CN114292097A

CN114292097A - 一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料及其制备方法

Info

Publication number: CN114292097A
Application number: CN202111675504.XA
Authority: CN
Inventors: 张君博; 杨林; 李卫华; 王小军; 姜乐; 苟浪
Original assignee: BEIJING RUIPU TONGCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: BEIJING RUIPU TONGCHUANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114292097B

Abstract

本申请涉及高炉炼铁技术领域，具体公开了一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料及其制备方法。所述喷补料包括以下重量份的组分：板状刚玉40～70份，膨胀剂5～15份，氧化钛1～10份，含碳树脂3～8份，绢云母5～10份，抗氧化剂1～5份，纳米白炭黑3～8份，碳化硅微粉10～20份，胶粉1～5份，速凝剂0.5～5份，外加硅溶胶7～15份。本申请具有环境友好且使用寿命高的优点。

Description

一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料及其制备方法

技术领域

本申请涉及高炉炼铁技术领域，更具体地说，它涉及一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料及其制备方法。

背景技术

随着高炉炼铁技术的发展，围绕着高炉长寿的研究不断深入，为提高产量和经济效益，采用高风压、高顶压、大风量、富氧喷吹等新技术，高炉冶炼强度增大，渣铁量增大，加速了对出铁沟内衬的冲刷磨损，虽然出铁沟浇注料技术也在不断改进和进步，但是使用寿命提升有限，特别是落铁点渣铁交界面的局部过度熔损仍无法解决，影响了周期通铁量，难以满足炼铁发展的需求。

目前主沟修补多采用支模具浇注修补，这种修补方式一是修沟时间较长，一般用时 15-24小时，影响高炉的正常生产；二是主沟残衬拆解较多，增加耐材消耗量；三是主沟拆解时沟机的振动力对主沟残衬造成一定程度的破坏。另外还有一种主沟修补方式是采用主沟喷补技术，喷补面进行简单的残渣残铁清理，可在主沟热态情况下进行，可快速烘烤，施工简便，材料消耗量低，因此高炉主沟热喷补技术将是高炉主沟内衬维护技术的一个发展方向。

高炉主沟热喷补技术中所用的喷补料较为常见的为干法喷补料和湿法喷补料。其中干法喷补料的主要组成成分为棕刚玉、黑碳化硅、球沥青、水泥、黏土、六偏磷酸钠等。湿法喷补料的主要组成成份为棕刚玉、莫来石、黑碳化硅、球沥青、水泥、硅灰、氧化铝微粉等。但上述两种类型的喷补料中皆包含有水泥，采用上述两种喷补料进行喷补施工时，在喷涂过程中粉料易在空气中扩散，粉尘较大，污染环境，同时反弹量较高，加入水泥后引入CaO后生成钙黄长石等低熔物，降低使用性能。

上述干法喷补料和湿法喷补料都是水泥结合的喷补料，均有污染环境，产生低熔点物质的缺陷，还不足以满足用户的使用要求，因此对环境友好，使用寿命更高的高炉出铁沟用喷补料的研制迫在眉睫。

发明内容

为了克服背景技术中的缺陷，本申请提供一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料及其制备方法，其具有环境友好且使用寿命高的优点。

第一方面，本申请提供一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，采用如下的技术方案：一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，包括以下重量份的组分：板状刚玉40～70份，膨胀剂5～15份，氧化钛1～10份，含碳树脂3～8份，绢云母5～10份，抗氧化剂1～5份，纳米白炭黑3～8份，碳化硅微粉10～20份，胶粉1～5份，速凝剂0.5～5份，外加硅溶胶7～ 15份。

优选的，所述喷补料包括以下重量份的组分：板状刚玉40～45份，叶腊石8～13份，氧化钛8～10份，含碳树脂4～7份，绢云母5～8份，抗氧化剂3份，纳米白炭黑5～8份，碳化硅微粉15～20份，胶粉1～2份，速凝剂1份，硅溶胶10份。

通过采用上述技术方案，本申请的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料采用板状刚玉作为骨料主成分，因其是一种纯净的、不添加如MgO、B₂O₃等任何添加剂而烧成收缩彻底的烧结刚玉，具有结晶粗大、发育良好的α-Al₂O₃晶体结构，Al₂O₃的含量在99％以上；且板状刚玉为板片状晶体结构，气孔小且闭气孔较多而气孔率与电熔刚玉大体相当，纯度高，体积稳定性好，极小的重烧收缩，具有良好的热震稳定性、抗渣铁冲刷和侵蚀性和较高抗弯强度。在采用板状刚玉作为骨料主成分的基础上，添加叶腊石作为膨胀剂，使得喷补料与出铁沟残衬之间能够紧密接触，同时引入含碳树脂配合胶粉可有效的提升喷补料的粘塑性，防止喷补料沉降堵管，提高喷补料的粘接性，降低反弹率；同时氧化钛也可与含碳树脂发生原位反应生成碳化钛，提高基体的强度与抗渣铁侵蚀性；而纳米白炭黑可以与出铁沟残衬的主成分 Al₂O₃反应生成针状莫来石，提高喷补料与残衬的结合性；引入绢云母后可使物料达到快速烧结，提高物料的初始强度，从而避免喷补料初期使用时的脱落；抗氧化剂能够有效防止碳化硅微粉和碳的氧化；碳化硅微粉在喷补料基质中呈网状结构，能够有效提升喷补料的耐压强度和抗渣侵蚀能力；同时本申请以硅溶胶作为喷补料的结合剂，相比铝酸盐水泥，可避免钙离子的引入生成钙黄长石等低熔点物质，同时可减少水的加入，使得喷补料具有可快速烘烤性而不爆裂；而速凝剂可使得喷补料在10秒钟内产生絮凝，防止喷涂料在喷涂面上发生流淌。本申请采用溶胶结合湿法的方式，在使用过程中，硅溶胶的加入使得喷补料成为一定稠度的泥浆，而后在喷出喷头时加入速凝剂，操作简单，附着率高，无粉尘，回弹率低，使得本申请的喷补料具有环境友好且使用寿命高的优点。

优选的，所述叶腊石和纳米白炭黑的重量比为：(8～10)：(5～8)。

通过采用上述技术方案，叶腊石是一种含羟基的层状铝硅酸盐矿物，其在1200～1350℃会发生反应由叶腊石生成莫来石，这一过程产生微量膨胀，能够使得喷补料很好的填充喷补料与主沟残衬的缝隙，使得喷补料与残衬之间紧密接触；纳米白炭黑可提高喷补料与残衬的结合性；采用上述重量比的叶腊石和纳米白炭黑，可有效的提升喷补料与出铁沟残衬的结合性能，延长喷补料的使用寿命。

优选的，所述板状刚玉的Al₂O₃含量≥99wt％，体积密度≥3.8g/cm³，且以重量份计，所述板状刚玉包括级配粒度为3mm～1mm的板状刚玉20～30份、1～0.2mm的板状刚玉10～ 20份、粒度≤0.074mm的板状刚玉10～20份。

通过采用上述技术方案，采用三种具有特定比例的级配粒度的板状刚玉，能够在提升喷补料流动性的同时，使得喷补料致密化，提升喷补料的附着率和降低气孔率以及反弹量，进而阻碍渣料向喷补料内部的渗透，从而提升喷补料的抗渣性，还可延长其使用寿命。

优选的，所述叶腊石为生叶腊石，且所述叶腊石的Al₂O₃含量为12～20wt％，粒度为3mm～1mm。

通过采用上述技术方案，粒度为3mm～1mm的生叶腊石与板状刚玉粒度级配3mm～1mm相适配，且生叶腊石的Al₂O₃含量为12～20wt％，生叶腊石作为一种含羟基的层状铝硅酸盐矿物，其在1200～1350℃会发生反应由叶腊石生成莫来石，这一过程产生微量膨胀，能够使得喷补料很好的填充喷补料与主沟残衬的缝隙，使得喷补料与残衬之间紧密接触，可以有效的改善喷补料的抗侵蚀和抗剥落性。

优选的，所述氧化钛为金红石型钛白粉，其TiO₂含量≥98wt％，粒度≤0.074mm。

通过采用上述技术方案，粒度≤0.074mm的金红石型钛白粉(二氧化钛)与板状刚玉粒度级配≤0.074mm相适配，且金红石型钛白粉中的TiO₂含量≥98wt％，便于二氧化钛与含碳树脂中的碳原位反应生成高熔点的碳化钛，提高喷补料基体的强度与抗渣铁侵蚀性。

优选的，所述含碳树脂的碳含量≥80wt％，软化点≥200℃。

通过采用上述技术方案，含碳树脂随着温度的升高逐渐开始软化，主沟残衬温度较高，当喷补料喷射在主沟表面时，含碳树脂的软化提高了喷补料的粘附性。另一方面，含碳树脂的碳含量较高，800℃碳化后形成的碳网络结构可减少渣铁的侵润，提高抗渣性。

优选的，所述绢云母的Al₂O₃含量≥12wt％，SiO₂含量≥68wt％，粒度≤0.074mm。

通过采用上述技术方案，粒度≤0.074mm的绢云母与板状刚玉、氧化钛形成配伍；同时由于高炉可允许的喷涂施工时间短(＜4小时)，同时主沟放残铁后表面温度也降低较多，物料在这种时间短、温度低的条件下很难达到烧结，引入Al₂O₃含量≥12wt％、SiO₂含量≥ 68wt％的绢云母后可使物料达到快速烧结，提高物料的初始强度，从而避免喷补料初期使用时的脱落。

优选的，所述纳米白炭黑为亲水型纳米白炭黑，比表面积为180～220m²/g，SiO₂含量≥99wt％。

通过采用上述技术方案，因纳米白炭黑比表面积大故而具有自结合性，同时能够与硅溶胶性质匹配，能够弥补硅溶胶初始强度低的缺点，纳米白炭黑还可与出铁沟残衬的主成分 Al₂O₃反应生产针状莫来石，提高喷补料与残衬的结合性，提升喷补料后期强度和抗热震性。

优选的，所述抗氧化剂为球形雾化金属铝，其Al含量≥99wt％，粒度0.045mm～0.074mm；所述碳化硅微粉中的SiC含量≥98wt％，粒度≤0.005mm；所述胶粉为德国瓦克5010N型胶粉；所述速凝剂为液体水玻璃，其模数为3.0；所述硅溶胶的固含量为30％。

优选的，所述氧化钛、含碳树脂、金属铝的重量比为：(8～10)：(5～6)：3。

更为优选的，所述氧化钛、含碳树脂、金属铝的重量比为：10：6：3。

通过采用上述技术方案，抗氧化剂选用金属铝，一方面可很好地防止碳化硅微粉和碳的氧化，另一方面一部分可以与含碳树脂反应生产碳化铝，提高物料强度。而粒度≤0.005mm 的碳化硅微粉为碳化硅超微粉，相比普通碳化硅细粉，能够有效填充物料间的缝隙，强化基质。本申请中速凝剂选用水玻璃，可使得喷涂料在10秒钟内产生絮凝，防止喷涂料在喷涂面上发生流淌。

第二方面，本申请提供一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料的制备方法，采用如下的技术方案：

高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料的制备方法，将除硅溶胶和水玻璃外的其他组分按其重量份称量后进行混合，混合时间控制在10～15分钟，混合均匀后装入包装袋，在现场施工时将混匀后的物料与硅溶胶混合3～5分钟，并在喷涂时，在枪头加入作为速凝剂的水玻璃，即得喷补料。

通过采用上述技术方案，本申请的制备方法简单，且制备的溶胶结合湿法喷补料具有良好的可泵送性、无沉降、不堵管、良好的粘接性、反弹小、在施工面不流淌等优异的施工性能；采用本申请的溶胶结合湿法喷补料对出铁沟进行修补后，喷补料具备良好的抗渣性、抗冲刷侵蚀性、抗氧化性、快速烧结性、与出铁沟残衬良好的结合性、不脱落等优异的使用性能，喷补料使用寿命大幅提高。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请采用溶胶结合湿法的方式，在使用过程中，硅溶胶的加入使得喷补料成为一定稠度的泥浆，而后在喷出喷头时加入速凝剂，操作简单，附着率高，无粉尘，回弹率低，使得本申请的喷补料具有环境友好且使用寿命高的优点。

2、采用特定重量比的叶腊石、含碳树脂、纳米白炭黑，可有效的提升喷补料与出铁沟残衬的结合性能，延长喷补料的使用寿命。

3、采用三种具有特定比例的级配粒度的板状刚玉，能够在提升喷补料流动性的同时，使得喷补料致密化，提升喷补料的附着率和降低气孔率以及反弹量，进而阻碍渣料向喷补料内部的渗透，从而提升喷补料的抗渣性，还可延长其使用寿命。

4、本申请的制备方法简单，且制备的溶胶结合湿法喷补料具有良好的可泵送性、无沉降、不堵管、良好的粘接性、反弹小、在施工面不流淌等优异的施工性能；采用本申请的溶胶结合湿法喷补料对出铁沟进行修补后，喷补料具备良好的抗渣性、抗冲刷侵蚀性、抗氧化性、快速烧结性、与出铁沟残衬良好的结合性、不脱落等优异的使用性能，喷补料使用寿命大幅提高。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明，予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

含碳树脂，购自德国瑞嘉化工集团公司的

P型号。

胶粉，为德国瓦克5010N型胶粉。

实施例

实施例1

一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，采用以下制备方法制备而成：

其组分及重量份为：板状刚玉3mm～1mm 30份，板状刚玉1～0.2mm 18份，板状刚玉≤ 0.074mm 10份；叶腊石10份；氧化钛5份；含碳树脂5份；绢云母5份；金属铝1份；纳米白炭黑5份；碳化硅微粉10份；胶粉1份；水玻璃1份；硅溶胶10份。

其中，叶腊石为生叶腊石，且所述叶腊石的Al₂O₃含量为12～20wt％，粒度为3mm～1mm；氧化钛为金红石型钛白粉，其TiO₂含量≥98wt％，粒度≤0.074mm；含碳树脂的碳含量≥80wt％，软化点≥200℃；绢云母的Al₂O₃含量≥12wt％，SiO₂含量≥68wt％，粒度≤0.074mm；纳米白炭黑为亲水型纳米白炭黑，比表面积为200m²/g，SiO₂含量≥99wt％；金属铝，其Al含量≥99wt％，粒度0.045mm～0.074mm；碳化硅微粉中的SiC含量≥98wt％，粒度≤0.005mm；水玻璃，其模数为3.0；硅溶胶的固含量为30％。

将除硅溶胶和水玻璃外的其他组分按其重量份称量，倒入强制搅拌机中混合，混合时间控制在15分钟，混合均匀后装入包装袋，在现场施工时将混匀后的物料倒入搅拌机并加入硅溶胶混合5分钟，并在枪头加入作为速凝剂的水玻璃。

实施例2-19中的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料与实施例1的区别在于，各组分的重量份不同，具体如表1所示。

表1实施例1-19中高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料各组分重量份数

对比例

对比例1

单铁口高炉出铁主沟喷补料，包括以下组分且各组分质量比例为：致密刚玉或棕刚玉：48份，碳化硅：28份，白刚玉：8份，α-Al₂O₃微粉：7份，硅微粉：2份，纯铝酸钙水泥：2.5份，球状沥青：3份，金属硅粉：3份，纳米硅铝凝胶粉：1.2份，氮化硼：0.7份，氧化钕：0.4 份，氧化锆：0.7份，复合添加剂：2.3份，复合防爆剂：0.4份。复合添加剂包括以下组分且各组分质量比例为：减水剂：10-15份，缓凝剂：18-22份，分散剂：18-20份，抗氧化剂： 45-55份，硬化剂：10％-16份。

所述减水剂采用三聚磷酸钠，缓凝剂采用磷酸盐或者硼砂，分散剂采用聚丙烯酸钠，抗氧化剂采用碳化硼，硬化剂采用四乙烯五胺。复合防爆剂由有机纤维和金属铝粉组成，有机纤维和金属铝粉的质量比例为：有机纤维：40-50份，金属铝粉：50-60份。

对比例2

一种高炉出铁沟喷补料，按照质量份额包括40份3～5mm莫来石、30份1～3mm棕刚玉、 15份0～1mm碳化硅、12份氧化铝粉、6份水泥、0.2份防爆纤维、2份石墨、4份氮化硅铁、1.5份树脂粉、7.5份铝溶胶。

所述3～5mm莫来石为ω(Al₂O₃)≥72％且ω(SiO₂)≥26％的高纯莫来石，所述0～1mm 碳化硅为ω(SiC)≥98％的98碳化硅，所述氧化铝粉为ω(Al₂O₃)≥99％的α-Al₂O₃微粉，所述水泥为ω(Al₂O₃)≥79％的A-80水泥。

所述ω(a)代表化合物a的质量分数；此实例中高炉出铁沟喷补料中Al₂O₃的质量分数为74.6％，SiC的质量分数为14.3％。

所述防爆纤维的纤维长度为10mm。

对比例3

对比例3与实施例2的区别在于，叶腊石的重量份数为1。

对比例4

对比例4与实施例2的区别在于，叶腊石的重量份数为17。

对比例5

对比例5与实施例2的区别在于，含碳树脂的重量份数为1。

对比例6

对比例6与实施例2的区别在于，含碳树脂的重量份数为12。

对比例7

对比例7与实施例2的区别在于，不加入氧化钛。

对比例8

对比例8与实施例2的区别在于，不加入金属铝。

性能检测试验

将实施例1-19和对比例1-8制备成试样，机压成40mm×40mm×160mm试样，脱模后于于 110℃保温24小时，1450℃保温3小时。分别按照国家标准YB/T5200、GB/T3001、GB/T5072、 GB/T 5988、GB/T 3002-2017检测试样体积密度、耐压强度、线变化率，高温抗折强度，检测结果见表2。

表2实施例1-19和对比例1-8中各喷补料的检测结果

结合实施例1-19和对比例1-8并结合表2可以看出，本申请制备的溶胶结合湿法喷补料具有良好的体积稳定性，极小的重烧收缩，线变化率较低，具有良好的热震稳定性，良好的耐压强度和高温抗折强度，抗渣铁冲刷侵蚀性好。通过对比例1-2可以看出，本申请的溶胶结合湿法喷补料相比干法喷补料，具有低CaO含量，可减少低熔物的产生、较高的体积密度和结合强度、反弹率低，使用寿命大幅提升。其中，实施例2的各方面性能较佳，因此实施例2 为最优方案。

结合实施例1-5并结合表2可以看出，级配粒度为3mm～1mm的板状刚玉20份、1～0.2mm的板状刚玉10份、粒度≤0.074mm的板状刚玉10份，喷补料的反弹量最低，说明采用三种具有特定比例的级配粒度的板状刚玉，能够在提升喷补料流动性的同时，使得喷补料致密化，提升喷补料的附着率和降低气孔率以及反弹量，进而阻碍渣料向喷补料内部的渗透，从而提升喷补料的抗渣性，还可延长其使用寿命。

结合实施例2、6-8、12、13和对比例3-4并结合表2可以看出，叶腊石和纳米白炭黑的重量比能够影响到喷补料的耐压强度、线变化率、高温抗折强度和反弹率，且叶腊石和纳米白炭黑的重量比为10:5时，喷补料与出铁沟残衬之间的结合性最佳，具备较高的后期强度和抗热震性。

结合实施例2、9-11、14-19和对比例5-8并结合表2可以看出，氧化钛、含碳树脂和金属铝能够影响到喷补料的耐压强度、线变化率、高温抗折强度和反弹率，且氧化钛、含碳树脂和金属铝的重量比为10:6:3时，可有效提升喷补料的耐压强度、线变化率、高温抗折强度和反弹率。原因在于，碳树脂随着温度的升高逐渐开始软化，主沟残衬温度较高，当喷补料喷射在主沟表面时，含碳树脂的软化提高了喷补料的粘附性，另一方面，含碳树脂的碳含量较高，800℃碳化后形成的碳网络结构可减少渣铁的侵润，提高抗渣性；同时氧化钛也可与含碳树脂发生原位反应生成碳化钛，提高基体的强度与抗渣铁侵蚀性；金属铝在本发明中作为一种抗氧化剂，一方面可很好地防止碳化硅微粉和碳的氧化，另一方面一部分可以与含碳树脂反应生产碳化铝，提高物料强度。氧化钛、含碳树脂和金属铝之间进行复配，使得喷补料在的耐压强度1450℃×3h埋炭达到69.9MPa、高温抗折强度1450℃×1h达到8.5MPa。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于，包括以下重量份的组分：板状刚玉40～70份，叶腊石5～15份，氧化钛1～10份，含碳树脂3～8份，绢云母5～10份，抗氧化剂1～5份，纳米白炭黑3～8份，碳化硅微粉10～20份，胶粉1～5份，速凝剂0.5～5份，外加硅溶胶7～15份。

2.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述叶腊石和纳米白炭黑的重量比为：（8～10）：（5～8）。

3.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述板状刚玉的Al₂O₃含量≥99wt%，体积密度≥3.8g/cm³，且以重量份计，所述板状刚玉包括级配粒度为3mm～1mm的板状刚玉20～30份、1～0.2mm的板状刚玉10～20份、粒度≤0.074mm的板状刚玉10～20份。

4.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述叶腊石为生叶腊石，且所述叶腊石的Al₂O₃含量为12～20wt%，粒度为3mm～1mm。

5.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述氧化钛为金红石型钛白粉，其TiO₂含量≥98wt%，粒度≤0.074mm。

6.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述含碳树脂的碳含量≥80wt%，软化点≥200℃。

7.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述绢云母的Al₂O₃含量≥12wt%，SiO₂含量≥68wt%，粒度≤0.074mm。

8.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述纳米白炭黑为亲水型纳米白炭黑，比表面积为180～220m²/g，SiO₂含量≥99wt%。

9.根据权利要求1所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料，其特征在于：所述抗氧化剂为球形雾化金属铝，其Al含量≥99wt%，粒度0.045mm~0.074mm；所述碳化硅微粉中的SiC含量≥98wt%，粒度≤0.005mm；所述胶粉为德国瓦克5010N型胶粉；所述速凝剂为液体水玻璃，其模数为3.0；所述硅溶胶的固含量为30%。

10.权利要求1-9任一所述的高炉出铁沟用溶胶结合湿法喷补料的制备方法，其特征在于：将除硅溶胶和水玻璃外的其他组分按其重量份称量后进行混合，混合时间控制在10～15分钟，混合均匀后装入包装袋，在现场施工时将混匀后的物料与硅溶胶混合3~5分钟，并在喷涂时，在枪头加入作为速凝剂的水玻璃，即得喷补料。