CN115466104A - 一种轻质炼铁高炉用无水炮泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻质炼铁高炉用无水炮泥，包括：干料和结合剂；所述干料的成分包括：15～25wt％的轻质骨料；8～25wt％的矾土类骨料；5～10wt％的焦炭；10～20wt％的碳化硅；10～20wt％的氮化硅铁；3～10wt％的矾土类细粉；3～10wt％的白泥；2～6wt％的沥青；4～15wt％的添加剂；所述结合剂的质量为干料质量的10～18％。本发明提供的轻质炼铁高炉用无水炮泥在不明显降低炮泥物理性能的前提下，降低无水炮泥的体积密度，从而实现单位铁量无水炮泥消耗量的减少。本发明还提供了一种轻质炼铁高炉用无水炮泥的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种轻质炼铁高炉用无水炮泥及其制备方法。
背景技术
目前，高炉向大型化、高强度和长寿命方向发展，因而对炮泥提出了更高的要求，过去以水结合的有水炮泥以及用普通原料制成的无水炮泥难以满足现代大型高炉生产的需要。高顶压、大风量及富氧喷吹等冶炼技术的采用使得渣铁对铁口及炉缸的冲刷变得更为严重。现在炮泥的功能不仅仅是堵塞铁口，还要具有保护炉缸的作用，炮泥已从单纯的消耗性耐火材料向功能性耐火材料转变。为满足高炉安全生产的需求，国内外冶金科技工作者和工程技术人员对炮泥进行了多方面的攻关，如提高原材料的纯度以降低炮泥杂质的含量；以不同的有机结合剂代替水拌和普通的无水炮泥料以改善炮泥的结合性；在炮泥内添加特定的树脂或加入特定的添加剂以促进炮泥快速硬化；减少焦油硬化时放出的有毒气体；在炮泥内添加新的功能材料以提高炮泥的强度及改善炮泥的抗渣铁侵蚀和冲刷性等。以上措施的采取对改善炉前作业环境、促进高炉生产、减轻工人劳动强度等起到了积极的作用，特别是新的功能材料的运用，更为明显地了提高炮泥的性能，但是这些措施也大大提高了炮泥的成本。而无水炮泥的下游用户钢铁行业在钢材价格不景气的条件下，首先就会想到降低炮泥的采购价格，所以我们必须降低炮泥的成本，才能提高产品的竞争力。
降低炮泥的成本，通常会采用低档的原材料来替代高档的原材料，如果没有技术上大的突破或者机理的变革，通常这种简单的替代都会带来产品性能的劣化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轻质炼铁高炉用无水炮泥及其制备方法，本发明提供的轻质炼铁高炉用无水炮泥在不明显降低炮泥物理性能的前提下，降低无水炮泥的体积密度。
本发明提供了一种轻质炼铁高炉用无水炮泥，包括：干料和结合剂；
所述干料的成分包括：
15～25wt％的轻质骨料；
8～25wt％的矾土类骨料；
3～10wt％的矾土类细粉；
5～10wt％的焦炭；
10～20wt％的碳化硅；
10～20wt％的氮化硅铁；
3～10wt％的白泥；
2～6wt％的沥青；
4～15wt％的添加剂；
所述结合剂的质量为干料质量的10～18％。
优选的，所述轻质骨料选自多孔化或者微孔化的轻质耐火材料，或使用后的多孔化、微孔化的轻质耐火材料。
优选的，所述轻质骨料选自密度＜1.3g/cm3的耐火材料。
优选的，所述轻质骨料选自氧化铝质物质、铝硅质物质、铝碳化硅碳质物质中的一种或几种。
优选的，所述轻质骨料选自轻质高铝砖和/或氧化铝空心球。
优选的，所述矾土类骨料选自矾土骨料和/或棕刚玉骨料。
优选的，所述矾土类细粉选自矾土细粉、棕刚玉细粉和/或氧化铝细粉。
优选的，所述白泥选自广西白泥；
所述沥青选自改质高温沥青。
本发明提供了一种上述技术方案所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥的制备方法，包括：
将轻质骨料、矾土类骨料、矾土类细粉、焦炭、碳化硅、氮化硅铁、白泥、沥青和添加剂干混，得到干混料；
将所述干混料和结合剂进行湿混，得到泥料；
将所述泥料进行挤泥成型，得到轻质炼铁高炉用无水炮泥。
优选的，所述干混的时间为3～7分钟；
所述干混料和结合剂混合的时间≥45分钟。
本发明研究发现，在不明显降低炮泥物理性能特别是高温性能的前提下，仅仅是降低材料的体积密度，那么打进高炉铁口同样体积的炮泥，所需要的原材料的重量就会减少，也就是炮泥的用量就会减少，单位铁量的炮泥消耗量就会减少，以实现炮泥成本的降低。本发明提出了一种“轻量化无水炮泥”，轻量化无水炮泥就是在无水炮泥中部分引入轻质材料，在不明显降低炮泥物理性能的前提下，降低无水炮泥的体积密度，从而实现单位铁量无水炮泥消耗量的减少。
具体实施方式
下面将对本发明实施例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的一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种轻质炼铁高炉用无水炮泥，包括：干料和结合剂；
所述干料的成分包括：
15～25wt％的轻质骨料；
8～25wt％的矾土类骨料；
3～10wt％的矾土类细粉；
5～10wt％的焦炭；
10～20wt％的碳化硅；
10～20wt％的氮化硅铁；
3～10wt％的白泥；
2～6wt％的沥青；
4～15wt％的添加剂；
所述结合剂的质量为干料质量的10～18％。
在本发明中，炮泥是炼铁高炉用于堵塞铁口的原料，由泥炮通过压力挤入铁口内，故称炮泥；不采用水，而采用其他比如焦油、树脂等非水有机物或无机物作为结合剂制备的炮泥，则为无水炮泥。
在本发明中，所述轻质骨料的质量含量优选为18～22％，更优选为20％。
在本发明中，所述轻质材料(轻质骨料)优选包括一些多孔化或者微孔化的轻质耐火材料，或使用后的多孔化、微孔化的轻质耐火材料；所述轻质耐火材料的体积密度很低，优选为＜1.3g/cm3的轻质耐火材料。在本发明中，轻质耐火材料主要用于炮泥的骨料(即颗粒)部分，因为加工成细粉，可能会破坏这种材料的多孔结构。
在本发明中，所述轻质骨料优选选自氧化铝质物质、铝硅质物质、铝碳化硅质和铝碳化硅碳质物质中的一种或几种，更优选选自轻质高铝砖和/或氧化铝空心球。
在本发明中，所述轻质骨料的粒度优选为0～3mm，更优选为0～1mm和/或1～3mm；所述轻质骨料1～3mm粒度优选＞3mm：≤10wt％并且＜1mm：≤10wt％，所述轻质骨料0～1mm粒度优选＞1mm：≤10wt％并且＜0.088mm：≤10wt％。
在本发明中，所述矾土类骨料的质量含量优选为10～22％，更优选为15～20％。
在本发明中，所述矾土类骨料的粒度优选为1～3mm。在本发明中，所述矾土类骨料中Al2O3的质量含量优选≥88％，吸水率优选≤4％，体积密度≥3.3g/cm3。
在本发明中，可以采用棕刚玉骨料代替矾土骨料，或者同时采用矾土骨料和棕刚玉骨料。在本发明中，所述棕刚玉骨料中Al2O3的质量含量优选≥95wt％，体积密度优选≥3.6g/cm3，CaO质量含量优选≤0.45％；粒度优选为1～3mm。
在本发明中，所述焦炭的质量含量优选为6～9％，更优选为7～8％。
在本发明中，所述焦炭的粒度优选为0～3mm，更优选为0～1mm和1～3mm；所述焦炭中灰分的质量含量优选≤14％，固定碳的质量含量优选≥84％，挥发份的质量含量优选≤3％，全硫的质量含量优选≤1％。
在本发明中，所述碳化硅的质量含量优选为12～18％，更优选为14～16％，最优选为15％。
在本发明中，所述碳化硅的粒度优选为0～1mm和0～0.088mm；所述碳化硅中Fe2O3的质量含量优选≤1.5％，游离碳的质量含量优选≤0.5％，磁性物的质量含量优选≤2％；SiC的质量含量优选≥90％。
在本发明中，所述氮化硅铁的质量含量优选为12～18％，更优选为14～16％，最优选为15％。
在本发明中，所述氮化硅铁的粒度优选为0～0.088mm；所述氮化硅铁中[N]的质量含量优选≥30％，β-Si3N4优选≥75％。
在本发明中，所述矾土类细粉的质量含量优选为4～9％，更优选为5～8％，最优选为6～7％。
在本发明中，所述矾土类细粉的粒度优选为0～0.088mm。
在本发明中，所述矾土类细粉优选包括：矾土细粉、棕刚玉细粉和/或氧化铝细粉，更优选为氧化铝细粉，所述氧化铝细粉中Al2O3的质量含量优选≥87％，CaO+MgO总的质量含量优选≤0.5％；粒度优选＜0.088mm：≥90wt％。
在本发明中，所述白泥的质量含量优选为4～9％，更优选为5～8％，最优选为6～7％。
在本发明中，所述白泥的粒度优选为0.05～0.1mm，更优选为0.06～0.09mm，最优选为0.088mm。
在本发明中，所述白泥优选为广西白泥；所述广西白泥中Al2O3的质量含量优选为30～36％，更优选为31～35％，更优选为32～33％；灼减优选≤15％，可塑性优选≥3.5，夹杂物的质量含量优选≤4％。
在本发明中，所述沥青的质量含量优选为3～5％，更优选为4％。
在本发明中，所述沥青的粒度优选为0～1mm。
在本发明中，所述沥青优选为高温沥青，更优选为改质高温沥青；所述改质高温沥青中固定碳的质量含量优选≥50％，喹啉不溶物的质量含量优选为6～15％，更优选为8～12％，最优选为10％，灰分的质量含量优选≤0.3％；软化点优选为105～120℃，更优选为110～115℃；甲苯不溶物的质量含量优选≥26％，β-树脂的质量含量优选≥16％。
在本发明中，所述添加剂的质量含量优选为4～12％，更优选为5～10％，最优选为7～8％。
在本发明中，所述添加剂优选膨胀剂、促烧结剂、金属硅、金属铝、硅铁合金粉等重的一种或几种；所述膨胀剂优选为蓝晶石。
在本发明中，所述蓝晶石中Al2O3的质量含量优选≥55％，灼减优选≤1.5％；体积膨胀优选≥2.0％。
在本发明中，所述结合剂的质量优选为干料质量的13～16％，更优选为14～15％。
在本发明中，所述结合剂优选为有机结合剂，更优选选自焦油和/或树脂。
在本发明中，所述树脂为本领域常用的炮泥树脂，所述树脂的粘度优选为20～50Pa.S，更优选为30～40Pa.S，最优选为35Pa.S；游离酚优选≤10％，残碳量优选≥45％；固含量优选≥78％。
在本发明中，所述焦油的比重优选为1.14～1.18，更优选为1.15～1.17，最优选为1.16；水分优选≤0.5％，灰分优选≤0.15％。
本发明提供一种上述技术方案所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥的制备方法，包括：
将轻质骨料、矾土类骨料、焦炭、碳化硅、氮化硅铁、矾土类细粉、白泥、沥青和添加剂干混，得到干混料；
将所述干混料和结合剂进行湿混，得到泥料；
将所述泥料进行挤泥成型，得到轻质炼铁高炉用无水炮泥。
在本发明中，优选将轻质骨料、矾土类骨料、焦炭、碳化硅、氮化硅铁、矾土类细粉、白泥、沥青和添加剂进行配料，所述配料的成分与上述技术方案所述轻质炼铁高炉用无水炮泥的成分一致；所述配料优选选自人工配料和/或自动配料。
在本发明中，所述干混优选在加热式炮泥混碾机进行；所述干混的时间优选为3～7分钟，更优选为4～6分钟，最优选为5分钟。
在本发明中，所述结合剂优选分次加入；所述湿混优选为湿碾；所述湿碾的时间优选≥45分钟。
在本发明中，优选对所述泥料检测炮泥马夏值，马夏值合格后再进行挤泥成型；所述马夏值可以根据高炉设备状况按照实际经验确定范围，马夏值合格则放料，不合格则相应加入焦油或预混粉料进行调节；所述马夏值优选为0.4～1.2MPa，更优选为0.5～1.0MPa，最优选为0.6～0.8MPa。
在本发明中，所述挤泥成型优选为将所述混合料采用圆盘给料机或者人工铲料的方式加入到炮泥挤泥机中进行。
在本发明中，所述轻质炼铁高炉用无水炮泥的制备方法优选包括：
将配方中已经称量好的细粉进行预混，然后将预混过的细粉与配方中的颗粒料一起干混，得到干混料；
在上述干混料中加入所需的结合剂，进行湿混；
经过一定时间的湿混之后，得到检验合格的泥料，再将泥料进行挤泥成型，得到轻质炼铁高炉用无水炮泥。
本发明对所述轻质炼铁高炉用无水炮泥的截面形状以及尺寸没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要进行设计，如可以为圆柱形或方形；所述圆柱形的直径可以为120～160mm，也可以为130～150mm，还可以为140mm；所述圆柱形的长度或方形的边长可以为200～250mm，也可以为210～240mm，还可以为220～230mm。
在本发明中，所述轻质炼铁高炉用无水炮泥优选放置一周以上再装入泥炮中进行使用。
本发明提供了一种添加轻质耐火材料来生产轻质炼铁高炉用无水炮泥的生产方法。本发明提供的轻量化无水炮泥在无水炮泥中部分引入轻质材料，在不明显降低炮泥物理性能的前提下，降低无水炮泥的体积密度，从而实现单位铁量无水炮泥消耗量的减少。
本发明以下实施例中所采用的轻质高铝砖为热风炉、加热炉等热工设备拆下来的用过的轻质砖，敲掉已经变质的部分并清理掉粘在转上面的杂质；高铝矾土骨料中Al2O3质量含量≥88％，吸水率≤4％，体积密度≥3.3g/cm3；碳化硅中Fe2O3的质量含量≤1.5％，游离碳≤0.5％，磁性物≤2％，SiC≥90％；焦炭中灰分≤14％，固定碳≥84％，挥发份≤3％，全硫≤1％；矾土高铝孰料中Al2O3质量含量≥87％，CaO+MgO质量含量≤0.5％；粒度要求＜0.088mm：≥90％；氮化硅铁中[N]≥30％，β-Si3N4≥75％；广西白泥中Al2O3的质量含量为30～36％，灼减≤15％，可塑性≥3.5，夹杂物≤4％；高温改制沥青粉中固定碳≥50％，喹啉不溶物的质量含量：6～15％，灰分≤0.3，软化点：105～120℃，甲苯不溶物≥26％，β-树脂≥16％；蓝晶石中Al2O3的质量含量≥55％，灼减≤1.5％，体积膨胀：≥2.0％；树脂的粘度：20～50Pa.S，游离酚≤10％，残碳量≥45％，固含量≥78％；焦油的比重：1.14～1.18，水分≤0.5％，灰分≤0.15％。
实施例1
按照表1中的成分配料，原料中打“※”的细粉原料在预混机中预混20分钟以上，得到预混的细粉料；
将原料中的颗粒进行配料在混碾机中干混3分钟，然后加入总结合剂质量80％的结合剂进行湿混1分钟，再加入上述预混的细粉料湿混5分钟，加入剩余20％结合剂混碾30分钟以上，得到泥料；
然后取泥料做马夏值，马夏值根据高炉设备状况按照实际经验确定范围，马夏值合格(0.4～1.2MPa)则放料，不合格则相应加入少量焦油或预混粉料进行调节；
将得到的合格泥料挤泥成型成
长约250mm的圆柱形(或者方形)，并包裹上塑料袋，然后装入吨袋，成型好的炮泥进行敞开静置困料，一周之后，方可使用。
实施例2～实施例4
按照实施例1的方法制备轻质炼铁高炉用无水炮泥，与实施例1的区别在于采用表1中的原料配料：
表1本发明实施例中的原料配料
(注：表1中结合剂的质量为其它原料质量总和的12～17％)
性能检测
按照下表中的方法对本发明实施例制备的轻质炼铁高炉用无水炮泥进行性能检测(制样方法参照《YB-T4196-2018高炉用无水炮泥》行业标准)，检测结果如下：
本发明由于选用轻质砖或空心球本身具有较高的强度，加工过程也不会破坏其微观结构，所制备的无水炮泥的强度并不会降低，并在实际检测结果中得到印证；由于轻质砖或空心球与高铝矾土骨料相比体积密度降低了40～50％，添加轻质砖的炮泥体积密度降低了8～10％左右。目前添加轻质砖作为骨料的配方已在800M3高炉及800M3以下高炉上成功使用，铁口深度和出铁时间等主要铁口指标未见明显劣化，但是吨铁炮泥消耗量均得到不同程度的降低。
现有高炉无水炮泥通常采用高铝矾土、刚玉和焦炭来作为骨料，而这些材料里面的高铝矾土和刚玉都是比较致密、体密很高的材料，以此制备出来的炮泥一般体密也会比较高。本发明提供的轻质炮泥，引入的轻质材料本身强度足够高，制备出来的炮泥宏观尺度上仍然具有致密化、高强度、抗冲刷、耐侵蚀的特点，不会降低炮泥的使用效果，可以用来正常堵口出铁，不影响高炉正常生产，也不用打破高炉生产的正常节奏，更不需要高炉做任何额外的准备。本发明提供的无水炮泥是利用轻质材料的多孔化、低体密的特点，制备出具有较低体积密度，同时具有强度合适、宏观尺度比较致密、抗冲刷、耐侵蚀的炼铁高炉用无水炮泥。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (10)
1.一种轻质炼铁高炉用无水炮泥，包括：干料和结合剂；
所述干料的成分包括：
15～25wt％的轻质骨料；
8～25wt％的矾土类骨料；
3～10wt％的矾土类细粉；
5～10wt％的焦炭；
10～20wt％的碳化硅；
10～20wt％的氮化硅铁；
3～10wt％的白泥；
2～6wt％的沥青；
4～15wt％的添加剂；
所述结合剂的质量为干料质量的10～18％。
2.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述轻质骨料选自多孔化或者微孔化的轻质耐火材料，或使用后的多孔化、微孔化的轻质耐火材料。
3.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述轻质骨料选自密度＜1.3g/cm3的耐火材料。
4.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述轻质骨料选自氧化铝质物质、铝硅质物质、铝碳化硅碳质物质中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述轻质骨料选自轻质高铝砖和/或氧化铝空心球。
6.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述矾土类骨料选自矾土骨料和/或棕刚玉骨料。
7.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述矾土类细粉选自矾土细粉、棕刚玉细粉和/或氧化铝细粉。
8.根据权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥，其特征在于，所述白泥选自广西白泥；
所述沥青选自改质高温沥青。
9.一种权利要求1所述的轻质炼铁高炉用无水炮泥的制备方法，包括：
将轻质骨料、矾土类骨料、焦炭、碳化硅、氮化硅铁、矾土类细粉、白泥、沥青和添加剂干混，得到干混料；
将所述干混料和结合剂进行湿混，得到泥料；
将所述泥料进行挤泥成型，得到轻质炼铁高炉用无水炮泥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述干混的时间为3～7分钟；
所述干混料和结合剂混合的时间≥45分钟。
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