CN114315388B - 一种高炉用防喷溅无水炮泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无水炮泥的技术领域，公开了一种高炉用防喷溅无水炮泥及其制备方法。所述高炉用防喷溅无水炮泥包括以下重量份的原料：骨料20‑30份、碳化硅10‑20份、白泥5‑10份、复合碳素材料5‑15份、蓝晶石5‑10份、金属硅2‑5份、碳化硼0.2‑0.6份、环保结合剂10‑15份；所述骨料为质量比为(1.5‑3):1的均化矾土和叶腊石的混合物。本申请中的高炉用防喷溅无水炮泥中Al₂O₃和SiC+C含量高，并且具有体积密度大、耐压强度高、加热永久线变化率低、防喷溅性能优良的优点。

Description

一种高炉用防喷溅无水炮泥及其制备方法

技术领域

本申请涉及无水炮泥的技术领域，更具体地说，它涉及一种高炉用防喷溅无水炮泥及其制备方法。

背景技术

炮泥是用来封堵出铁口的耐火材料，其包括有水炮泥和无水炮泥两大类。有水炮泥是用在顶压较低、强化冶炼程度较低的中小型高炉上，无水炮泥是用在顶压较高、强化冶炼程度高的大中型高炉上。在高炉运行过程中，炮泥发挥的三大功能是：堵塞出铁口，稳定排放熔融铁水和炉渣，保护炉缸、延长高炉底部寿命。对其性能要求为耐冲刷、抗侵蚀、易开口、新旧炮泥结合和出铁时间等。

近年来，随着高炉冶炼强度的不断提高，以及冶炼技术的发展，高炉的日出铁量越来越高，铁口的负荷越来越大，新建高炉和高炉炉役后期，铁口喷溅多有发生。炮泥喷溅是基于铁口孔道内产生裂纹窜入的煤气与铁水相交，在压力下形成的。为了保证高炉高效运行，预防高炉铁口喷溅性能也成为衡量炮泥质量水平的一个重要标准，其质量的好坏直接影响到铁口的寿命和出铁状态，目前使用的常规炮泥在高温条件下容易产生裂纹，每次出铁的温度变化产生的应力残留炮泥内部，产生裂纹，新炮泥在快速干燥与烧结过程中由于结合剂的挥发性，也容易在接触面附近产生缝隙。铁口孔道内产生的裂纹容易与窜入的煤气形成通路，使出铁过程中的铁水喷溅变的更加严重，甚至恶化铁口。不仅增加了炉前工人的操作难度和劳动强度，同时恶化了炉前工作环境，使得企业环保不达标，造成了较大的经济损失。因此，开发一种膨胀大、烧后强度高、防喷溅的无水炮泥迫在眉睫。

发明内容

为了提高无水炮泥的耐压强度、防喷溅性能，本申请提供一种高炉用防喷溅无水炮泥及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高炉用防喷溅无水炮泥，采用如下技术方案：

一种高炉用防喷溅无水炮泥，所述高炉用防喷溅无水炮泥包括以下重量份的原料：骨料20-30份、碳化硅10-20份、广西白泥5-10份、复合碳素材料5-15份、蓝晶石5-10份、金属硅2-5份、碳化硼0.2-0.6份、环保结合剂10-15份；所述骨料为质量比为(1.5-3):1的均化矾土和叶腊石的混合物。

通过采用上述技术方案，使得本申请中的高炉用防喷溅无水炮泥具有高体积密度、常温耐压强度、Al₂O₃含量、SiC+C含量，低加热永久线变化率，体积密度的范围为1.95-2.36g/cm³；常温耐压强度的范围为18.0-21.2MPa；Al₂O₃的含量范围为33.3-36.1％；SiC+C的含量范围为30.1-33.9％；加热永久线变化率的范围为(+0.3)-(+0.5)％。通过高炉用防喷溅无水炮泥中各原料之间的相互协同作用，使得其具有较高的Al₂O₃和SiC+C含量，并且提高了其体积密度、常温耐压强度，降低了其加热永久线变化率，使得高炉用防喷溅无水炮泥更加密实，减少了加热后裂纹的产生，显著提高了其防喷溅性能，符合市场需求。

在本申请中，通过采用质量比为(1.5-3):1的均化矾土和叶腊石为骨料，均化矾土中氧化铝含量较高，晶体分布均匀，具有高体积密度，结构致密，因此，向高炉用防喷溅无水炮泥中加入均化矾土能够提高其体积密度、常温耐压强度，降低其加热永久线变化率，使得无水炮泥的结构更加致密；叶腊石不仅硬度较大，并且在高温条件下，其体积膨胀，能够通过其微膨胀作用，减少高温条件下无水炮泥产生的裂纹，提高其防喷溅性能；通过均化矾土和叶腊石之间的相互协同作用，能够进一步提高无水炮泥的体积密度、常温耐压强度，降低其加热永久线变化率，同时提高其防喷溅性能。通过加入广西白泥，增强了无水炮泥的塑性，进一步提高其防喷溅性能。

可选的，所述均化矾土的成分中氧化铝的重量百分含量为88％。

通过采用上述技术方案，均化矾土中氧化铝的含量更高，则体积密度更高，抗冲击性能更加优良，能够进一步提高无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、防喷溅性能，降低其加热永久线变化率。

可选的，均化矾土和叶腊石的质量比为2:1。

通过采用上述技术方案，能够进一步提高高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度，降低其加热永久线变化率，当均化矾土和叶腊石的质量比过高时，无水炮泥的膨胀小，防喷溅性能降低；当均化矾土和叶腊石的质量比过低时，容易使无水炮泥的加热永久线变化率升高。

可选的，所述碳化硅中SiC的重量百分含量≥90％。

通过采用上述技术方案，进一步提高高炉用防喷溅无水炮泥中的SiC+C含量，有助于提高无水炮泥的体积密度，使得其具有更高的常温耐压强度，同时提高其防喷溅性能。并且，当碳化硅中SiC的重量百分含量在上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。

可选的，所述环保结合剂为改性酚醛树脂，所述改性酚醛树脂的粘度为8000-10000mPa.s，残碳值为45-50％。

通过采用上述技术方案，能够减少高炉用防喷溅无水炮泥中有害物质的释放，同时改性酚醛树脂具有高结合强度，能够提高无水炮泥的高温强度，同时改性酚醛树脂较高的残碳值能够提高无水炮泥SiC+C的含量。

可选的，所述改性酚醛树脂的粘度为8000mPa.s，残碳值为50％。

通过采用上述技术方案，能够进一步提高无水炮泥的塑性，提高其常温耐压强度。

可选的，所述复合碳素材料包括以下重量份的原料：石油焦3-8份、改质沥青2-5份、碳黑1-3份。

通过采用上述技术方案，石油焦、改质沥青、碳黑之间相互协同，能够进一步提高无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、防喷溅性能，降低其加热永久线变化率。并且，当复合碳素材料中各原料含量分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。

第二方面，本申请提供一种高炉用防喷溅无水炮泥的制备方法，采用如下技术方案：一种如上述的高炉用防喷溅无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：

将高炉用防喷溅无水炮泥的各原料混合，搅拌10-15min，然后加入环保结合剂，搅拌30-40min，得到高炉用防喷溅无水炮泥。

通过采用上述技术方案，高炉用防喷溅无水炮泥通过机械搅拌即可制备得到，制备方法简单，便于操作。并且，当操作条件分别位于上述范围内时，对于性能检测结果的影响在可预期范围内。

综上所述，本申请具有至少以下有益效果：

第一、通过以质量比为(1.5-3):1的均化矾土和叶腊石的混合物为骨料，且加入了广西白泥，显著提高了高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、Al₂O₃和SiC+C含量、防喷溅性能，降低了其加热永久线变化率，有助于提高其防喷溅性能，使得高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.11g/cm³，常温耐压强度为19.7MPa，加热永久线变化率+0.3％，Al₂O₃的含量为35.9％，SiC+C的含量为32.7％；

第二、通过采用粘度为8000mPa.s，残碳值为50％的改性酚醛树脂为环保结合剂，使得高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、防喷溅性能、Al₂O₃和SiC+C含量进一步提高，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度升高至2.36g/cm³，常温耐压强度升高至21.2MPa，Al₂O₃的含量升高至36.1％，SiC+C的含量升高至33.9％。

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。

原料

碳化硅选自安阳华拓冶金有限责任公司；石油焦选自河北冀岩矿产品有限公司；改质沥青，型号为HK-2，且选自河北涵凯能源科技发展有限公司；碳黑，型号为YJ-3，且选自天津华冉化工科技有限公司；溴化环氧树脂选自江苏普乐司生物科技有限公司；改性酚醛树脂，型号为803L，且选自广州市田本丰橡胶有限公司；广西白泥选自灵寿县鹏显矿产品加工厂；蓝晶石选自河南省佰富康物资贸易有限公司；金属硅选自安阳市中豫锦明硅业有限公司。

制备例

制备例1

将50kg石油焦、40kg改质沥青、20kg碳黑加入至搅拌机中，搅拌25min，得到复合碳素材料。

实施例

表1实施例1-4中高炉用防喷溅无水炮泥各原料含量(kg)

原料	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					骨料	20	24	28	30
碳化硅	20	18	14	10
					广西白泥	5	6	8	10
复合碳素材料	15	12	8	5
					蓝晶石	5	6	8	10
金属硅	5	4	3	2
					碳化硼	0.2	0.3	0.4	0..6
环保结合剂	15	14	12	10

实施例1

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其原料含量如表1所示；

其中，骨料为质量比为1.5:1的均化矾土和叶腊石的混合物，均化矾土中氧化铝的重量百分含量为85％；

碳化硅为SiC88(SiC重量百分含量为88％)；

复合碳素材料由制备例1制备得到；

环保结合剂为溴化环氧树脂。

一种高炉用防喷溅无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：

将高炉用防喷溅无水炮泥的各原料加入锥形搅拌机中，预混10min，然后，将混合均匀的各原料加入碾轮式搅拌机中，再加入环保结合剂，搅拌30-40min，得到高炉用防喷溅无水炮泥。

实施例2-4

实施例2-4的高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例1的区别之处在于，高炉用防喷溅无水炮泥的各原料含量不同，其原料含量如表1所示，其余均和实施例1相同。

实施例5

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例3的区别之处在于，均化矾土和叶腊石的质量比为2:1，其余均和实施例3相同。

实施例6

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例5的区别之处在于，均化矾土和叶腊石的质量比为3:1，其余均和实施例5相同。

实施例7

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例5的区别之处在于，均化矾土中氧化铝的重量百分含量为88％，其余均和实施例5相同。

实施例8

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例7的区别之处在于，碳化硅为SiC92，即其组分中SiC的重量百分含量为92％，其余均和实施例7相同。

实施例9

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例8的区别之处在于，环保结合剂为改性酚醛树脂，且改性酚醛树脂的粘度为10000mPa.s，残碳值为45％，其余均和实施例8相同。

实施例10

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例9的区别之处在于，改性酚醛树脂的粘度为8000mPa.s，残碳值为50％，其余均和实施例9相同。

实施例11

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例10的区别之处在于，复合碳素材料的原料中未加入石油焦，其余均和实施例10相同。

实施例12

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例10的区别之处在于，复合碳素材料的原料中未加入改质沥青，其余均和实施例10相同。

实施例13

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例10的区别之处在于，复合碳素材料的原料中未加入碳黑，其余均和实施例10相同。

对比例

对比例1

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例1的区别之处在于，骨料为等量的均化矾土，其余均和实施例1相同。

对比例2

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例1的区别之处在于，骨料为等量的叶腊石，其余均和实施例1相同。

对比例3

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例1的区别之处在于，均化矾土和叶腊石的质量比为1:1，其余均和实施例1相同。

对比例4

一种高炉用防喷溅无水炮泥，其和实施例1的区别之处在于，均化矾土和叶腊石的质量比为4:1，其与均和实施例1相同。

性能检测试验

将实施例1-13、对比例1-4制备得到的高炉用防喷溅无水炮泥进行以下性能检测：

依据《致密耐火浇注料显气孔率和体积密度试验方法》YB/T 5200-1993，对上述17种高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度进行检测；

依据《耐火材料常温耐压强度试验方法》GB/T 5072-2008，对上述17种高炉用防喷溅无水炮泥的常温耐压强度进行检测；

依据《耐火材料加热永久线变化试验方法》GB/T 5988-2007，对上述17种高炉用防喷溅无水炮泥的加热永久线变化率进行检测；

依据《含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析方法》GB/T 16555-2008，对上述17种高炉用防喷溅无水炮泥中的Al₂O₃、SiC+C含量进行检测，检测结果如表2所示。

表2检测结果

从表2可以看出，本申请的高炉用防喷溅无水炮泥的Al₂O₃及SiC+C含量较高，Al₂O₃的含量范围为33.3-36.1％；SiC+C的含量范围为30.1-33.9％。并且具有较高的体积密度、常温耐压强度，具有较低的加热永久线变化率，体积密度的范围为1.95-2.36g/cm³；常温耐压强度的范围为18.0-21.2MPa；加热永久线变化率的范围为(+0.3)-(+0.5)％。通过高炉用防喷溅无水炮泥中各原料之间的相互协同作用，显著的提高了其体积密度及常温耐压强度，降低了其加热永久线变化率，有助于提高其防喷溅性能，符合市场需求。

将实施例8-10进行对比，实施例8中，环保结合剂为溴化环氧树脂，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.11g/cm³，常温耐压强度为19.7MPa，加热永久线变化率+0.3％，Al₂O₃的含量为35.9％，SiC+C的含量为32.7％；实施例9中，环保结合剂为改性酚醛树脂，且改性酚醛树脂的粘度为10000mPa.s，残碳值为45％，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.23g/cm³，常温耐压强度为20.1MPa，加热永久线变化率+0.3％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为33.0％；实施例10中，环保结合剂为改性酚醛树脂，且改性酚醛树脂的粘度为8000mPa.s，残碳值为50％，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.36g/cm³，常温耐压强度为21.2MPa，加热永久线变化率+0.3％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为33.9％。通过对比，可以看出，以改性酚醛树脂作为环保结合剂，能够减少无水炮泥中有害物质的释放，同时，经过高温烧结后，能够使得高炉用无水炮泥的强度更高，防喷溅性能更加优良。通过实施例9-10，可以看出，适当的降低改性酚醛树脂的粘度，有助于提高高炉用无水炮泥的塑性，提高其残碳值，能够提高其SiC+C含量，从而有助于增大高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度，降低其加热永久线变化率，提高其防喷溅性能，符合市场需求。

将实施例10-13进行对比，实施例10中的复合碳素材料的原料中包括石油焦、改质沥青、碳黑，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.36g/cm³，常温耐压强度为21.2MPa，加热永久线变化率+0.3％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为33.9％；实施例11中的复合碳素材料的原料中未加入石油焦，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.01g/cm³，常温耐压强度为19.2MPa，加热永久线变化率+0.5％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为31.6％；实施例12中的复合碳素材料的原料中未加入改质沥青，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为2.03g/cm³，常温耐压强度为19.4MPa，加热永久线变化率+0.5％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为31.9％；实施例13中的复合碳素材料的原料中未加入碳黑，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.99g/cm³，常温耐压强度为18.9MPa，加热永久线变化率+0.5％，Al₂O₃的含量为36.1％，SiC+C的含量为32.1％。通过对比，可以看出，通过复合碳素材料中三种原料之间的相互协同作用，进一步提高了高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度，降低了其加热永久线变化率，能够进一步提高其防喷溅性能。

将实施例1和对比例1-2进行对比，实施例1中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.95g/cm³，常温耐压强度为18.0MPa，加热永久线变化率+0.5％，Al₂O₃的含量为33.4％，SiC+C的含量为30.2％；对比例1中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.87g/cm³，常温耐压强度为16.2MPa，加热永久线变化率+0.7％，Al₂O₃的含量为32.6％，SiC+C的含量为29.6％；对比例2中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.76g/cm³，常温耐压强度为15.9MPa，加热永久线变化率+0.9％，Al₂O₃的含量为32.7％，SiC+C的含量为29.5％。相比于实施例1，对比例1中的骨料为等量的均化矾土，对比例2中的骨料为等量的叶腊石，使得高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、加热永久线变化率均降低，使得其防喷溅性能进一步降低。均化矾土中氧化铝含量较高，体积密度较大、抗冲击性能优良，将其作为骨料，能够提高高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度，然而其膨胀小。叶腊石的微膨胀性能优良，将其作为骨料能够通过烧后微膨胀作用，减少无水炮泥的裂缝，从而提高其防喷溅性能，但是，仅加入叶腊石作为骨料，会使得高炉用防喷溅无水炮泥的加热永久线变化率升高。两者复配，能够提高高炉用防喷溅无水炮泥的性能，使得其具有高体积密度、常温耐压强度、防喷溅性能，同时具有低加热永久线变化率。

将实施例1和对比例3-4进行对比，实施例1中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.95g/cm³，常温耐压强度为18.0MPa，加热永久线变化率+0.5％，Al₂O₃的含量为33.4％，SiC+C的含量为30.2％；对比例3中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.88g/cm³，常温耐压强度为16.6MPa，加热永久线变化率+0.7％，Al₂O₃的含量为32.9％，SiC+C的含量为29.8％；对比例4中的高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度为1.91g/cm³，常温耐压强度为16.8MPa，加热永久线变化率+0.6％，Al₂O₃的含量为33.0％，SiC+C的含量为29.9％。相比于实施例1，对比例3中的均化矾土和叶腊石的质量比为1:1，对比例4中的均化矾土和叶腊石的质量比为4:1，均超出了(1.5-3):1的范围。可以看出，当均化矾土和叶腊石的质量比过大或过小时，高炉用防喷溅无水炮泥的体积密度、常温耐压强度、防喷溅性能降低，加热永久线变化率升高。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种高炉用防喷溅无水炮泥，其特征在于，所述高炉用防喷溅无水炮泥包括以下重量份的原料：骨料20-30份、碳化硅10-20份、广西白泥5-10份、复合碳素材料5-15份、蓝晶石5-10份、金属硅2-5份、碳化硼0.2-0.6份、环保结合剂10-15份；所述骨料为质量比为（1.5-3）：1的均化矾土和叶腊石的混合物；所述环保结合剂为改性酚醛树脂，所述改性酚醛树脂的粘度为8000-10000mPa.s，残碳值为45-50%；

所述复合碳素材料包括以下重量份的原料：石油焦3-8份、改质沥青2-5份、碳黑1-3份。

2.根据权利要求1所述的一种高炉用防喷溅无水炮泥，其特征在于，所述均化矾土的成分中氧化铝的重量百分含量为88%。

3.根据权利要求1所述的一种高炉用防喷溅无水炮泥，其特征在于，均化矾土和叶腊石的质量比为2：1。

4.根据权利要求1所述的一种高炉用防喷溅无水炮泥，其特征在于，所述碳化硅中SiC的重量百分含量≥90%。

5.根据权利要求1所述的一种高炉用防喷溅无水炮泥，其特征在于，所述改性酚醛树脂的粘度为8000mPa.s，残碳值为50%。

6.一种如权利要求1-5任一所述的高炉用防喷溅无水炮泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高炉用防喷溅无水炮泥的各原料混合，搅拌10-15min，然后加入环保结合剂，搅拌30-40min，得到高炉用防喷溅无水炮泥。