专利名称：低水高炉铁口炮泥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高炉生产中堵铁口用耐火泥料及其置备方法，特别是中小型高炉用低水炮泥及其置备方法，属耐火材料技术领域。
目前，中小高炉炼铁生产中堵铁口的泥料多为以水作结合剂的有水炮泥，它以焦粉和粘土为主要原料，外加一定碳化硅和沥青，加水混炼而成，其水分一般在20％左右。这种炮泥在使用中存在着以下缺点首先，由于水分高，粘土用量较大，易产生高温收缩，排水慢，易出现潮铁口和断铁口现象；第二，由于炮泥导热性较差，铁口中泥料温度不均匀，容易产生热应力，导致铁口断裂，降低整体强度，存在未烧结区和局部潮泥现象；第三，高温强度低，耐铁水渣流的机械冲刷力差，出铁时铁口深度不够，造成出铁不稳定，不利于生产协调，增加了铁口维护的难度；第四，抵抗炉渣的化学侵蚀力不够。在炉渣开始流出后，铁口直径急剧扩大甚至断裂，造成铁口大喷，危及炉前工安全。此外，由于焦粉及碳化硅等原料价格较高，故这种炮泥的成本较高。
本发明目的在于克服上述现有技术中存在的缺点而提供一种低水高炉铁口炮泥及其制备方法，使炮泥在具有良好塑性的前提下，提高其高温强度及耐机械冲刷、耐化学侵蚀性能，满足高炉炼铁生产的需要，并且降低生产成本。
本发明目的可通过如下技术方案实现低水高炉铁口炮泥，其原料配比为(重量单位)废焦沫40-50，粘土25-30，高铝矾土15-20，沥青粉6-8，有机减水剂2-4，无机减水剂0．2-0．5，蓝晶石4-7，水14-18。
上述低水高炉铁口炮泥，所述有机减水剂为蒽油或硅油；上述低水高炉铁口炮泥，所述无机减水剂为三聚磷酸钠；上述低水高炉铁口炮泥，所述原料中还可以加入膨润土＜4个重量单位。
上述低水高炉铁口炮泥，所述原料的化学成分、理化指标及粒度要求见表1、表2。
表1所用原料的化学成分、理化指标(重量％)
表2所用原料的粒度要求
本发明炮泥的制备方法依次包括如下工序破碎及筛分、预混、混练、困泥。
所述破碎及筛分工序，是将原料中的废焦沫按表2所要求的粒度进行破碎，筛取筛下物；筛上物重新破碎，并使之均化。
所述预混工序，是将蓝晶石粉4-7、无机减水剂0．2-0．5、沥青粉6-8(重量单位)混配并搅拌均匀，制成预混粉；所述混练工序，是向碾泥机中依次加入(均为重量单位)废焦沫40-50、高铝矾土15-20、粘土25-30和上述预混粉，加水9．5-12，混练5分钟后，继续加入有机减水剂2-4混练3分钟，再加入水4．5-6，混练10-15分钟；所述困泥工序，是将碾好的炮泥放入省泥池中困料，省泥池湿度大于80％，温度不低于10℃，困料时间不低于30小时。
本发明用废焦沫替代了目前有水炮泥中焦粉和碳化硅这些价格较高的主要原料。废焦沫是一种廉价的工业副产品，它是石墨电极生产中的废弃保温材料。在石墨电极生产工艺中，需将固定碳含量大于80％的焦粉与石应砂一起作为保温填料添在电极周围，用以防止石墨电极氧化和保温。电极给电，在2000℃-2500℃时发生如下反应石墨电极成品取出之后，填料成为废弃物，经测定，其中SiC含量可达25％-50％，固定碳保持在40％-55％之间，另外尚有部分石英和石墨。
废焦沫的碳化硅具有导热性好、高温性能稳定、耐高温、耐化学侵蚀的优点，能使铁口中的泥料热量分布均匀，避免因热应力不匀产生的泥料断裂现象，还可以促进水份的迅速排除，而且经过几次搬倒和筛分，碳化硅分布非常均匀，比单纯使用焦粉和碳化硅效果好，成本更低，且降低工人劳动强度；废焦沫中的石英砂，对炮泥而言，也是一种优良的耐火原料。其中的二氧化硅在升温过程中发生同质多晶转变现象，会产生体积膨胀，增大气孔率，且石英砂中的二氧化硅在烧结剂的作用下，还要与高铝矾土和粘土中的三氧化二铝发生反应生成莫来石，这些因素有利于水份的排除和保持炮泥有良好的高温性能；废焦沫中的石墨，是比焦炭更为优良的碳素原料，它具有良好的导热性、高温体积稳定性，不被炉渣铁水润湿，而且因为石墨有润滑性能，还可以提高炮泥的可塑性。
本发明采用了有机、无机复合减水剂，以降低炮泥水分，使炮泥快速烘干。两种减水剂共同作用，使炮泥在低水分时保持良好的可塑性。有机减水剂对物料有吸附分散作用、润滑和润湿作用，并能影响泥料本身ξ电位的变化，从而达到减少用水量的目的。有机减水剂不仅可以减水，在烘干过程中还可以助燃，使水分快速排除，并使沥青粉溶化分布更均匀，避免沥青块在软化后形成溶洞，减少炮泥整体高温状态时的薄弱环节；无机减水剂可以增强炮泥的流动性，减弱触变性，使炮泥保持良好的使用性能。
本发明选用的高铝矾土是非常优良的中性耐火材料，利用其耐火度高，高温体积稳定，耐化学侵蚀耐冲刷的优点，可大大提高炮泥的整体高温性能。
本发明所用的膨胀剂为蓝晶石，其分子式为Al2O3·SiO2。可提高不定形耐材的荷重软化温度、耐压强度，改善烧后线变指标。当加热到1300℃左右时发生不可逆的莫来石化现象，同时出现很大的永久性膨胀，弥补粘土等矿物产生的高温体积收缩，使炮泥保持较好的体积稳定性，消除因收缩所引起的裂纹，避免断铁口现象。
本发明所用的结合剂为结合粘土和沥青粉。结合粘土的质量应符合ZBQ42001-85标准中软质粘土特级品要求，其主要矿物为高岭石，它具有良好的分散性、可塑性和烧结性。本发明利用其高分散度，提高炮泥的结合力和干燥强度。本发明所用沥青为中温沥青，粒度较小的沥青粉均匀分布在泥料中，打入铁口中后，沥青在升温过程中开始软化、挥发，最后形成碳骨架，将物料结合起来。在此过程中，由于沥青及有机减水剂的燃烧挥发和碳化，促使物料本身的温度升高，加速排出水分，而且在挥发份挥发后，形成细微孔洞，更有利于水份的排出。
为促进炮泥的低温烧结，加入烧结剂膨润土。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿物，化学式为Al2O3·4SiO2·nH2O，它具有极强的吸水性、阳离子交换能力、膨胀性、可塑性和结合能力，因其杂质中含K+、Na+，故在低温时出现液相，使炮泥中其它成分在低温烧结。同时，膨润土还可增加泥料的塑性，提高泥料的作业性能。
本发明炮泥的性能指标如下体积密度(110℃×24h)1．55g／cm3；灼减＜45％；外加水量12％-14％；炮泥干后收缩＜1．5％；1250℃×2h显气孔率35％；耐火度＞1580℃；加热至1250℃×2h后常温耐压强度＞2．5Mpa可塑性指标＞3．0本发明炮泥水份保持在13％左右，与普通有水炮泥相比，既具有良好的可塑性，又具有优良的高温强度及耐机械冲刷、耐化学侵蚀性能，使铁口深度保持稳定，出铁过程中铁流非常平稳，满足高炉炼铁大风高产的需要，并且较好地对工业废弃物--废焦沫进行利用，工艺简单，大大降低了生产成本，具有显著的经济效益。
下面将结合实施例，对本发明作进一步详述实施例1原料配比为(重量单位)废焦沫40，粘土34，高铝矾土19，沥青粉6，蒽油3，三聚磷酸钠0．25，蓝晶石5，水18。
原料粒度为废焦沫6mm，粘土180目，高铝矾土0．5-3mm，沥青粉＜1mm，蓝晶石150目实施例2原料配比为(重量单位)废焦沫43，粘土30，高铝矾土16，沥青粉6，硅油3．5，三聚磷酸钠0．3，蓝晶石6．5，水14。
原料粒度为废焦沫≤4mm，粘土150目，高铝矾土1-3mm，沥青粉≤1mm，蓝晶石170目。
实施例3原料配比为(重量单位)废焦沫49，粘土25，高铝矾土15，沥青粉8，蒽油2，三聚磷酸钠0．45，蓝晶石4，水16。
原料粒度为废焦沫≤3mm，粘土150目，高铝矾土1-3mm，沥青粉≤0．5mm，蓝晶石170目。
实施例4原料配比为(重量单位)废焦沫45，粘土25，高铝矾土20，沥青粉8，蒽油2，三聚磷酸钠0．4，蓝晶石4，膨润土3，水17。
原料粒度为废焦沫≤1mm，粘土200目，高铝矾土1-3mm，沥青粉≤1mm，蓝晶石180目，膨润土200目。
实施例5原料配比为(重量单位)废焦沫50，粘土28，高铝矾土15，沥青粉7，硅油4，三聚磷酸钠0．48，蓝晶石6．5，膨润土2，水18。
原料粒度为废焦沫≤0．5mm，粘土180目，高铝矾土1-3mm，沥青粉≤0．1mm，蓝晶石200目，膨润土180目。
上述各实施例炮泥的制备方法，依次经破碎及筛分、预混、混练、困泥工序，即可制得本发明炮泥。
破碎及筛分将原料按所要求的粒度进行破碎，筛取筛下物；
预混将筛取的蓝晶石粉、三聚磷酸钠、沥青粉按上述配比混配并搅拌均匀，制成预混粉；混练向碾泥机中依次按上述重量加入废焦沫、高铝矾土、粘土和上述预混粉，然后加入上述水量的2／3，混练5分钟后，继续加入蒽油或硅油，混练3分钟，再加入剩余的水，混练10分钟；困泥将碾好的炮泥放入省泥池中困料，省泥池湿度大于80％，温度不低于10℃，困料时间不低于30小时。
权利要求
1．一种低水高炉铁口炮泥，其特征在于所述炮泥的原料配比为(重量单位)废焦沫40-50，粘土25-30，高铝矾土15-20，沥青粉6-8，有机减水剂2-4，无机减水剂0．2-0．5，蓝晶石4-7，水14-18。
2．根据权利要求1所述之低水高炉铁口炮泥，其特征在于所述炮泥的原料粒度为废焦沫≤6mm，粘土150-200目，高铝矾土0．5-3．0mm，蓝晶石150-200目，沥青粉≤1mm，无机减水剂≤150目。
3．根据权利要求1或2所述之低水高炉铁口炮泥，其特征在于所述有机减水剂为蒽油或硅油。
4．根据权利要求1或2所述之低水高炉铁口炮泥，其特征在于所述无机减水剂为三聚磷酸钠。
5．根据权利要求1或2所述之低水高炉铁口炮泥，其特征在于所述原料中还可以加入膨润土＜4个重量单位。
6．一种低水高炉铁口炮泥的制备方法，依次包括破碎及筛分、预混、混练、困泥工序，所述破碎及筛分工序，是将原料各组分进行破碎，筛取筛下物；所述困泥工序，是将碾好的炮泥放入省泥池中困料，省泥池湿度大于80％，温度不低于10℃，困料时间不低于30小时；其特征在于，所述预混工序，是将筛取的蓝晶石粉4-7、无机减水剂0．2-0．5、沥青粉6-8(重量单位)混配并搅拌均匀，制成预混粉；所述混练工序，是向碾泥机中依次加入(均为重量单位)废焦沫40-50、高铝矾土15-20、粘土25-30和上述预混粉，加水9．5-12混练5分钟后，继续加入有机减水剂2-4混练3分钟，再加入剩余的水4．5-6，混练10分钟。
7．根据权利要求6所述之低水高炉铁口炮泥的制备方法，其特征在于，所述炮泥的原料粒度为废焦沫≤6mm，粘土150-200目，高铝矾土0．5-3．0mm，蓝晶石150-200目，沥青粉≤1mm，无机减水剂≤150目。
8．根据权利要求6所述之低水高炉铁口炮泥的制备方法，其特征在于，所述有机减水剂为蒽油或硅油，无机减水剂为三聚磷酸钠。
9．根据权利要求6所述之低水高炉铁口炮泥的制备方法，其特征在于，所述原料中还可以加入膨润土＜4个重量单位。
全文摘要
一种低水高炉铁口炮泥及其制备方法,其原料配比为(重量单位):废焦末40—50,粘土25—30,高铝矾土15—20,沥青粉6—8,有机减水剂2—4,无机减水剂0.2—0.5,蓝晶石4—7,水14—18。制备方法依次包括破碎及筛分、预混、混炼、困泥工序。以工业废弃物废焦末为主要原料,大大降低了生产成本。本发明炮泥既具有良好的可塑性,又具有优良的高温强度及耐机械冲刷、耐化学侵蚀性能,满足高炉炼铁大风高产的需要,工艺简单,具有显著的经济效益。
文档编号C04B35/06GK1290671SQ0013024
公开日2001年4月11日 申请日期2000年11月2日 优先权日2000年11月2日
发明者刘更寅, 张保全, 常瑞欣, 段庆福, 温利军, 候瑞存, 胡连菊, 王吉平, 李占武 申请人:石家庄钢铁有限责任公司