CN113816728A - 高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其组分按重量百分计为：电熔刚玉15～30％；矾土5～25％；碳化硅5～20％；氮化硅铁15～25％；复合碳素材料15～30％；复合耐火材料微粉3～7％；复合膨胀剂1～5％。与现有技术相比，本发明提供的炮泥具有强度高、高温体积稳定；铁口深度好，出铁时间长，抗侵蚀冲刷性能好的特点。

Description

高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥
技术领域
本发明属于材料领域，主要涉及一种耐火材料，尤其涉及一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥。
背景技术
随着高炉的大型化、长寿化及高效化要求，炮泥从消耗性耐火材料转变为功能性耐火材料。除了保证稳定出铁作用外，还增加了保护炉缸区域的功能，因此炮泥是炼铁工艺中一种非常重要的功能性耐火材料。高炉容积越大，冶炼强度越高，对炮泥的要求就越高。高炉利用系数是衡量高炉生产效率的重要经济技术指标，目前大型高炉利用系数多维持在2.3-2.4之间。高炉大型化后，炉内压力更大，炉缸的活跃性对大型高炉接受高煤比，高利用系数强化冶炼，以及生铁质量和高炉长寿等影响显著。炉缸的活跃性尤其是边缘气流对炮泥泥包在炉缸内的稳定性影响巨大。目前中国对5000m3以上特大型高炉都在开展2.5t/(m3·d)以上高利用系数的技术攻关，为此应用的炮泥必须有更好的抗高温铁水、溶渣侵蚀冲刷性能，更好的耐高温性能，满足高压力条件下长时间出铁，及保持良好铁口深度的要求。而有技术中的高炉炮泥，由于强度偏低，不耐侵蚀冲刷，耐高温性能较差，往往不能满足高利用系数强化冶炼条件下特大型高炉的使用工况条件。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种能够满足高强度冶炼，具有优异抗侵蚀性、耐冲刷性，以及能够保持铁口深度稳定、满足高压下长时间出铁的高性能炮泥。
本发明提出的高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其组分按重量百分计为：
电熔刚玉15～30％；
矾土5～25％；
碳化硅5～20％；
氮化硅铁15～25％；
复合碳素材料15～30％；
复合耐火材料微粉3～7％；
复合膨胀剂1～5％；
以上各组分之和为100％；将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀后，再添加焦油结合剂，所述焦油结合剂的加入量为按所述外加干料总重量的 +10～15％，加入后进行碾压混练形成泥料。
所述电熔刚玉可以是致密刚玉、白刚玉、棕刚玉的任何一种，Al2O3的含量≥95wt％。
所述矾土熟料可以是特级矾土或均化矾土的任何一种，Al2O3的含量≥ 85wt％。
所述氮化硅铁是合成原料，所述原料中含有75％～80％的Si3N4，11％～15％的Fe，其余为杂质。
所述复合耐火材料微粉包括活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉和球粘土，其中活性氧化铝微粉20％、二氧化硅微粉20％；球粘土60％，复合微粉粒度D50≤ 5um。
所述复合特种碳素材料包括焦碳、增碳剂、纳米炭粉，所述复合碳素材料是焦碳与增碳剂和纳米炭粉中的一种或两种。
所述纳米炭的粒径D50≤30nm。
所述复合膨胀剂包括叶蜡石、蓝晶石两种。
所述复合膨胀剂中叶蜡石的Al2O3≥18wt％，灼减≤2.5wt％。
所述复合膨胀剂中蓝晶石的Al2O3≥48wt％。
与现有技术相比，本发明提供的炮泥具有强度高、高温体积稳定；铁口深度好，出铁时间长，抗侵蚀冲刷性能好的特点，具体为：
1)添加了复合特种碳素材料，提高了炮泥抗侵蚀、抗渗透性能；
2)添加了复合铝、硅质的各种微粉，在高温下生成莫来石，产生一定的膨胀量，增加了炮泥的致密性，避免产生裂纹；
3)添加了膨胀剂，减少了炮泥的烧成收缩，有利于炮泥高温体积稳定性；
4)采用了电熔刚玉、矾土、碳化硅、氮化硅铁这些具有高抗侵蚀、抗冲刷耐火原料的综合运用，使炮泥抗铁水、熔渣冲刷和侵蚀的性能大大提高，保证了炮泥的出铁时间。
具体实施方式
在高炉冶炼的操作上，出铁口状态的好坏是关系到高炉长寿顺行，实现高利用系数高强化冶炼的重要基础。炮泥的耐侵蚀性随炉渣、铁水温度和成分变化而异，耐冲刷性能随炉内压力、出铁速度而异。2.5高利用系数特大型高炉每天出铁量在13000t左右，炮泥必须保证出铁过程中铁口孔径不急剧扩大，保证特大型高炉的出铁量和出铁时间。
将高炉现场现有炮泥进行物理性能的测试，其技术指标为：1500℃×3h烧后的体积密度为2.02g/cm3，耐压强度为19.7MPa，抗折强度为5.6MPa，烧后线变化率为-0.2％。
本发明特大型高炉用出铁口炮泥的组分具体说明如下：
电熔刚玉：致密耐磨，体积密度＞3.90g/cm3，莫氏硬度为9级，高温下体积稳定，具有很好抗高温铁水侵蚀和冲刷磨损的性能。加入电熔刚玉原料占总配料量重量的15～30％。电熔刚玉原料加入太少，炮泥的强度和高温性能不佳；如果加入太多，炮泥成本较高，因此电熔刚玉原料加入15～30％性价比最好。
碳化硅，SiC具有高熔点(＞2200℃)，耐高温，耐侵蚀，高强度，高耐磨性能(莫氏硬度9.2)，线膨胀系数较小等优点，在炮泥中是抗渣侵蚀、冲刷性能很好的原料。加入的碳化硅原料占总配料量重量的8～20％。
氮化硅铁，在炮泥原料中添加氮化硅铁，发生氮化硅与Fe及C的反应，其结果是形成SiC和AlN结合，强化了基质，使炮泥组织更加致密，起到了防止熔渣侵入，耐侵蚀性好。加入的氮化硅铁原料占总配料量重量的15～25％比较合适。
复合特种碳素材料，包括焦碳粉、增碳剂、纳米炭，所述复合碳素材料是焦碳粉与增碳剂和纳米炭中的二种或三种的复合。复合碳素材料组成是焦碳粉为 70～85％；增碳剂0～35％；纳米炭5～20％，纳米炭的粒径D50≤30nm。由于以上炭素材料比重较轻，不易在大混合机内与其它重质材料混合均匀，容易产生偏析，所以按以上比例配好后，先在高速强制搅拌机内预先混合，形成均匀的统一的复合碳素材料备用。这些碳素材料对铁水、熔渣难以浸润，与Al2O3、SiC、 SiO2等元素无共熔关系，对炮泥的抗侵蚀性能、抗渗透性能均有明显提高。加入量占总配料量重量的10～20％。加入量太多会影响炮泥的强度，太少不利于炮泥抗侵蚀性能作用。
复合耐火材料微粉，包括活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉和球粘土，复合微粉组成是活性氧化铝微粉20％、二氧化硅微粉20％；球粘土60％。由于微粉特别细，在大混合机内不易搅拌均匀，因此微粉先在高速强制搅拌机内预先混合，形成均匀的统一的复合微粉，时复合微粉粒度D50≤5um，富含SiO2和Al2O3成分。SiO2和Al2O3在高温下可以生成莫来石，产生一定的膨胀量，增加炮泥的致密性，同时提高炮泥的高温强度，提高其抗侵蚀性能。复合耐火材料微粉加入量占总配料量重量的5～15％。
复合膨胀剂，包括叶蜡石、蓝晶石两种，复合膨胀剂组成是叶蜡石50％、蓝晶石50％。高温下可以减少炮泥的烧成收缩，有利于炮泥高温体积稳定性。加入量占总配料量重量的3～7％。加入太少炮泥减少收缩不明显，太多会导致炮泥松散，致密性下降。
本发明炮泥采用的结合剂是焦油，焦油作为炮泥的结合剂使炮泥有初始的强度和良好的作业性能。所述焦油结合剂的加入量为按所述外加干料总重量的 +10～15％(外加)。
将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀，加入焦油后再进行碾压混练形成泥料，泥料经过挤泥机挤压成型包装后，可在高强度冶炼的特大型高炉出铁口应用。
实施例1：
本发明技术按以下要求进行配料：
3～0mm的电熔致密刚玉原料，加入量占总配料重量的15％；
3～0mm的特级矾土原料，加入量占总配料重量的25％；
1～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的20％；
1～0mm的复合特种碳素材料，加入量占总配料重量百分数的10％；其中复合碳素材料组成为：焦碳粉85％，纳米碳15％，D50≤30nm；
0.088～0mm的氮化硅铁原料加入量占总配料重量百分数的12％；
小于5微米的复合耐火材料微粉加入量占总配料重量百分数的15％；
1～0mm的复合膨胀剂的加入量占总配料重量百分数的3％。
将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀，再加入结合剂焦油，所述焦油加入量按上述原料外加总重量的+10％，加入后再进行碾压混练，泥料经过挤泥机挤压成型包装后，可在高利用系数的特大型高炉出铁口应用。
将炮泥进行物理性能的测试，其技术指标为：1500℃×3h烧后的体积密度为2.25g/cm3，耐压强度为47.1MPa，抗折强度为12.9MPa，烧后线变化率为0％，利用系数2.5吨/(立方米·天)。
实施例2：
本发明技术按以下要求进行配料：
3～0mm的电熔白刚玉原料，加入量占总配料重量的22％；
3～0mm的均化矾土原料，加入量占总配料重量的15％；
1～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的15％；
1～0mm的复合碳素材料，加入量占总配料重量百分数的15％；其中复合特种碳素材料组成为：焦碳粉73％，增碳剂20％，纳米碳7％，D50≤30nm；
0.088～0mm的氮化硅铁原料加入量占总配料重量百分数的18％；
小于5微米的复合耐火材料微粉加入量占总配料重量百分数的10％；
1～0mm的复合膨胀剂的加入量占总配料重量百分数的5％。
将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀，再加入结合剂焦油，所述焦油加入量按上述原料外加总重量的+13％，加入后再进行碾压混练，泥料经过挤泥机挤压成型包装后，可在高利用系数的特大型高炉出铁口应用。
将炮泥进行物理性能的测试，其技术指标为1500℃×3h烧后的体积密度为2.23g/cm3，耐压强度为45.4MPa，抗折强度为12.6MPa，烧后线变化率为+0.1％，利用系数2.5吨/(立方米·天)。
实施例3：
本发明技术按以下要求进行配料：
3～0mm的电熔棕刚玉原料，加入量占总配料重量的30％；
3～0mm的特级矾土原料，加入量占总配料重量的5％；
1～0mm的碳化硅原料，加入量占总配料重量百分数的8％；
1～0mm的复合特种碳素材料，加入量占总配料重量百分数的20％；其中复合碳素材料组成为：焦碳粉70％，增碳剂20％，纳米碳10％，D50≤30nm；
0.088～0mm的氮化硅铁原料加入量占总配料重量百分数的25％；
小于5微米的复合耐火材料微粉加入量占总配料重量百分数的5％；
1～0mm的复合膨胀剂的加入量占总配料重量百分数的7％。
将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀，再加入结合剂焦油，所述焦油加入量按上述原料外加总重量的+15％，加入后再进行碾压混练，泥料经过挤泥机挤压成型包装后，可在高利用系数的特大型高炉出铁口应用。
将炮泥进行物理性能的测试，其技术指标为：1500℃×3h烧后的体积密度为2.21g/cm3，耐压强度为42.3MPa，抗折强度为11.9MPa，烧后线变化率为+0.2％，利用系数2.5吨/(立方米·天)。
以上3个实施例所制出的炮泥测出的技术指标都高于现有技术炮泥的性能指标，尤其是本发明的炮泥高温下强度高，不收缩，使炮泥有良好的高温体积稳定性，抗侵蚀冲刷性能优异。在利用系数2.50高强度冶炼的5050m3高炉上应用，达到铁口深度≥4.0m，出铁时间长达150～210min。因此本发明特别适合高强度冶炼的特大型高炉应用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，其组分按重量百分计为：
电熔刚玉15～30％；
矾土5～25％；
碳化硅5～20％；
氮化硅铁15～25％；
复合碳素材料15～30％；
复合耐火材料微粉3～7％；
复合膨胀剂1～5％；
以上各组分之和为100％，将上述各种原料按所述的比例称重配料，混合均匀后，再添加焦油结合剂，所述焦油结合剂的加入量为按所述外加干料总重量的+10～15％，加入后进行碾压混练形成泥料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述电熔刚玉可以是致密刚玉、白刚玉、棕刚玉的任何一种，其Al2O3的含量≥95wt％。
3.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述矾土熟料可以是特级矾土或均化矾土的任何一种，其Al2O3的含量≥85wt％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述氮化硅铁包括75％～80％的Si3N4和11％～15％的Fe，其余为杂质。
5.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述复合耐火材料微粉包括活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉和球粘土，其中活性氧化铝微粉20％、二氧化硅微粉20％；球粘土60％，复合微粉粒度D50≤5um。
6.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述复合特种碳素材料包括焦碳、增碳剂、纳米炭粉，所述复合碳素材料是焦碳与增碳剂和纳米炭粉中的一种或两种。
7.根据权利要求6所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述纳米炭的粒径D50≤30nm。
8.根据权利要求1所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述复合膨胀剂选自叶蜡石、蓝晶石。
9.根据权利要求8所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述复合膨胀剂中叶蜡石的Al2O3≥18wt％，灼减≤2.5wt％。
10.根据权利要求8所述的一种高强度冶炼特大型高炉出铁口用炮泥，其特征在于，所述复合膨胀剂中蓝晶石的Al2O3≥48wt％。
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