CN112358302A

CN112358302A - 一种自修复无水炮泥

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Publication number: CN112358302A
Application number: CN202011099865.XA
Authority: CN
Inventors: 王勇; 刘坤仑; 李胜春; 王东雄; 徐小雷; 宋永宏; 华永才; 邸俊明; 牛强
Original assignee: Inner Mongolia Erdos Electric Power Metallurgy Group Co Ltd
Current assignee: Inner Mongolia Erdos Electric Power Metallurgy Group Co Ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2040-10-14
Also published as: CN112358302B

Abstract

本发明涉及硅铁生产技术领域，具体涉及一种自修复无水炮泥，包括以粉料41‑45％、骨料39‑45％、结合剂11‑14.5％、抗氧化剂1.5‑1.9％以及增塑剂0.9‑1.4％。所述粉料包括硅灰、粉煤灰以及粘土，所述骨料包括无烟煤、焦粉、石墨以及废旧碳砖，所述结合剂包括煤焦油、酚醛树脂、磷酸铝以及沥青粉，所述抗氧化剂包括Al粉、Fe粉以及Si粉，所述增塑剂包括羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇。本发明通过调整组分和配比得到一种自修复无水炮泥，在高温条件下能够与炉眼砖牢固的结合为一体，自行修复逐渐扩大的炉眼尺寸，在满足堵铁口功能的同时，延长了修复周期，增加炉眼砖的使用寿命。

Description

一种自修复无水炮泥

技术领域

本发明涉及硅铁生产技术领域，具体涉及一种自修复无水炮泥。

背景技术

冶炼硅铁的矿热炉一般设置2-4个出铁口，硅铁合金和少量渣液从出铁口排出，因此，出铁口是矿热炉非常重要的部位。随着硅铁生产用矿热炉的大型化和强化冶炼技术的进步，出铁次数的增多，该部位的工艺条件变得更加苛刻。矿热炉在出铁水完成后，出铁口用炮泥堵塞，在矿热炉运行过程中，高温铁水及高压煤气射流频繁冲刷、侵蚀出铁口，并且在开、堵出铁口操作时，机械的震动和撞击，导致炉眼砖损坏速度快、使用周期较短、维护频率高，修眼的周期为2周左右；炉眼砖重新砌筑频率高，炉眼砖的使用寿命为2-3年，更换炉眼砖的直接及间接成本均较高，经济技术指标差。

利用回收粉煤灰、废旧碳砖等生产废弃物，可以减小了环境污染，降低生产成本。粉煤灰是由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒，燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。废耐火砖为钢厂、水泥厂、玻璃窑、耐火材料厂等炉窑使用过废弃的耐火砖。通常被作为垃圾遗弃，不能作为高炉的耐火材料如高炉出铁口的炮泥的原料利用，既污染环境，又需要大量的处置场地，且处理费用高。

专利文献CN201611218948.X公开一种矿热炉用环保无水炮泥及其制备方法，无水炮泥按重量份计，镁橄榄石：10-20重量份，镁砂：10-45重量份，碳化硅：10-20重量份，焦炭：10-25重量份，沥青：5-15重量份，黏土：10-20重量份，氮化物：5-15重量份，蓝晶石：3-10重量份，石英粉：0-15重量份，炭黑油：12-20重量份，蒽油：2-8重量份，以及增塑剂：0.5-2重量份,其中，氮化物为氮化硅铁、氮化硅、氮化铝和氮化钛中的一种或几种混合,预混炭黑油和蒽油形成复合环保结合剂备用；原材料称好，加入混碾机干混；加入结合剂，混碾；加入增塑剂，搅拌；挤压成型。该发明对人体和环境安全，且高性能、低消耗、有良好的抗熔渣侵蚀、耐冲刷性能，但是自修复性能较差，堵眼效果有待提升。

专利文献CN201810042644.5公开了一种矿热炉用炮泥及其制备方法。炮泥的特征是具有回收铝碳化硅、碳砖破碎料。制备方法是：取按重量份比例的散料；粘土、绢云母粉、高温沥青、三氧化二铝微粉、蓝晶石、氮化硅铁；把改性煤焦油加热到70-90℃；把回收铝碳化硅、碳砖破碎料与焦粒混匀，加热至30-40℃；在颗粒料中加入3/4左右的改性煤焦油，混料3-5分钟，加入预混好的细粉部分，碾制25分钟以上，加入剩余的改性煤焦油碾8分钟以上；在上述步骤中混匀热好的散料中加入大部分的改性煤焦油，混料3-5分钟，加入最先步骤预混好的散料，碾制25分钟以上，加入剩余的改性煤焦油，碾8分钟以上。该矿热炉用炮泥及其制备方法的炮泥利用废耐火材料，生产成本低，但是制备分拣手续繁杂。

专利文献CN201711080223.3公开了一种矿热炉用无水炮泥及其制备方法。该矿热炉用无水炮泥包括以下重量份的各组分：耐火胶介质粉末20-30份，骨料15-25份，氮化硅8-16份，塑结剂15-20份，附着剂2-5份，粉煤灰2-5份，冶金固体废弃物40-50份。该发明所提供的矿热炉用无水炮泥，可大幅度提高单个炉眼使用周期，提高单个炉眼使用寿命。同时，可保证炉况长时间顺行，排渣、炭正常，可间接提高生产指标，但是同样存在自修复性能较差的问题。

综上，目前国内硅铁矿热炉用无水炮泥功能上仅仅满足堵铁口的需求，存在的问题也比较明显，即炉眼砖寿命较短，通常矿热炉的大修周期较短，增加了矿热炉的运行成本。同时，粉煤灰、废旧碳砖等废物的处理也系带解决，因此，能有效利用粉煤灰与废旧碳砖等生产废物，且堵铁口后与炉眼砖结合能力较强的无水炮泥材料就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在高温条件下能够与炉眼砖牢固的结合为一体，自行修复逐渐扩大的炉眼尺寸的自修复无水炮泥，在满足堵铁口功能的同时，延长修复周期，增加炉眼砖的使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种自修复无水炮泥，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：粉料41-45％、骨料39-45％、结合剂11-14.5％、抗氧化剂1.5-1.9％以及增塑剂0.9-1.4％；

所述粉料为选自硅灰、粉煤灰以及粘土中的一种或几种，所述骨料为选自无烟煤、焦粉、石墨以及废旧碳砖中的一种或几种，所述结合剂为选自煤焦油、酚醛树脂、磷酸铝以及沥青粉中的一种或几种，所述抗氧化剂为选自Al粉、Fe粉以及Si粉中的一种或几种，所述增塑剂为羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯醇。

本发明优选地技术方案中，包括以下质量百分比的原料：硅灰15-20％、粉煤灰15-25％、粘土3-7％、无烟煤5-10％、焦粉5-10％、石墨2-5％、废旧碳砖21-26％、煤焦油7-11％、酚醛树脂0.3-0.7％、磷酸铝0.3-0.8％、沥青粉1.4-5％、Al粉0.2-0.5％、Fe粉0.3-0.6％、Si粉0.8-1.2％、羧甲基纤维素钠0.5-1％以及聚乙烯醇为0.3-0.5％。

本发明优选地技术方案中，包括以下质量百分比的原料：硅灰15％、粉煤灰25％、粘土5％、无烟煤5％、焦粉10％、石墨2％、废旧碳砖22.2％、煤焦油8.3％、酚醛树脂0.5％、磷酸铝0.5％、沥青粉4.5％、Al粉0.3％、Fe粉0.4％、Si粉0.8％、羧甲基纤维素钠0.5％以及聚乙烯醇0.5％。

本发明优选地技术方案中，所述硅灰、粉煤灰与粘土粒度均≥60目；所述焦粉与石墨粒度范围为16-60目；所述无烟煤与废旧碳砖粒度范围为4-16目；所述沥青粉、Al粉、Fe粉与Si粉粒度均≥400目。

本发明优选地技术方案中，所述的硅灰中SiO₂含量≥85％，CaO+MgO含量≤4.5％，Fe₂O₃+C含量≤3.5％。

本发明优选地技术方案中，所述的粉煤灰中SiO₂+Al₂O₃含量≥85％，Fe₂O₃含量≤6％，CaO+MgO含量≤4.5％。

本发明优选地技术方案中，所述的粘土中SiO₂含量≥44％，Al₂O₃含量≥37％，Fe₂O₃含量≤2％，TiO₂含量≤2％，CaO+MgO含量≤0.8％，K₂O+Na₂O含量≤0.8％。

本发明优选地技术方案中，所述的焦粉C含量≥85％。

本发明优选地技术方案中，所述的石墨C含量≥90％。

本发明优选地技术方案中，所述的废旧碳砖C含量≥85％。

本发明优选地技术方案中，所述的废旧碳砖为硅铁矿热炉和/或硅锰矿热炉大修时更换的炉墙和/或炉底碳砖。

本发明的硅灰、粉煤灰和粘土作为粉料，起填充骨料空隙、改善泥球制作加工性能、提高无水炮泥高温下的强度以及增强料性等作用，同时还具有良好的结合性能，填充于骨料所形成的间隙，达到最佳的堆积密度，便于获得堵眼结实、不易跑眼等最佳的使用性能。选用硅灰、粉煤灰和粘土作为粉料是充分利用其粒度较小以及主要成分为SiO₂、Al₂O₃且具有耐火度高、热导率小的特性，能够缩短无水炮泥堵眼后的烧成时间，提高堵眼的牢固程度，减少跑眼等安全事故的发生，尤其是硅灰、粉煤灰属于工业固废，在减少资源消耗的同时，变废为宝，大大的降低了无水炮泥的原料成本。本发明中粉料总的重量百分比为41-45％时，具有最佳的使用性能，能显著减少骨料中大量微小空隙的存在，同时提高了骨料之间的结合性，堵眼烧结后的无水炮泥强度较高，不易发生脱落现象，大大的提高了堵眼的安全系数。同时大量微小粉体小颗粒的存在，有利于硅铁炉的开眼，有利于顺畅生产，减少炉前工人开眼过程中的劳动强度。

本发明的无烟煤、焦粉、石墨和废旧碳砖作为骨料，在无水炮泥成型过程中起到骨架的作用，尤其是在高温条件下，具有良好的物理力学性能，具有较高的耐火度，堵眼结实。同时，低成本骨料的大量引入，特别是废旧碳砖的添加，在满足使用性能的同时，大大的降低了无水炮泥的成本，且实现了废旧碳砖的循环再利用。本发明中骨料总的重量百分比为39-45％时，具有最佳的使用性能，此时烧结后的无水炮泥对炉眼的修复效果恰好，且在高温情况下强度较高，不易于脱落。骨料总的重量百分比大于45％时，则对炉眼的修复效果过强，正常生产过程中，不到两天时间炉眼直径就小于80mm，难以满足正常的出铁要求；骨料总的重量百分比小于39％时，则对炉眼的修复效果过弱，正常生产过程中，十天左右时间炉眼直径就扩大到150mm，需要对炉眼进行修复，增加了维修成本。

本发明的煤焦油、酚醛树脂、磷酸铝和沥青粉作为结合剂，是无水炮泥的重要组分，在混料过程中，结合剂可以促使各类原料的混合均匀，填充空隙，提高无水炮泥的粘结强度，使用过程中，煤焦油和沥青炭化，提高了残炭量，对炮泥的高温性能有利，同时煤焦油中的非碳元素挥发排出，剩余的碳原子形成类石墨微晶，这些微晶的层状晶格呈不规则排列，高度分散，填充和封闭无水泥球与炉眼砖之间的空隙，提高了堵眼的牢固程度。本发明中结合剂总的重量百分比为11-14.5％时，具有最佳的使用性能，此时无水炮泥的体积密度、耐压强度比较高，内部的气孔率较小。在炮泥制作过程中不添加水，因此添加酚醛树脂、磷酸铝，提高常温下的成型能力。

本发明的Al粉、Fe粉、Si粉作为抗氧化剂，主要作用是提高无水炮泥的耐高温、耐磨性、常温强度和高温使用性能。Al粉在高温条件下与碳反应生成碳化铝和部分的氧化铝，具有耐高温、强度高的特性，可增强材料的强度，生成的新晶相可堵塞气孔，降低气孔率，提高材料的致密度，有利于材料的常温强度和中高温强度、烧结性能和高温使用性能。同时Al粉的熔点为660℃左右，堵眼后无水炮泥的温度可达900℃以上，Al粉变为液相，有效促进无水炮泥的烧结效果。Fe粉的作用是提高无水炮泥的高温强度，促进其烧结效果，减少炮泥内部的气孔率，提高堵眼牢固程度。Si粉在超过800℃时会与C反应生成β-SiC，沉积在无水泡泥的空隙中，堵塞气孔，提高无水炮泥的抗氧化性和强度。本发明中抗氧化剂总的重量百分比为1.5-1.9％时，具有最佳的使用性能，添加量过少时，其作用难以有效体现，添加量过多时，无水炮泥堵眼高温情况下容易产生较大裂纹和气孔，不利于材料的致密化，并降低无水炮泥的高温使用性能。

本发明的羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇作为增塑剂，其作用是增强无水炮泥混合料的可塑性，降低混料过程中物料颗粒之间的摩擦力，并提高无水炮泥的成型质量，在颗粒之间起着柔性桥联作用，避免产生较大的应变而发生破裂及裂纹，脱模后仍然可保持所需的形状。本发明中增塑剂总的重量百分比为0.9-1.4％时，具有最佳的使用性能，添加量过少时，其作用难以有效体现，添加量过多时，会增加不必要的成本，且对炮泥的高温性能不利。

本发明的粉料组成中，硅灰为15-20％，粉煤灰为15-25％，粘土为3-7％，三者的比例组合能够实现粉料在无水炮泥中的最佳使用效果，在此比例范围之外，则不能够达到本发明达到的使用效果。

本发明的骨料组成中，无烟煤为5-10％，焦粉为5-10％，石墨为2-5％，废旧碳砖为21-26％，四者的比例组合能够实现骨料在无水炮泥中的最佳使用效果，在此比例范围之外，则不能够达到本发明达到的使用效果。

本发明的结合剂组成中，煤焦油为7-11％，酚醛树脂为0.3-0.7％，磷酸铝为0.3-0.8％，沥青粉为1.4-5％，四者的比例组合能够实现结合剂在无水炮泥中的最佳使用效果，在此比例范围之外，则不能够达到本发明达到的使用效果。

本发明的抗氧化剂组成中，Al粉为0.2-0.5％，Fe粉为0.3-0.6％，Si粉为0.8-1.2％，三者的比例组合能够实现抗氧化剂在无水炮泥中的最佳使用效果，在此比例范围之外，则不能够达到本发明达到的使用效果。

本发明的增塑剂组成中，羧甲基纤维素钠为0.5-1％，聚乙烯醇为0.3-0.5％，二者的比例组合能够实现增塑剂在无水炮泥中的最佳使用效果，在此比例范围之外，则不能够达到本发明达到的使用效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)对炉眼的修复效果显著，使用无水炮泥后，炉眼不需要修复，大大的降低了炉眼修复的费用，以及修炉作业员工的劳动强度。

(2)堵眼效果好，堵眼后经过高温的烧结，煤焦油中的非碳元素挥发排出，剩余的碳原子形成类石墨微晶，这些微晶的层状晶格呈不规则排列，高度分散，填充和封闭无水泥球与炉眼砖之间的空隙，无水炮泥和炉眼砖结合成为一体，避免生产中堵不牢，铁水从炮泥与炉眼砖之间的缝隙中穿出，发生跑眼事故，大大的提高了炉前作业的安全系数，防止人员和设备的意外损失。

(3)改变了传统硅铁生产炉前人工配置含水泥球的作业方式，降低炉前作业人员劳动强度，改善炉前作业环境。无水炮泥采用工厂化生产方式，制作加工后直接运输到硅铁炉前使用，炮泥质量稳定性好，且混料均匀。

(4)有效利用硅灰、粉煤灰、废旧碳砖等生产废弃物，降低了无水炮泥的原料成本。

具体实施方式

以下提供本发明一种自修复无水炮泥的具体实施方式，但本发明不限于所提供的实施例。

本发明实施例和对比例中的炮泥采用如下制备方法得到：

将相应的各原料按照配比放入搅拌机中，搅拌均匀后进入成型机压制成型，成型后放置1h即为成品。

在对比例1中，煤焦油为2.3％，小于本发明限定的7-11％的范围，酚醛树脂为3.5％，大于本发明限定的0.3-0.7％的范围，沥青粉为7.5％，大于本发明限定的1.4-5％的范围，此时无水炮泥的常温耐压强度≤7MPa，不在本发明使用性能的最佳范围内。在对比例2中，硅灰为25％，大于本发明限定的15-20％的范围，粘土为2％，小于本发明限定的3-7％的范围，此时无水炮泥的常温耐压强度≤7MPa，不在本发明使用性能的最佳范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种自修复无水炮泥，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：粉料41-45％、骨料39-45％、结合剂11-14.5％、抗氧化剂1.5-1.9％以及增塑剂0.9-1.4％。

2.根据权利要求1所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述粉料为选自硅灰、粉煤灰以及粘土中的一种或几种，所述骨料为选自无烟煤、焦粉、石墨以及废旧碳砖中的一种或几种，所述结合剂为选自煤焦油、酚醛树脂、磷酸铝以及沥青粉中的一种或几种，所述抗氧化剂为选自Al粉、Fe粉以及Si粉中的一种或几种，所述增塑剂为羧甲基纤维素钠和/或聚乙烯醇。

3.根据权利要求2所述的自修复无水炮泥，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：硅灰15-20％、粉煤灰15-25％、粘土3-7％、无烟煤5-10％、焦粉5-10％、石墨2-5％、废旧碳砖21-26％、煤焦油7-11％、酚醛树脂0.3-0.7％、磷酸铝0.3-0.8％、沥青粉1.4-5％、Al粉0.2-0.5％、Fe粉0.3-0.6％、Si粉0.8-1.2％、羧甲基纤维素钠0.5-1％以及聚乙烯醇为0.3-0.5％。

4.根据权利要求1所述的自修复无水炮泥，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：硅灰15％、粉煤灰24.5％、粘土5％、无烟煤5％、焦粉10％、石墨2％、废旧碳砖22.2％、煤焦油8.3％、酚醛树脂0.5％、磷酸铝0.5％、沥青粉4.5％、Al粉0.3％、Fe粉0.4％、Si粉0.8％、羧甲基纤维素钠0.5％以及聚乙烯醇0.5％。

5.根据权利要求2-4任一项所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述硅灰、粉煤灰与粘土粒度均≥60目；所述焦粉与石墨粒度范围为16-60目；所述无烟煤与废旧碳砖粒度范围为4-16目；所述沥青粉、Al粉、Fe粉与Si粉粒度均≥400目。

6.根据权利要求2-4任一项所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述硅灰中SiO2含量≥85％，CaO+MgO含量≤4.5％，Fe2O3+C含量≤3.5％。

7.根据权利要求2-4任一项所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述粉煤灰中SiO2+Al2O3含量≥85％，Fe2O3含量≤6％，CaO+MgO含量≤4.5％。

8.根据权利要求2-4任一项所述的所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述粘土中SiO2含量≥44％，Al2O3含量≥37％，Fe2O3含量≤2％，TiO2含量≤2％，CaO+MgO含量≤0.8％，K2O+Na2O含量≤0.8％。

9.根据权利要求2-4任一项所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述焦粉C含量≥85％，所述石墨C含量≥90％，所述废旧碳砖C含量≥85％。

10.根据权利要求2-4任一项所述的自修复无水炮泥，其特征在于，所述废旧碳砖为硅铁矿热炉和/或硅锰矿热炉大修时更换的炉墙和/或炉底碳砖。