本发明属于转炉修补用耐火材料制备
技术领域：
，尤其涉及一种转炉碳质修补料及其制备方法。
背景技术：
：碳质修补料是一种转炉大面或者炉底等部位使用的热态修补料。除碳质修补料外，可以修补转炉的还有水系修补料，其具有环保性好、流动性好、烧结快修补作业时间短等优点，但过高的水量对转炉炉衬用镁碳砖有的破坏作用，在炉衬厚度过低、炉衬砖裸露等情况下使用有一定的隐患，所以目前使用最多的还是碳质修补料。现代炼钢工艺对转炉的冶炼效果、效率及成本的要求越来越高，要求吹炼及检修维护节奏快、转炉复吹寿命高。在转炉冶炼过程中，铁水、废钢及炉渣会对炉衬进行侵蚀破坏造成炉衬减薄，除常规护炉工艺外，还须及时使用热修补耐火材料对炉衬损坏部分进行修补，修补料的使用性能对转炉的修补作业时间、使用寿命等修补效果有直接影响。传统碳质修补料使用沥青为结合剂，存在的主要问题有流动性较差、不易铺展，造成烧结慢，修补时间长。技术实现要素：本发明实施例提供了一种转炉碳质修补料及其制备方法，以解决传统的碳质修补料使用沥青为结合剂，导致流动性差、不易铺展，造成烧结慢，修补时间长的技术问题。一方面，本发明实施例提供了一种转炉碳质修补料，所述碳质修补料包括如下重量份数的组分：镁砂：55～80份；蛇纹石：4～15份；铁红粉：1～5份；金属铝粉：0.3～3份；粘结剂：4～12份；树脂粉：2～10份；防水剂：0.5～2份。进一步地，所述碳质修补料还包括石灰石，所述石灰石的重量份数为：0份＜石灰石≤5份，所述石灰石的粒径≤0.178mm。进一步地，所述镁砂的粒径≤20mm，所述镁砂中mgo的质量分数≥92％。进一步地，所述蛇纹石包括mg6si4o10(oh)8，所述蛇纹石的粒径≤0.178mm，所述蛇纹石中mgo的质量分数≥40％。进一步地，所述铁红粉包括铁的氧化物，所述铁红粉的粒径≤0.178mm，所述铁红粉中，铁的氧化物质量分数≥90％。进一步地，所述金属铝粉的粒径≤0.35mm，所述金属铝粉中铝的质量分数≥90％。进一步地，所述粘结剂为中温沥青，所述中温沥青的结焦值≥50％。进一步地，所述树脂粉的软化点≥180℃，所述树脂粉的结焦值≥75％。进一步地，所述防水剂包括石蜡和聚烯烃添加剂，所述防水剂中，聚烯烃添加剂的质量分数为0.2～3％。第二方面，本发明实施例提供了上述的碳质修补料的制备方法，所述方法包括，将55～80重量份镁砂与0.5～2重量份的防水剂在90～120℃温度下混合均匀，获得混合料；将所述混合料与4～15重量份蛇纹石、1～5重量份铁红粉、0.3～3重量份金属铝粉、4～12重量份粘结剂和2～10重量份树脂粉混合，搅拌均匀，获得碳质修补料。本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本发明实施例提供了一种转炉碳质修补料及其制备方法，所述碳质修补料包括镁砂、蛇纹石、铁红粉、金属铝粉、粘结剂、树脂粉和防水剂，以镁砂作为基料，添加蛇纹石并限定其重量份数，其含有结晶水在烧结过程会释放水蒸气，气体的释放使碳质烧结料在高温下流动及铺展，铺展越快，料层越薄，烧结速度越快，减少了修补时间；同时减少了炉底修补时堵塞底吹风口的风险。铁红粉和铝粉发生放热反应，促进碳质修补料烧结，并提高碳质修补料的抗氧化性能，添加树脂粉提高碳质修补料的高温强度，加入防水剂，提高了碳质修补料的保存期限，提高了混匀效果；减少了粘结剂的使用量，提高了碳质修补料的使用寿命，更加环保。制备的碳质修补料修补总时间为30～42min，修补时长短，效率高，使用寿命为19～25炉，使用寿命长，且防水，存放时间长。具体实施方式下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：一方面，本发明实施例提供了一种转炉碳质修补料，所述碳质修补料包括如下重量份数的组分：镁砂：55～80份；蛇纹石：4～15份；铁红粉：1～5份；金属铝粉：0.3～3份；粘结剂：4～12份树脂粉：2～10份；防水剂：0.5～2份。转炉修补料基本都是以镁砂为主要原料。蛇纹石中含有结晶水，其制备的碳质修补料在高温烧结时，会产生水蒸气，水蒸气会使碳质修补料在高温下流动及铺展，铺展越快，料层越薄，烧结速度越快，减少了修补时间。蛇纹石重量份数过大会增加对高温性能不利的杂质，同时会产生过多的水分也会不利于修补料的烧结。蛇纹石重量份数过小不能产生足够的水蒸气促进修补料流动。铁红粉是铁的氧化物，在烧结过程中与铝粉发生放热反应，可以促进修补料的烧结，缩短碳质结合剂的烧结时间，还可以粘住转炉渣，减缓转炉内衬受损。铁红粉重量份数过大造成修补料铁含量过高，不利于修补料的高温性能。金属铝粉的作用是与铁红粉发生放热反应，还主要起到抗氧化剂的作用，提高修补料的抗氧化性能。金属铝粉重量份数过大不利于修补料的高温性能。树脂粉的的作用是高结焦率可以显著提高修补料的高温强度，同时可以大幅减少有害气体排放。树脂粉重量份数过大不利于修补料的高温流动性，同时成本过高。树脂粉重量份数过小，提高高温强度的作用不明显。由于转炉大面修补对强度要求较高，因此，当用于修补转炉大面时，可以增加树脂粉的重量百分比，以提高强度，优选的，树脂粉的重量份数为8～10份。由于转炉炉底设置有底吹风口，在转炉炉底修补中，碳质修补料容易堵塞底吹风口，因此可以减少树脂粉的重量份数，以获得强度合适的碳质修补料，在底吹气体的压力下以使底吹风口被吹开，获得较长的底吹风口使用寿命，用于修补转炉炉底风口附近时，优选树脂粉的重量份数为2～7份。防水剂的加入可以提高碳质修补料的存放时间，防止受潮。进一步地，所述碳质修补料还包括石灰石，所述石灰石的重量份数为：0份＜石灰石≤5份，所述石灰石的粒径≤0.178mm。石灰石的作用是在烧结过程中会发生分解产生二氧化碳气体，二氧化碳气体释放的过程使碳质烧结料在高温下流动及铺展，铺展越快，料层越薄，烧结速度越快，减少了修补时间。本发明确定重量份数的石灰石还有利于调节修补料与转炉渣之间的粘接效果。石灰石重量份数过大不利于修补料的烧结。石灰石的粒径过大降低了反应速度，不利于气体的快速排出提高材料的流动性。进一步地，所述镁砂的粒径≤20mm，所述镁砂中mgo的质量分数≥92％。镁砂采用连续粒级级配，镁砂作为骨料，其为等径颗粒骨料。这种粒径组成及骨料外形，可以起到提高流动性，减少风口堵塞的风险。进一步地，所述蛇纹石包括mg6si4o10(oh)8，所述蛇纹石的粒径≤0.178mm，所述蛇纹石中mgo的质量分数≥40％。蛇纹石粒径过大不利于水份的快速排出，不利于提高修补料的早期流动性。粒径过小增加的原料的成本。进一步地，所述铁红粉包括铁的氧化物，所述铁红粉的粒径≤0.178mm，铁的氧化物质量分数为≥90％。铁红粉粒径过大不利于提高反应速度。粒径过小增加的原料的成本。进一步地，所述金属铝粉的粒径≤0.35mm，所述金属铝粉中铝的质量分数≥90％。金属铝粉粒径过大不利于提高放热反应速度。粒径过小增加的原料的成本。进一步地，所述粘结剂为中温沥青，所述中温沥青的结焦值≥50％。中温沥青作为有机物，在常温下不溶易与其他原料粘附，在高温下起到结合剂作用，中温沥青重量份数过大修补料的高温烧结强度偏低，中温沥青重量份数过小，不利于修补料的高温流动性。本中温沥青可提高修补料在高温下早期的流动性。本发明中结焦值是指在锅炉炉膛中心，燃烧火焰中心温度在1500～1700℃之间，燃料中的灰在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁吸热，从燃料火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下，随着温度降低，灰分将从液态变为软化状态而进而变成固态。如果灰还保持着软化状态就碰到受热面时，由于受到冷却而沾结在受热面上形成结焦。结焦值越高，表面含碳量越高。进一步地，所述树脂粉中的软化点≥180℃，所述树脂粉的结焦值≥75％。软化点越高，结焦值越高，越有利于提高高温烧结后的强度。进一步地，所述防水剂包括石蜡和聚烯烃添加剂，所述防水剂中，聚烯烃添加剂的质量分数为0.2～3％。本发明中，防水剂可以通过以下方式获得：在石蜡生产过程中添加聚烯烃添加剂，获得改性石蜡这种防水剂。改性石蜡防水剂除了具有防水作用外，还能在其中温融化后提高颗粒表面粘附中温沥青和树脂粉的能力，提高粘接性能，减少中温沥青和树脂粉这类碳质原料的添加量，从而一方面可以缩短碳质结合剂的烧结时间，另一方面可以减少增碳对钢水质量的影响。在石蜡中添加聚烯烃添加剂后，获得的改性石蜡的熔点增高，粘附性和柔韧性增加。基于同一发明构思，本发明实施例还提供了上述的一种转炉碳质修补料的制备方法，所述方法包括，s1，将55～80重量份镁砂与0.5～2重量份的防水剂在90～120℃温度下混合均匀，获得混合料；s2，将所述混合料与4～15重量份蛇纹石、1～5重量份铁红粉、0.3～3重量份金属铝粉、4～12重量份粘结剂和2～10重量份树脂粉混合，搅拌均匀，获得碳质修补料。本发明先将镁砂与防水剂在90～120℃下混合的目的是将软熔状态的改性石蜡涂裹在镁砂表面。加入了具有结晶水的蛇纹石，并限定配比，在转炉烧结的过程分别会释放出水蒸气，气体的释放使碳质烧结料在高温下流动及铺展，铺展越快，料层越薄，烧结速度越快，减少了修补时间；同时减少了炉底修补时堵塞底吹风口的风险。加入防水剂，提高了碳质修补料的保存期限，提高了混匀效果；减少了中温沥青的使用量，提高了碳质修补料的使用寿命，更加环保。本发明中风口指转炉底部的底吹透气孔，转炉大面是指转炉的炉壁内衬迎铁面。下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种转炉碳质修补料及其制备方法进行详细说明。实施例1到实施例5提供了一种转炉碳质修补料及其制备方法，其原料组成按重量份数包括：镁砂：55-80份；蛇纹石：4-15份；铁红粉1-5份；金属铝粉：0.5-3份；中温沥青4-12份；树脂粉2-10份；石灰石：0-5份；改性石蜡：0.5-2份。其中，镁砂的粒径≤20mm，采用连续粒级级配；镁砂中mgo的质量分数≥92％。蛇纹石的粒径≤0.178mm，蛇纹石中mgo的质量分数≥40％。铁红粉包括铁的氧化物，铁红粉的粒径≤0.178mm，铁的氧化物质量分数≥90％。金属铝粉的粒径≤0.35mm，金属铝粉中铝的质量分数≥90％。中温沥青的结焦值≥50％。树脂粉原料，软化点≥180℃，结焦值≥75％。改性石蜡是在石蜡加工过程中加入0.2～3％聚烯烃添加剂。所述石灰石的粒径≤0.178mm。修补料在生产时，先将镁砂干燥并在90～120℃温度条件下加入改性石蜡搅拌均匀，并保持搅拌至温度降到室温后，再加入蛇纹石、铁红粉、金属铝粉、中温沥青、树脂粉和石灰石，并搅拌均匀，获得碳质修补料。将碳质修补料成品装入包装袋密封包装。使用时在转炉完成出钢后，通过料斗将所需用量的袋装修补料投入转炉炉衬并转动转炉进行热态修补，整个修补过程分以下几步步进行：第一步：向转炉内投入碳质修补料；第二步：摇炉；第三步：吹氧并进行烧结。实施例1到实施例5的原料配比具体如下：实施例1转炉碳质快速修补料原料组成按重量百分比(％)包括：镁砂78％，其最大粒径≤20mm，采用连续粒级级配；蛇纹石粉4％；铁红粉1％；金属铝粉1％；中温沥青4％；树脂粉10％；改性石蜡2％。该修补料流动性较低，烧结强度高，用于修补转炉大面破损部位。实施例2转炉碳质快速修补料原料组成按重量百分比(％)包括：镁砂65％，其最大粒径≤18mm，采用连续粒级级配；蛇纹石10％；铁红粉3％；金属铝粉2％；中温沥青9％；树脂粉8％；石灰石2％；改性石蜡1％。该修补料流动性较好，因为树脂粉的加入量高所以强度较高，用于修补转炉炉衬大面及炉底小面积破损部位。实施例3转炉碳质快速修补料原料组成按重量百分比(％)包括：镁砂55％，其最大粒径≤15mm，采用连续粒级级配；蛇纹石粉15％；铁红粉5％；金属铝粉2.5％；中温沥青12％；树脂粉5％；石灰石5％；改性石蜡0.5％。该修补料流动性好，强度适中，用于修补炉底底吹风口周边部位。实施例4转炉碳质快速修补料原料组成按重量百分比(％)包括：镁砂60％，其最大粒径≤15mm，采用连续粒级级配；蛇纹石粉12％；铁红粉4％；金属铝粉2.3％；中温沥青11％；树脂粉6％；石灰石4％；改性石蜡0.7％。该修补料流动性好，强度适中，用于修补炉底底吹风口周边部位。实施例5转炉碳质快速修补料原料组成按重量百分比(％)包括：镁砂70％，其最大粒径≤18mm，采用连续粒级级配；蛇纹石粉9％；铁红粉2％；金属铝粉1.5％；中温沥青6％；树脂粉7％；石灰石3％；改性石蜡1.5％。该修补料流动性好，强度适中，用于修补炉底底吹风口周边部位的。对比例1对比例1提供一种传统的焦油沥青为结合剂的转炉修补料，按重量百分比，组成如下：烧结镁砂60％，回收废镁砖22％，沥青焦油结合剂17％，铝粉0.3％,sic微粉0.4％，增碳剂焦粉0.3％，其中镁砂和回收废旧镁砖的粒径组成是：1mm≤粒径≤3mm占65％；0.074mm＜粒径＜1mm占18％；粒径≤0.074mm占17％，其中，原料镁砂和废旧镁砖中全铁的重量扁粉含量为1～4％，增碳剂焦粉0～1mm，铝粉的粒径为0～0.0074mm。该修补料用于修补转炉大面，经过试验，修补时间如表1所示，高温耐压强度如表1所示，使用寿命如表1所示。监测实施例1到实施例5，对比例1碳质修补料实际修补转炉时的修补时间和使用寿命，并在修补中观察转炉底吹风口的覆盖情况和底吹风口的管道压力，压力低于设定压力值时，表示风口通畅。并在1500℃下烧结3h，检测高温耐压强度，具体结果如表1所示。表1序号修补总时间/min高温耐压强度/mpa使用寿命/炉实施例1483326实施例2402923实施例3301716实施例4331919实施例5382321对比例1551815表1中：修补总时间是从摇炉开始至烧结结束的时间，由于在实际操作中有些过程存在重叠情况，比如吹氧的同时进行烧结，且各阶段也是实际观察炉内情况操作人员随即调整的，因此难以将各个时间段单独分割开进行统计，以修补总时间为衡量修补效率更为合理。高温耐压强度表示碳质修补料在1500℃下加热3h受到压力负荷作用而破坏时的极限应力，即为高温耐压强度。一般来说，高温耐压强度越高，碳质修补料的耐磨性越好，使用寿命越长。实施例1到实施例5数据分析：表1中，实施例1～5的碳质修补料，在进行转炉修补中，修补总时间为30～48min，时间短，效率高，高温耐压强度为17～33mpa，既可修补高温耐压强度高的转炉大面，也可以修补高温耐压强度一般的转炉炉底，其使用寿命为16～26炉。其中，实施例3～5中，碳质修补料的高温耐压强度为17～23mpa，低于实施例1～2碳质修补料的高温耐压强度，这是由于实施例1～2中添加了较高重量份数的树脂粉来提高高温耐压强度，以适应转炉大面受到装铁水和废钢频繁高力度撞击的工况，而实施例3～5中添加了较少重量份数的树脂粉来降低高温耐压强度，从而在转炉炉底修补风口堵塞后，易被底吹气体吹开，以提高转炉底吹风口的使用寿命。对比例1中，以传统焦油沥青为结合剂的碳质修补料用于修补转炉大面，修补时间为55min，高温耐压强度为18mpa，其使用寿命为15炉，与本发明用于修补转炉大面的实施例1～2相比，修补时间长，高温耐压强度水平相当，其使用寿命低。本发明实施例提供了一种转炉碳质修补料及其制备方法，至少具有如下优点：(1)添加具有结晶水的蛇纹石，在烧结过程会释放出水蒸气，气体的释放使碳质烧结料在高温下流动及铺展，铺展越快，料层越薄，烧结速度越快，减少了修补时间；同时减少了炉底修补时堵塞底吹风口的风险。(2)添加一定量的石灰石，在高温下，石灰石分解出二氧化碳可以与水蒸气共同作用，进一步的加强烧结炉的流动及铺展，提高烧结速度，缩短修补时间。同时，还有利于调节修补料与转炉渣之间的粘接效果。(3)添加含有聚烯烃添加剂的改性石蜡，一方面具有防水作用，另一方面，提高颗粒表面粘附中温沥青和树脂粉的能力，提高粘接性能，减少中温沥青和树脂粉这类碳质原料的添加量，从而缩短碳质结合剂的烧结时间，减少增碳对钢水质量的影响。(4)通过调整树脂粉的加入质量，来调整碳质修补料的强度，既可应用于修补高温耐压强度要求高的转炉大面，还可用于修补高温耐压强度要求低的转炉炉底。最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12