘含量小于200㎎/kg，水分含量≤1.0％。与传统的堵塞泥结合剂相比，本发明提供的复合结合剂的使用量更少，制得的堵塞泥产品使用时污染更低，而复合结合剂中添加的润湿剂更有利于改善结合剂的润湿性能，从而降低结合剂的运动粘度及加入量，由检测结果可知本发明制得的堵塞泥产品中苯并a芘含量小于40mg/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，本发明提供的堵塞泥在多座矿热炉如镍铁炉、锰铁炉和硅铁炉使用时，操作方便，易开易堵，耐压强度高，显气孔率低，抗冲刷、抗渣性能稳定，不会出现漏铁、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，此外本发明提供的堵塞泥性能稳定，保存周期长，客户反馈2年后仍能正常使用。

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，所述粉料中电熔镁砂粉MgO含量≥97.00wt％，所述烧结镁砂粉MgO含量≥92.00wt％；所述镁质粘土水分含量＜1.0％，MgO含量≥30.00wt％，SiO₂含量≥60.00wt％；所述碳砖原料加工抽尘粉固定碳含量≥92.00wt％；所述纳米级炭黑固定碳含量≥98.00wt％；所述致密刚玉抽尘粉Al₂O₃含量≥93.00wt％，所述碳化硅结合氮化硅砖粉选自钢铁工业用后废弃物，SiC+Si₃N₄含量≥75.00wt％；所述添加剂典型化学成分：Al₂O₃为22.78％，C为45.21％，Si为9.47％，Al为10.83％，B₂O₃为10.68％；所述复合结合剂苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％，且在35℃的运动粘度为200～300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于26wt％；所述环保煤焦油选自产地河南的煤焦油，在40ppm的臭氧浓度下，120℃恒定温度下进行空气搅拌8h，之后进行紫外线照射4h制得；所述润湿剂重量比例为大豆油：油酸：硬脂酸：导热油＝1:1:0.5:2。

实施例1

一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，由包括以下重量份数的原料配制而成：

其中，所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的2.5％。

一种矿热炉用镁炭质堵塞泥的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方称取各原料，将环保煤焦油和润湿剂混合均匀制得复合结合剂，备用；

(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搅拌混合25min，制得混合泥料，待混合泥料温度达到35℃，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，切割包装得堵塞泥产品。

(4)检测上述制得的堵塞泥产品的马夏值在60天内随时间变化的测试结果见表1。

将本实施例1制得的堵塞泥产品在规格为36MVA，打泥压力为15MPa，铁口深度要求大于1.5米的国内某冶炼红土矿镍铁矿热炉上使用时，易堵口好开口，冶炼温度1500℃左右时铁口深度保持在1.7～1.8米，冶炼温度在1520℃左右时，铁口深度保持在1.5～1.6米。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，由包括以下重量份数的原料配制而成：

其中，所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的2.8％。

将本实施例2制得的堵塞泥产品在规格为33MVA，打泥压力为12MPa，铁、渣口深度要求大于1.4米的国内某冶炼红土矿镍铁矿热炉上使用时，易堵口好开口，冶炼温度在1490℃左右时，铁口深度稳定在1.5米，渣口深度稳定在1.4米，出铁/渣平均时间32min，每炉打泥12块左右，打泥量约65kg。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，由包括以下重量份数的原料配制而成：

其中，所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的2.1％。

将本实施例3制得的堵塞泥产品在规格为25.5MVA，打泥压力为9MPa，铁口深度要求大于1.2米的国内某冶炼碳锰铁、低碳锰铁和锰硅合金矿热炉上使用时，无需预热，易堵口好开口，一钻即可打开铁口，冶炼温度在1480℃左右时，铁口深度稳定在1.2～1.3米，铁流稳定，流速均匀。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，由包括以下重量份数的原料配制而成：

其中，所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的2.4％。

将本实施例4制得的堵塞泥产品在规格为30MVA，打泥压力为10MPa，铁口深度要求大于1.2米的国内某冶炼硅铁矿热炉上使用时，易堵口好开口，无烧炉眼现象，开口无潮泥浓烟，冶炼温度在1500℃左右时，铁口深度稳定在1.3米，每炉打泥量约为50～70kg，阻塞泥月耗用量较传统无水炮泥降低20％。

效果评价

表1为本发明实施例1-4制得的堵塞泥产品马夏值在60天内随时间变化结果

由表1可知，本发明制得的堵塞泥产品，实施例1的马夏值大于1.0MPa，其在存放7至15天达到稳定状态，而实施例2-4的马夏值低于1.0MPa，其在存放7天左右即可达到稳定状态，由此可知，本发明制得的堵塞泥产品性能优良，在困泥稳定后，塑性和马夏值并没有随着时间的延长而衰减。

表2为本发明实例1与传统矿热炉镁质的理化性能对比结果

表3为本发明实例2与传统矿热炉镁质的理化性能对比结果

表4为本发明3与传统矿热炉镁质的理化性能对比结果

表5为本发明4与传统矿热炉镁质的理化性能对比结果

由表2-5对比结果可知，本发明制得的堵塞泥产品理化性能优良，烧后线变化率保持正值，说明堵塞泥堵入炉眼后体积发生微膨胀，阻塞泥材质跟炉眼材质非常匹配，新旧炮泥在炉眼附近结合紧密形成稳定泥包，更有利于保护炉眼附近炉墙；而耐压强度更高，显气孔率明显降低，说明本发明的复合结合剂润湿性能好，使得堵塞泥干料堆积更紧密，阻塞泥抗冲刷能力更强，从而大大降低了漏铁口和断铁口发生概率；同时本发明制得的堵塞泥使用时无需预热即可直接使用，操作更加方便快捷，开口不烧氧，出铁/渣稳定，此外，本发明制得的堵塞泥生产中无刺激性气味，使用中无黄烟浓烟好开口，苯并芘a含量小于40mg/kg，远低于行业标准《高炉用无水炮泥》YB/T4196-2018规定的100mg/kg，因此本发明制得的炮泥产品更加安全环保无污染，也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 (10)

1.一种矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于，由包括以下重量份数的原料配制而成：

骨料 35～55份；

粉料 25～50份；

复合结合剂 12～18份；

所述复合结合剂由环保煤焦油和润湿剂混合而成，且苯并a芘含量小于200mg/kg，水分含量≤1％。

2.如权利要求1所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述骨料由如下重量比的组分组成：粒度大于1mm且小于3mm的骨料为55％，粒度大于0mm且小于1mm的骨料为45％。

3.如权利要求2所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述骨料由氧化镁质材料和碳质材料混合而成，所述氧化镁质材料为电熔镁砂、重烧镁砂、电熔皮砂和镁碳砖颗粒中几种复合；所述碳质材料为镁碳砖颗粒、增碳剂和碳素落地料中几种复合。

4.如权利要求1所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述粉料粒度小于0.074mm，所述粉料由氧化镁质材料、碳质材料、致密刚玉抽尘粉、氮化硅结合碳化硅粉以及添加剂混合而成。

5.如权利要求4所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述粉料中氧化镁质材料为电熔镁砂粉、烧结镁砂粉和镁质粘土中任意一种或几种复合；所述粉料中碳质材料为碳砖原料加工抽尘粉、纳米级炭黑一种或几种复合；所述电熔镁砂粉粒度小于0.074mm，MgO含量≥97.00wt％，所述烧结镁砂粉粒度小于0.074mm，MgO含量≥92.00wt％；所述镁质粘土粒度小于0.074mm，水分含量＜1.0％，MgO含量≥30.00wt％，SiO₂含量≥60.00wt％；所述碳砖原料加工抽尘粉粒度小于0.044mm，固定碳含量≥92.00wt％；所述纳米级炭黑粒度小于0.044mm，固定碳含量≥98.00wt％。

6.如权利要求4所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述致密刚玉抽尘粉粒度小于0.044mm，Al₂O₃含量≥93.00wt％，所述碳化硅结合氮化硅砖粉选自钢铁工业用后废弃物，粒度小于0.074mm，SiC+Si₃N₄含量≥75.00wt％。

7.如权利要求4所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述添加剂粒度小于0.074mm，主要化学成分为Al₂O₃、C、Si、Al和B₂O₃。

8.如权利要求1所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述复合结合剂为液体结合剂，且在35℃的运动粘度为200～300厘泊，800℃×7min检测残炭值大于26wt％。

9.如权利要求8所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥，其特征在于：所述环保煤焦油选自产地河南的煤焦油经脱水脱盐后，在40ppm的臭氧浓度下，120℃恒定温度下进行空气搅拌，之后进行紫外线照射处理即得，其中搅拌时间≥8h，照射时间≥4h；所述润湿剂为大豆油、油酸、硬脂酸和导热油的混合物，所述润湿剂的加入量为所述环保煤焦油的0.1～3％。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的矿热炉用镁炭质堵塞泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按配方称取各原料，将环保煤焦油和润湿剂混合均匀制得复合结合剂，备用；

(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搅拌混合25～30min，制得混合泥料，待混合泥料温度达到35±5℃，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，切割包装得堵塞泥产品。