CN112374870A - 一种环保型无水炮泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种环保型无水炮泥，包括棕刚玉、叶腊石、高铝矾土、蜡石粉、碳素材料、氮化硅、氮化硅铁、碳化硅晶须、蓝晶石、复合无机结合剂和保水剂。本发明选用复合无机结合剂，降低了无水炮泥在烧结过程中致癌因子苯并芘、甲醛、酚类物质造成的环境污染。同时，本发明中还加入了氮化硅、氮化硅铁、焦炭、炭黑、碳化硅晶须，一方面提高了无水炮泥的抗侵蚀性和抗冲刷性，另一方面提高了无水炮泥的韧性，避免了无水炮泥在高温烧结过程中裂纹的扩大造成安全生产问题。并同时利用无水炮泥主料和碳素材料的中各种物质的不同粒径，然后再利用粒径较小物质对较小的缝隙进行填充，从而使得本发明环保型无水炮泥的耐压强度以及抗折强度提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种炮泥，具体地，涉及一种环保型无水炮泥。
背景技术
炮泥是一种不定形的功能性耐火材料，用于封堵冶炼硅铁、锰铁、铬铁和镍铁合金的矿热炉的出铁口。近年来，由于高炉大型化和强化冶炼技术的应用，导致出铁时间的延长，出铁次数的增加，工作环境更为苛刻，对用于封堵矿热炉的出铁口的无水炮泥的要求也越来越高。然而，目前还没有关于无水炮泥的技术性能到目前为止还没有一个全行业的标准，但是实际应用中的无水炮泥应该具备以下性能：
(1)良好的充填性和可塑性；
(2)有较强的抗渣铁性能；
(3)良好的烧结性能；
(4)良好的体积稳定性；
(5)适当的显气孔率及良好的透气性；
(6)良好的开口性能；
(7)环保等。
但是，目前的大多数的无水炮泥主要以焦油或树脂作为结合剂，虽然这类结合剂的结合性能较好，但是其中含有很多对人体有害的物质，比如众人皆知的致癌因子苯并芘、甲醛、酚类物质等。此外，焦油作为结合剂时还存在体积收缩大、抗冲刷性能较差的问题；树脂的粘稠度高，与炮泥的其它材料混合时若不加入而有机物(如焦油、乙醇)将导致炮泥团聚在一起，不利于炮泥对出铁口的封堵。并且炮泥在实际中通常是由基层工人进行操作，大部分的基层工人并没有接受过专业的化学训练，对炮泥的具体成份有所了解但是并不能了解其成份在分解和挥发过程中产生的物质对人体的伤害。因此，提供一种安全且环保的无水炮泥成为必要。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种环保型无水炮泥。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂和结合剂，其中，所述保水剂为主料质量的0.2-0.5％，所述结合剂为主料质量的2-5％；
按重量份计，所述主料包括棕刚玉10-20份、叶腊石5-10份、高铝矾土5-10份、蜡石粉6-10份、碳素材料8-13份、氮化硅4-9份、氮化硅铁3-7份、碳化硅晶须8-14份、蓝晶石3-7份；
所述结合剂为复合无机结合剂。
优选地，所述棕刚玉的粒径为1-3mm，所述叶腊石的粒径为0.1-1mm，所述高铝矾土粒径为48-61μm目，所述蜡石粉的粒径为0.1-0.4μm，所述蓝晶石的粒径为74-165μm。
优选地，所述碳素材料包括炭黑和焦炭，其中，所述炭黑和焦炭的质量比为：1:1；所述焦炭的粒径为0.2-2mm，所述炭黑为纳米级。
优选地，所述复合无机结合剂为磷酸盐与膨润土的复合，其中，所述磷酸盐与膨润土的质量比为(1.3-2.0)：1。
优选地，所述磷酸盐为磷酸二氢铝。
优选地，所述保水剂为聚氧化乙烯。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明选用复合无机结合剂，降低了无水炮泥在烧结过程中致癌因子苯并芘、甲醛、酚类物质造成的环境污染。同时，本发明中还加入了氮化硅、氮化硅铁、焦炭、炭黑、碳化硅晶须，一方面提高了无水炮泥的抗侵蚀性和抗冲刷性，另一方面提高了无水炮泥的韧性，避免了无水炮泥在高温烧结过程中裂纹的扩大造成安全生产问题。
(2)作为本发明中的无水炮泥中的主料的粒径的分布范围广，在本发明所述的无水炮泥中的粒径较大的棕刚玉、叶腊石先形成无水炮泥的主体架构，然后再利用粒径较小的高铝矾、蜡石粉、氮化硅等物质对主体架构的较小的缝隙进行填充，提高本发明的体积密度，从而使得本发明环保型无水炮泥的耐压强度以及抗折强度提高。此外，本发明还通过加入蜡石粉来增加本发明所述无水炮泥的润滑性。
(3)本发明中加入了氮化硅、氮化硅铁、碳化硅晶须以及碳素材料(包括焦炭和炭黑)，本发明将碳化硅晶须与氮化硅和氮化硅铁组合使用来增加了无水炮泥的抗侵蚀性和耐冲刷性。本发明中的氮化硅、氮化硅铁与焦炭和炭黑中的碳温度超过1300℃才会生成碳化硅，从而促使无水炮泥的抗侵蚀性和耐冲刷性能的提高，而之前加入的碳化硅晶须弥补了无水炮泥在1300℃以下的抗侵蚀性和耐冲刷性，从而扩宽了无水炮泥在更大的范围内抗侵蚀性和耐冲刷性。并且碳化硅晶须还可增强无水炮泥的断裂韧性，从而避免无水炮泥在高温下形成裂纹以及阻止无水炮泥形成的裂纹扩大引起的安全生产问题，增强了无水炮泥在使用过程中的安全性。
(4)本发明将无机结合剂磷酸盐和无机结合剂膨润土复合后使用，从而形成了从低温到高温较大范围的结合剂，避免使用单一的结合剂在高温或低温失效的问题，并且本发明中通过添加蓝晶石抵消了膨润土等物质烧结过程产生的收缩，降低了显气孔率，提高了无水炮泥体积的密度。并且本发明中还加入了保湿剂，降低了烧结过程无水炮泥收缩的问题，并且同时提高了无水炮泥的抗热震性。
(5)本发明中的碳素材料焦炭和炭黑除了为碳化硅的生成提供碳元素，在高温下还可生成还原性气体CO，对生成的碳化硅和加入的碳化硅晶须形成保护，进一步提高本发明所述的无水炮泥的抗侵蚀能力和抗冲刷性。并且，在本发明中，碳素材料中的炭黑和焦炭的粒径不同，从而有利于碳素材料在无水炮泥的主料中的分布均匀，进一步提高碳素材料与氮化硅铁和氮化硅之间的接触面积，从而提高了碳化硅的生成的数量，从而使得本发明所述无水炮泥的抗侵蚀能力和抗冲刷能力提高。
具体实施方式
下面对本发明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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
其中，本发明实施例所用原材料均为市售。
实施例1
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉10份、叶腊石5份、高铝矾土5份、蜡石粉6份、碳素材料8份、氮化硅4份、氮化硅铁3份、碳化硅晶须8份、蓝晶石3份；其中，棕刚玉的粒径为1mm，叶腊石的粒径为0.1mm，高铝矾土的粒径为48μm，蜡石粉的粒径为0.1μm，蓝晶石的粒径为74μm。
所述碳素材料材料包括炭黑和焦炭，其中，炭黑和焦炭的质量为1:1，焦炭的粒径为0.2mm，炭黑为纳米级。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.2％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的2％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为1.3:1。
实施例2
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉16份、叶腊石7份、高铝矾土8份、蜡石粉8份、碳素材料10份、氮化硅7份、氮化硅铁5份、碳化硅晶须11份、蓝晶石6份；其中，棕刚玉的粒径为1.8mm，叶腊石的粒径为0.6mm，高铝矾土的粒径为53μm，蜡石粉的粒径为0.2μm，蓝晶石的粒径为122μm。
所述碳素材料材料包括炭黑和焦炭，其中，炭黑和焦炭的质量为1:1，焦炭的粒径为1.1mm，炭黑为纳米级。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.3％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的3％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为1.6:1。
实施例3
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉20份、叶腊石10份、高铝矾土10份、蜡石粉10份、碳素材料8份、氮化硅9份、氮化硅铁7份、碳化硅晶须14份、蓝晶石7份；其中，棕刚玉的粒径为3mm，叶腊石的粒径为1mm，高铝矾土的粒径为61μm，蜡石粉的粒径为0.4μm，蓝晶石的粒径为165μm。
所述碳素材料材料包括炭黑和焦炭，其中，炭黑和焦炭的质量为1:1，焦炭的粒径为2mm，炭黑为纳米级。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.5％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的5％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为2:1。
对比例1
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉16份、叶腊石7份、高铝矾土8份、蜡石粉8份、氮化硅7份、氮化硅铁5份、碳化硅晶须11份、蓝晶石6份；其中，棕刚玉的粒径为1.8mm，叶腊石的粒径为0.6mm，高铝矾土的粒径为53μm，蜡石粉的粒径为0.2μm，蓝晶石的粒径为122μm。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.3％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的3％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为1.6:1。
对比例2
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉16份、叶腊石7份、高铝矾土8份、蜡石粉8份、碳素材料10份、碳化硅晶须11份、蓝晶石6份；其中，棕刚玉的粒径为1.8mm，叶腊石的粒径为0.6mm，高铝矾土的粒径为53μm，蜡石粉的粒径为0.2μm，蓝晶石的粒径为122μm。
所述碳素材料材料包括炭黑和焦炭，其中，炭黑和焦炭的质量为1:1，焦炭的粒径为1.1mm，炭黑为纳米级。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.3％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的3％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为1.6:1。
对比例3
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉16份、叶腊石7份、高铝矾土8份、蜡石粉8份、碳素材料10份、氮化硅7份、氮化硅铁5份、蓝晶石6份；其中，棕刚玉的粒径为1.8mm，叶腊石的粒径为0.6mm，高铝矾土的粒径为53μm，蜡石粉的粒径为0.2μm，蓝晶石的粒径为122μm。
所述碳素材料材料包括炭黑和焦炭，其中，炭黑和焦炭的质量为1:1，焦炭的粒径为1.1mm，炭黑为纳米级。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.3％。
所述结合剂为磷酸二氢铝和膨润土的复合物，其中，结合剂的质量为主料的质量的3％，磷酸二氢铝与膨润土的质量比为1.6:1。
对比例4
一种环保型无水炮泥，包括主料、保水剂、结合剂。
按重量份计，所述主料包括：棕刚玉16份、叶腊石7份、高铝矾土8份、蜡石粉8份、氮化硅7份、氮化硅铁5份、碳化硅晶须11份、蓝晶石6份；其中，棕刚玉的粒径为1.8mm，叶腊石的粒径为0.6mm，高铝矾土的粒径为53μm，蜡石粉的粒径为0.2μm，蓝晶石的粒径为122μm。
所述保水剂为聚氧化乙烯，其中，保水剂的质量为主料的质量的0.3％。
所述结合剂为焦油，其中，结合剂的质量为主料的质量的3％。
性能测试：将上述实施例1-3和对比例1-4中所述的无水炮泥在1300℃烧结4-5h后对烧结后的无水炮泥进行性能测试，其测试结果如表1所示。
从表1中可以看出，碳素材料、氮化硅、氮化硅铁、碳化硅晶须有助于提供无水炮泥的强度、耐冲刷性、抗震性以及抗侵蚀性能，并且该无水炮泥具烧结后具有有适度的可塑性、良好的开口性和快速的硬结性，有利于后期开赌眼机对其开口。并且，本发明中的无水炮泥在高温烧结时无致癌因子苯并芘产生，避免了操作环境恶化造成对工人身体的伤害，更加环保化。
本发明选用复合无机结合剂，降低了无水炮泥在烧结过程中致癌因子苯并芘、甲醛、酚类物质造成的环境污染。同时，本发明中还加入了氮化硅、氮化硅铁、焦炭、炭黑、碳化硅晶须，一方面提高了无水炮泥的抗侵蚀性和抗冲刷性，另一方面提高了无水炮泥的韧性，避免了无水炮泥在高温烧结过程中裂纹的扩大造成安全生产问题。并同时利用无水炮泥主料和碳素材料的中各种物质的不同粒径，然后再利用粒径较小物质对较小的缝隙进行填充，从而使得本发明环保型无水炮泥的耐压强度以及抗折强度提高。
以上仅是本发明的部分实施方式，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。
Claims (6)
1.一种环保型无水炮泥，其特征在于，包括主料、保水剂和结合剂，其中，所述保水剂为主料质量的0.2-0.5％，所述结合剂为主料质量的2-5％；
按重量份计，所述主料包括棕刚玉10-20份、叶腊石5-10份、高铝矾土5-10份、蜡石粉6-10份、碳素材料8-13份、氮化硅4-9份、氮化硅铁3-7份、碳化硅晶须8-14份、蓝晶石3-7份；
所述结合剂为复合无机结合剂。
2.根据权利要求1所述的一种环保型无水炮泥，其特征在于，所述棕刚玉的粒径为1-3mm，所述叶腊石的粒径为0.1-1mm，所述高铝矾土粒径为48-61μm目，所述蜡石粉的粒径为0.1-0.4μm，所述蓝晶石的粒径为74-165μm。
3.根据权利要求1所述的一种环保型无水炮泥，其特征在于，所述碳素材料包括炭黑和焦炭，其中，所述炭黑和焦炭的质量比为：1:1；所述焦炭的粒径为0.2-2mm，所述炭黑为纳米级。
4.根据权利要求1所述的一种环保型无水炮泥，其特征在于，所述复合无机结合剂为磷酸盐与膨润土的复合，其中，所述磷酸盐与膨润土的质量比为(1.3-2.0)：1。
5.根据权利要求4所述的一种环保型无水泥炮，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸二氢铝。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种环保型无水泥炮，其特征在于，所述保水剂为聚氧化乙烯。
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