CN117142838A - 一种无水基环保热补料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐火材料技术领域，提供了一种无水基环保热补料及其制备方法和使用方法。本发明采用电熔镁砂为主要原料，采用铝硅复合超微粉作为结合剂，同时加入自流剂和烧结剂，所得无水基环保热补料的热态自流性好，附着性好，烧结时间短，修补后的炉体使用寿命长。与传统热补料相比，本发明提供的无水基环保热补料不含沥青、焦油、苯、蒽等有害物质，补炉过程无黑烟，无有害物质排放，安全环保；与水基热补料相比，本发明提供的无水基环保热补料不需要现场搅拌，在补炉时不会喷出大量水蒸汽，无安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种无水基环保热补料及其制备方法和使用方法。
背景技术
目前，国内外钢铁工业新技术飞速发展，而炼钢炉的炉龄，是一个重要的技术经济指标，提高炉龄，提高设备的安全系数尤为重要。
热态修补料(又称热补料)是钢厂常用的一种快速修补窑炉的耐火材料，由于是在窑炉运行过程中修补，所以称为热态修补。传统热态修补料通常以电熔镁砂或镁钙为主要原料，采用改性沥青作为结合剂，同时加入助流动剂、烧结剂，按要求包装后即可投入使用。传统热补料在补炉过程中会产生大量黑烟，排出大量CO2、SO2、烟尘及苯、醛类等有毒有害物，对环境影响大，而且烧结时间长，修补后的窑炉使用寿命短，修补后的窑炉仅能使用20炉次。
随着国家对环保要求的提高，传统采用沥青结合剂的热补料逐步退出市场，而环保型水基热补料正逐步成为市场的主导产品。环保型水基热补料省略了沥青的使用，而是采用三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等为结合剂。水基热补料在使用过程中具有无黑烟、烧结时间短、使用寿命长等优点，但在使用时操作复杂，且需占用一定的现场空间进行搅拌机搅拌作业；环保型水基热修补料加水搅拌后装袋待用，若等待时间超过30min，会出现水料分层现象，严重影响补炉效果；若超过60min，水基修补料就无法使用。搅拌时需要加入8％～10％的水，水对高温炉体产生气体侵蚀，尤其补炉底部位时经常出现积水喷溅，这对于周围操作工人来说，施工风险大，安全无法保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无水基环保热补料及其制备方法和使用方法。本发明提供的无水基环保热补料安全环保，无需加水，使用时不会发生积水喷溅等问题，无安全隐患。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种无水基环保热补料，由以下质量份数的组分组成：96电熔镁砂75～80份，97电熔镁砂8～10份，氧化铝微粉5～7份，铝硅复合超微粉4～6份，烧结剂1～5份，自流剂0.2～1.1份；
所述烧结剂为氮化硅铁和金属硅中的一种或两种；所述自流剂为硬脂酸镁和聚丙烯酰胺中的一种或两种。
优选的，所述96电熔镁砂由第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂复配得到，所述第一96电熔镁砂的粒径大于3mm小于等于5mm，所述第二96电熔镁砂的粒径大于1mm小于等于3mm，所述第三96电熔镁砂的粒径大于0小于等于1mm，所述第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂质量比为18～22:30～35:25～28。
优选的，所述97电熔镁砂的目数为200目。
优选的，所述氧化铝微粉的粒径为1.5～5μm。
优选的，所述铝硅复合超微粉的粒径为0.5～1.5μm。
优选的，所述氮化硅铁的目数为200～325目，所述金属硅的目数为200～325目。
优选的，所述烧结剂包括氮化硅铁和金属硅，所述氮化硅铁和金属硅的质量比为2～3:2～1。
优选的，所述自流剂包括硬脂酸镁和聚丙烯酰胺，所述硬脂酸镁和聚丙烯酰胺的质量比为3～4:2～1。
本发明还提供了上述方案所述无水基环保热补料的制备方法，包括以下步骤：
将96电熔镁砂、97电熔镁砂、氧化铝微粉、铝硅复合超微粉、烧结剂和自流剂混合，得到所述无水基环保热补料。
本发明还提供了上述方案所述无水基环保热补料的使用方法，包括以下步骤：
在不停炉的条件下，将上述方案所述的无水基环保热补料直接投入待修补炼钢炉中，烧结15～25min。
本发明提供了一种无水基环保热补料，由以下质量份数的组分组成：96电熔镁砂75～80份，97电熔镁砂8～10份，氧化铝微粉5～7粉，铝硅复合超微粉4～6份，烧结剂1～5份，自流剂0.2～1.1份；所述烧结剂为氮化硅铁和金属硅中的一种或两种；所述自流剂为硬脂酸镁和聚丙烯酰胺中的一种或两种。本发明采用电熔镁砂为主要原料，采用铝硅复合超微粉作为结合剂，同时加入自流剂和烧结剂，所得无水基环保热补料的热态自流性好，附着性好，烧结时间短，修补后的炉体使用寿命长。与传统热补料相比，本发明提供的无水基环保热补料不含沥青、焦油、苯、蒽等有害物质，补炉过程无黑烟，无有害物质排放，安全环保；与水基热补料相比，本发明提供的无水基环保热补料不需要现场搅拌，在补炉时不会喷出大量水蒸汽，无安全隐患。此外，传统热补料修补一次烧结时间在40～50min，水基热补料由于排出大量水蒸汽会降低炉温，不利于钢厂连续生产，而本发明提供的无水基环保热补料修补一次只需15～25min，且不会降低炉温，有利于钢厂连续生产，并且采用本发明热补料修补后的炉体使用寿命长，同等情况下使用，采用本发明的热补料修补后的炉体使用寿命是传统修补料的2倍。
具体实施方式
本发明提供了一种无水基环保热补料，由以下质量份数的组分组成：96电熔镁砂75～80份，97电熔镁砂8～10份，氧化铝微粉5～7份，铝硅复合超微粉4～6份，烧结剂1～5份，自流剂0.2～1.1份；
所述烧结剂为氮化硅铁和金属硅中的一种或两种；所述自流剂为硬脂酸镁和聚丙烯酰胺中的一种或两种。
如无特殊说明，本发明采用的各个原料均为市售商品。
以质量份数计，本发明提供的无水基环保热补料包括96电熔镁砂75～80份；在本发明中，所述96电熔镁砂中氧化镁的质量分数≥96％，氧化钙的质量分数≤2％，二氧化硅的质量分数≤1％，三氧化二铝的质量分数≤0.5％，灼减量≤0.3wt％，体积密度≥3.25g/cm3。在本发明中，所述96电熔镁砂由第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂复配得到，所述第一96电熔镁砂的粒径大于3mm小于等于5mm(记为3～5mm)，所述第二96电熔镁砂的粒径大于1mm小于等于3mm(记为1～3mm)，所述第三96电熔镁砂的粒径大于0小于等于1mm(记为0～1mm)，所述第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂质量比优选为18～22:30～35:25～28，更优选为20:35:25。
以96电熔镁砂的质量份数为基准，本发明提供的无水基环保热补料包括97电熔镁砂8～10份，优选为8份、8.5份、9份、9.5份或10份。在本发明中，所述97电熔镁砂中氧化镁的质量分数≥97％，氧化钙的质量分数≤1.5％，二氧化硅的质量分数≤1％，三氧化二铝的质量分数≤0.5％，灼减量≤0.3wt％，体积密度≥3.25g/cm3；所述97电熔镁砂的目数优选为200目。
以96电熔镁砂的质量份数为基准，本发明提供的无水基环保热补料包括氧化铝微粉5～7份，优选为5份、5.5份、6份、6.5份或7份。在本发明中，所述氧化铝微粉的粒径优选为1.5～5μm，更优选为3～5μm，所述氧化铝微粉中三氧化二铝的质量分数≥99％。在本发明中，所述氧化铝微粉能够在烧结剂的作用下，很快与镁砂发生化学反应，生成尖晶石，随着尖晶石量的增加，材料的抗渣性提高，致密度增强，抗冲刷、耐磨性提高。
以96电熔镁砂的质量份数为基准，本发明提供的无水基环保热补料包括铝硅复合超微粉4～6份，优选为4份、4.5份、5份、5.5份或6份。在本发明中，所述铝硅复合超微粉的粒径优选为0.5～1.5μm，更优选为0.5～1μm；所述铝硅复合超微粉中三氧化二铝的质量分数优选为45～48％，二氧化硅的质量分数优选为52～55％；本发明采用的铝硅复合超微粉为青岛首鑫冶金辅料科技有限公司的市售商品。本发明采用铝硅复合超微粉为辅助助流剂和结合剂，能够在低温条件下快速提高热修料的流动性，自流平后，随着温度的升高，形成牢固的立方体Si-O键，同时生成尖晶石，既提高材料的强度又提高了材料的抗渣性。
以96电熔镁砂的质量份数为基准，本发明提供的无水基环保热补料包括烧结剂1～5份，优选为2～4份。在本发明中，所述烧结剂包括氮化硅铁和金属硅中的一种或两种；所述氮化硅铁的目数优选为200～325目，更优选为200～250目，所述金属硅的目数优选为200～325目，更优选为250～325目；当所述烧结剂为氮化硅铁时，所述氮化硅铁的质量份数优选为2～3份，当所述烧结剂为金属硅时，所述金属硅的质量份数优选为1～2份；当所述烧结剂同时包括氮化硅铁和金属硅时，所述氮化硅铁和金属硅的质量比优选为2～3:1～2。氮化硅铁中存在延性颗粒，能够增强铁与金属间的化合物硅化铁，硅化铁促进热补料的烧结，提高氧化物和非氧化物之间的结合强度，在热补料中随着氮化硅铁加入量的增加，高温抗折强度也明显增加，但超过一定量后，热补料的气孔率也增加，高温强度随之下降；金属硅为灰黑色粉末无定形硅，它的化学性质活泼，能与氧剧烈反应，也能与镁、钙、铁等金属作用，生成硅化物，促进热补料进一步烧结，提高其烧结强度。本发明严格控制无水基环保热补料中各个原料的粒径，能够使热补料流动性良好快速流平。
以96电熔镁砂的质量份数为基准，本发明提供的无水基环保热补料包括自流剂0.2～1.1份优选为0.5～1份。在本发明中，所述自流剂为硬脂酸镁和聚丙烯酰胺中的一种或两种，所述硬脂酸镁和聚丙烯酰胺均优选为粉末状；当所述自流剂为硬脂酸镁时，所述硬脂酸镁的质量份数优选为0.2～0.6份，优选为0.5份，当所述自流剂为聚丙烯酰胺时，所述聚丙烯酰胺的质量份数优选为0.3～0.5份；当所述自流剂同时包括硬脂酸镁和聚丙烯酰胺时，所述硬脂酸镁和聚丙烯酰胺的质量比优选为4～5:2～3。本发明采用上述自流剂，能够提高热补料在高温下的自流平性能。
本发明还提供了上述方案所述无水基环保热补料的制备方法，包括以下步骤：
将96电熔镁砂、97电熔镁砂、氧化铝微粉、铝硅复合超微粉、烧结剂和自流剂混合，得到所述无水基环保热补料。
本发明对所述混合的具体方式没有特殊要求，能够将上述原料混合均匀即可。
本发明还提供了上述方案所述无水基环保热补料的使用方法，包括以下步骤：
在不停炉的条件下，将上述方案所述的无水基环保热补料直接投入待修补炼钢炉中，烧结15～25min。
在本发明中，所述烧结优选利用炼钢炉自身的温度进行即可，无需调节炼钢炉的温度，在本发明的具体实施例中，炼钢炉的温度为1250～1450℃。
本发明对所述窑炉的具体种类没有特殊要求，炼钢厂常用的炼钢炉均可以采用本发明的无水基环保热补料进行修补，具体如转炉、电炉、加热炉等。
在本发明中，所述无水基环保热补料的用量优选根据修补面的破损情况确定，在本发明的具体实施例中，每次的用量优选为1～2吨；本发明在修补时无需停炉，采用废钢槽直接向炉中倒入热补料即可，利用余温烧结15～25min后即可投入使用。
下面将结合本发明中的实施例，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。
实施例中采用的电熔镁砂、氧化铝微粉和铝硅复合超微粉的指标如表1所示。
表1电熔镁砂、氧化铝微粉和铝硅复合超微粉的性能指标(wt％)
实施例中采用的96电熔镁砂由粒径为3～5mm、1～3mm和0～1mm的96电熔镁砂复配得到，97电熔镁砂为200目，氧化铝微粉粒径为5μm，铝硅复合超微粉的粒径为0.5μm，氮化硅铁为200目，金属硅为325目，硬脂酸镁和聚丙烯酰胺均为粉状。
实施例1～6
按照表2中的配比称取96电熔镁砂、97电熔镁砂、氧化铝微粉、铝硅复合超微粉、烧结剂和自流剂，混合均匀，得到无水基环保热补料，所得无水基环保热补料依次记为1#～6#。
表2实施例1～6无水基环保热补料的原料配比(质量份数)
对比例1～2
按照表3中的配比称取原料，混合均匀后得到传统沥青热补料和水基环保热补料。
表3传统沥青热补料和水基环保热补料的原料配比(质量份数)
表3中，改性沥青是掺加树脂、高分子聚合物等改性剂，通过特定的生产工艺，生产出高低温性能更优良的沥青，它不但保留了沥青的性质，也拓宽了产品的使用温度及稳定性，表3中使用的改性沥青为SBS型改性沥青。
性能测试：
1、按照国标GB/3001-2007、GB/3002-2004对实施例1～6制备的无水基环保热补料的物理性质进行测试，所得结果见表4。
表4实施例1～6所得无水基环保热补料性能测试结果
| 项目 | 条件 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# | 6# |
| MgO+Al2O3％ | / | 88.28 | 87.62 | 87.89 | 88.32 | 87.92 | 88.32 |
| 耐压强度/MPa | 1450℃×3h | 18.76 | 19.38 | 20.02 | 20.19 | 20.53 | 20.80 |
| 抗折强度/MPa | 1450℃×3h | 7.42 | 7.83 | 8.26 | 8.28 | 8.41 | 8.65 |
| 热态流动值 | 1250℃×0.5h | 150 | 160 | 180 | 180 | 185 | 200 |
根据表4可以看出，本发明制备的无水基环保热补料耐压强度和抗折强度高，热态流动性好。
2、采用实施例6制备的无水基环保热补料以及对比例1～2制备的传统沥青热补料和水基环保热补料进行修补实验，采用的待修补炉为炼钢转炉，待修补面积大致相同，均为8m2左右，测试修补后炼钢炉的使用寿命，并对三种热补料的热态自流性、附着性、烧结性、环保性、安全性、操作性能以及净钢性能进行测试，所得结果如表5所示。
表5不同热补料的性能评价结果
根据表5中的数据可以看出，本发明提供的无水基环保热补料自流平性好，烧结时间短，使用寿命长，并且环保性、安全性和净钢性能均优于传统沥青热补料，并且操作简便，优于水基热补料，不易产生喷溅，安全性也比水基热补料更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (10)
1.一种无水基环保热补料，其特征在于，由以下质量份数的组分组成：96电熔镁砂75～80份，97电熔镁砂8～10份，氧化铝微粉5～7份，铝硅复合超微粉4～6份，烧结剂1～5份，自流剂0.2～1.1份；
所述烧结剂为氮化硅铁和金属硅中的一种或两种；所述自流剂为硬脂酸镁和聚丙烯酰胺中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述96电熔镁砂由第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂复配得到，所述第一96电熔镁砂的粒径大于3mm小于等于5mm，所述第二96电熔镁砂的粒径大于1mm小于等于3mm，所述第三96电熔镁砂的粒径大于0小于等于1mm，所述第一96电熔镁砂、第二96电熔镁砂和第三96电熔镁砂质量比为18～22:30～35:25～28。
3.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述97电熔镁砂的目数为200目。
4.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述氧化铝微粉的粒径为1.5～5μm。
5.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述铝硅复合超微粉的粒径为0.5～1.5μm。
6.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述氮化硅铁的目数为200～325目，所述金属硅的目数为200～325目。
7.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述烧结剂包括氮化硅铁和金属硅，所述氮化硅铁和金属硅的质量比为2～3:2～1。
8.根据权利要求1所述的无水基环保热补料，其特征在于，所述自流剂包括硬脂酸镁和聚丙烯酰胺，所述硬脂酸镁和聚丙烯酰胺的质量比为3～4:2～1。
9.权利要求1～8任意一项所述无水基环保热补料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将96电熔镁砂、97电熔镁砂、氧化铝微粉、铝硅复合超微粉、烧结剂和自流剂混合，得到所述无水基环保热补料。
10.权利要求1～8任意一项所述无水基环保热补料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
在不停炉的条件下，将权利要求1～8任意一项所述的无水基环保热补料直接投入待修补炼钢炉中，烧结15～25min。
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