一种添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料及其制备方法

专利名称：一种添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过添加铝灰制备低成本高性能高炉出铁口用炮泥耐火材料的方法，属耐 火材料技术领域。
背景技术：
我国是世界钢铁产量大国，消耗大量的耐火材料。耐火材料在钢铁生产过程中对钢铁的 质量起着决定性作用。在保证钢材品种与质量要求的情况下，为了保证生产过程的稳定性， 耐火材料的长寿及低成本是使用者追求的目标。炮泥是一种应用于炼铁高炉出铁水口封堵出 铁口的耐火材料。迄今为止，国内外对炮泥的配方和性能进行了大量的研究工作，己经得到 很大发展。我国的大型高炉一般只设1个事故渣口和1 4个铁口，铁口每天排出的渣铁量很 多。要满足大型高炉对出铁口炮泥的质量要求，必须采用无水炮泥。无水炮泥一般由刚玉质 原料、碳化硅、氮化硅、焦粉、优质结合粘土等为主要原料，同时配加不同的外加剂，用蒽 油、洗油、焦油作结合剂。这种炮泥由于采用了优质高纯原料，并以碳质原料为结合剂，其 耐渣侵蚀性能良好，可使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。但因存在其配料严格，打泥压 力高，成本高，开铁口困难，单次打泥量大(中小型高炉每次打泥量为50 70kg，大型高炉为 400 500kg)，污染环境等一系列问题，给生产使用带来不利影响。特别是刚玉质原料和优质 结合粘土占成本很大比重，迫切需要降低成本。
铝灰是电解铝工业和铝材、铝制品生产过程中产生的固体废物中数量不小的部分，铝灰的 化学成分主要以A1203， Si02， MgO， Fe203， Na20， CaO和金属铝等为主，还有一些氮化物、 氯化物和硫化物等， 一般情况下，SiO2含量为0.5 30。/。、八1203含量为10 75%，其化学成分 的比例随着各生产厂家的原料及操作条件不同而略有不同变化。
铝灰通常被作为垃圾遗弃，既污染环境、又需要大量的处置场地、且处理费用高。随着工 业进程的发展，铝灰的生产量也越来越多。如何综合利用铝灰是一个世界范围的重要课题。目 前国内外铝灰的再生产利用主要集中在以下几个方面(l)冶金炉料复合脱硫剂主要以萤石、 石灰为主要原料，铝灰掺入量不超过40%，铁水经铝灰脱硫剂炉外脱硫，铁水中锰、硅、碳 有烧伤；(2)用于混凝土或建筑材料由于铝灰中含有金属铝，金属铝的水化产生气泡，导致 混凝土或建筑材料中内部产生气孔、膨胀使得内部结构疏松，强度降低，因而铝灰利用率不高;
(3)铝灰的回收主要是将铝灰和盐酸或硫酸反应生成铝盐，这种方法主要回收铝灰中的铝， 未能回收铝灰中的其他成分，同时也产生大量的废液；(4)铝酸钙产品采用水洗、蒸发、结 晶的方法分离出非金属产物，这种非金属产物主要包括大量铝的化合物和少量的含硅和镁的化 合物，除去非金属产物中的金属铝和氮化铝，加入CaO源，混合，煅烧呈铝酸钙产品；(5)耐火材料采用铝灰生产耐火材料，目前报道主要生产电熔棕刚玉等，但目前存在着局限性 一是需要铝灰中的Al203含量高；二是对铝灰成分的利用并不完全，浪费大。如生产棕刚玉和 镁铝尖晶石只利用了铝灰中的金属铝、氧化铝或金属铝、氧化铝和氧化镁。铝灰中含有一定量 的有用的成分Si02和A1N会被浪费掉。
从以上铝灰的综合利用可以看出，目前的几种利用途径存在工艺过程复杂、产生二次污 染、消耗大量能源、部分矿物成分浪费或工业化生产技术尚不成熟等问题。所以，研究发明 铝灰的综合利用具有重要的现实意义。同时，铝灰颗粒微细，比表面积大，易于与其它成分 反应形成新的物相。因此，铝灰可作为重要的无机非金属资源用于高温耐火材料等领域。

发明内容
本发明的目的是针对现有铝灰的综合增值利用和高炉出铁口用炮泥所用原料价格较高， 而导致成本较高的问题，提出一种高炉出铁口用炮泥耐火材料及其制备方法，通过在高炉出 铁口用炮泥中添加不同质量分数的铝灰，能够制备出具有优良的抗高炉渣性能和使用性能的 高炉出铁口用炮泥。
本发明提出的一种添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥耐火材 料含有适量的铝灰。
本发明提出的一种高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥以工业级刚玉颗粒 和细粉、碳化硅颗粒和细粉、中温沥青颗粒粉、苏州土或广西土细粉、焦炭粉为主要原料， 添加铝灰，以焦油、改性沥青和酚醛树脂为结合剂。
在上述高炉出铁口炮泥中，所述刚玉颗粒和细粉也可以为电熔致密刚玉、电熔白刚玉、 电熔棕刚玉或致密高铝矾土熟料。所述工业级刚玉颗粒和细粉中Al203含量大于80%，颗粒
大小为20mm，占总配料的25 65wt%;碳化硅颗粒和细粉中SiC含量大于90%,颗粒大小 为^3mm,占总配料5 20wtQ/。；中温沥青细粉的颗粒大小为S0.1mm)，占总配料的2 8wt%; 苏州土或广西土细粉的颗粒大小为S0.1mm，占总配料的8 25wt%;焦炭粉的颗粒大小为 50.1mm，占总配料的15 25wt%;铝灰中氧化铝含量大于30%，铝灰占总配料的0.1 40wt%。
在上述高炉出铁口炮泥中，所述铝灰可以是铝铸造工业、铝再生工业和电解铝工业等工 艺过程中产生的铝灰，铝灰中氧化铝的含量大于15wt%，其粒度小于1.0mm。
本发明提出的一种高炉出铁口用炮泥耐火材料，其制备方法是将各种原料按所述的比例 先进行配料，然后将配合料在搅拌机中搅拌，同时外加11 25wt^结合剂，再搅拌，经过真 空练泥机挤出，即为该高炉出铁口用炮泥耐火材料。
由于本发明中使用的铝灰中含有A1， A1203、 A1N、 MgAl204、 Si02等物相，其中铝灰中 的Ab03和Si02可以部分取代刚玉质原料和粘土原料的细粉；铝灰中的金属铝可起到防C氧 化的作用；.铝灰中的AlN和MgAb04由于具有较高的熔点、导热性好、热膨胀系数小，抗熔 融金属侵蚀和熔渣侵蚀的能力强，在炮泥中能够很好地起到抗熔渣侵蚀、耐冲刷、抗热震、高导热的作用。通过在高炉出铁口用炮泥中添加不同质量分数的铝灰，这样有效降低了高炉 出铁口用炮泥的成本，同时所制备的炮泥性能稳定，能够满足工业生产要求，对铝灰的综合 利用也开辟了新的应用途径。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明
本发明提出的一种高炉出铁口用炮泥耐火材料，其原料的配方和配比分别为所述工业 级刚玉原料(也可以为电熔致密刚玉、电熔白刚玉、电熔棕刚玉或致密高铝矾土熟料)的颗
粒和细粉(A1203含量大于80%，颗粒大小为^10mm)占总配料的25 65wt%;碳化硅颗粒 和细粉(SiC含量大于90%，颗粒大小为^3mm)占总配料5 20wt%;中温沥青细粉的颗粒 大小为50.1mm)，占总配料的2 8wtW;苏州土或广西土细粉的颗粒大小为^).lmm，占总配 料的8 25Wt%;焦炭粉的颗粒大小为^).lmm，占总配料的15 25wt%;铝灰(氧化铝的含 量大于15wt%，它可以是铝铸造工业、铝再生工业和电解铝工业等工艺过程中产生的铝灰， 其粒度小于l.Omm)占总配料的0.1 40wt%。
本发明首先将各种原料按所述的比例先进行配料，然后配合料搅拌2 10分钟后加外加 结合剂(结合剂可以为焦油、改性沥青和酚醛树脂，其用法可以是分别单独加入，也可以是 它们的混合物加入，三者之间的混合比例没有特殊要求，加入量为ll 25wt%)再搅拌10 30分钟后经过真空练泥机挤出，即可将该炮泥包装发运。在高炉出铁口现场使用时直接将炮 泥挤入到高炉出铁口内即可使用。
添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料的制备工艺流程为
原料—配料一搅拌机搅拌—添加结合剂—搅拌机搅拌—真空练泥机挤出4包装—发运—
用户—使用 实施例1 原料.
工业级刚玉原料的颗粒和细粉的质量要求为，八1203含量一般要大于98%,体积密度大于 3.4g/cm3，颗粒大小为^10mm。其中10 5mm的刚玉原料颗粒占总配料的5wt%， 5 3mm刚 玉原料颗粒占总配料的20wt%， 3 lmm刚玉原料颗粒占总配料的15wt%，小于lmm刚玉原 料颗粒占总配料的8wt%。工业级刚玉加入量占总配料的50wt%;
碳化硅颗粒和细粉的质量要求为，SiC含量要求大于97%,颗粒大小为S0.3mm，加入量 占总配料的12wt%;
中温沥青细粉(颗粒大小为SO.lmm)按照占总配料质量分数的5wty。；
苏州土或广西土细粉(颗粒大小为50.1mm)按照占总配料的10wt%;
焦炭粉(颗粒大小为^Umm)按照占总配料的17wt%;上海某铝厂的铝灰，其化学组成为(w) : A1203 18.02%, A1N 14.13%， Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，烧失量12.8%，其它2.43%， 粒度小于0.1mm，加入量占总配料的6wte/0。
将上述各种原料按本发明所述的比例先进行配料，然后配合料搅拌8分钟后外加焦油结 合剂(加入量为15wt%)再搅拌30分钟后经过真空练泥机挤出，即可将该炮泥包装发运。在 高炉出铁口现场使用时直接将炮泥挤入到高炉出铁口内即可使用。
试样的理化性能为200°C*24h体积密度2.05g/cm3， 1400°C*4h体积密度2.34g/cm3; 200°C*24h耐压强度11.8MPa， 1400°C*4h耐压强度47.3MPa， 1480°C*4h耐压强度53.4MPa; 200°C*24h抗折强度6.4MPa， 1400°C*4h抗折强度6.7MPa; 1480°C*4h抗折强度8.1MPa。
实施例2
原料
工业级棕刚玉原料的颗粒和细粉的质量要求为，Ab03含量一般要大于90。/。，体积密度大 于3.4g/cm3，颗粒大小为5lOmm。其中10 5mm的刚玉原料颗粒占总配料的7wt%， 5 3rnrn 刚玉原料颗粒占总配料的15wt%， 3 lmm刚玉原料颗粒占总配料的15wt%，小于lmm刚玉 原料颗粒占总配料的8wt%。工业级刚玉加入量占总配料的45wtM;
碳化硅颗粒和细粉的质量要求为，SiC含量要求大于90%,颗粒大小为^0.3mm，加入量 占总配料的10wt%;
中温沥青细粉(颗粒大小为^).lmm)按照占总配料的8wtQ/。；
苏州土或广西土细粉(颗粒大小为^Umm)按照占总配料的10wt%;
焦炭粉(颗粒大小为50.1mm)按照占总配料的15wt%;
上海某铝厂的铝灰，其化学组成为(w) : A120318.02%， A1N 14.13%, Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，烧失量12.8%，其它2.43%， 粒度小于O.lmm，加入量占总配料的12wt%。
将上述各种原料按本发明所述的比例先进行配料，然后配合料搅拌10分钟后加外加沥青 和酚醛树脂混合结合剂(沥青和酚醛树脂的质量比为h 1，总加入量为18wt%)再搅拌26 分钟后经过真空练泥机挤出，叫可将该炮泥包装发运。在高炉出铁口现场使用时直接将炮泥 挤入到高炉出铁口内即可使用。
试样的理化性能为200°C*24h体积密度1.89g/cm3， 1400°C*4h体积密度2.54g/cm3; 200。024h耐压强度10.5MPa， 1400°C*4h耐压强度44.5MPa， 1480°C*4h耐压强度48.2MPa; 200°C*24h抗折强度5.9MPa， 1400°C*4h抗折强度6.5MPa; 1480°C*4h抗折强度7.7MPa。
实施例3
原料致密高铝矾土熟料原料的颗粒和细粉的质量要求为，八1203含量一般要大于80%，体积密 度大于3.1g/em3，颗粒大小为^10mm。其中10 5mm的刚玉原料颗粒占总配料的6wt%， 5 3mm刚玉原料颗粒占总配料的12wt%， 3 lmm刚玉原料颗粒占总配料的10wt%，小于lmm 刚玉原料颗粒占总配料的7wt%。工业级刚玉加入量占总配料的35wt%;
碳化硅颗粒和细粉的质量要求为，SiC含量要求大于90%，颗粒大小为^0.3mm，加入量 占总配料的7wt%;
中温沥青细粉(颗粒大小为50.1mm)按照占总配料的5wtM;
苏州土或广西土细粉(颗粒大小为^Umm)按照占总配料的8wt。/。；
焦炭粉(颗粒大小为^).lmm)按照占总配料的20wt。/o;
上海某铝厂的铝灰，其化学组成为(w) : A1203 18.02%， A1N 14.13%， Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，烧失量12.8%，其它2.43%, 粒度小于0.1mm，加入量占总配料的25wtM。
将上述各种原料按本发明所述的比例先进行配料，然后配合料搅拌15分钟后加外加焦 油、沥青和酚醛树脂混合结合剂(三者加入质量比为h 1: 1，总加入量为22wt%)再搅拌 25分钟后经过真空练泥机挤出，即可将该炮泥包装发运。在高炉出铁口现场使用时直接将炮 泥挤入到高炉出铁口内即可使用。
试样的理化性能为20(TC*24h体积密度1.75g/cm3， 1400°C*4h体积密度2.42g/cm3; 200°C*24h耐压强度13.4MPa， 1400°C*4h耐压强度43.5MPa， 1480°C*4h耐压强度50.6MPa; 200°C*24h抗折强度6.4MPa， 1400°C*4h抗折强度6.7MPa; 1480°C*4h抗折强度6.8MPa。
权利要求
1、一种添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥耐火材料含有适量的铝灰，该铝灰可以是铝铸造工业、铝再生工业和电解铝工业等工艺过程中产生的铝灰。
2、 根据权利要求l所述的高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥耐火材料的组成中含有的铝灰占炮泥耐火材料总质量的0.1 40wt%。
3、 根据权利要求l所述的高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥耐火材料添加的铝灰中氧化铝的含量大于15wt%。
4、 根据权利要求l所述高炉出铁口用炮泥耐火材料，其特征在于该炮泥耐火材料添加的铝灰的粒度小于l.Omm。
全文摘要
一种添加铝灰的高炉出铁口用炮泥耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。本发明以工业级刚玉颗粒粉、碳化硅颗粒粉、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦炭粉为主要原料，添加适量铝灰，以焦油、改性沥青和酚醛树脂为结合剂，搅拌混合后通过真空练泥机挤出后即得高炉出铁口用炮泥。所述刚玉颗粒粉占总配料的25～65wt％，碳化硅颗粒粉占总配料的5～20wt％，中温沥青颗粒粉占总配料的2～8wt％，苏州土或广西土细粉占总配料的8～25wt％，焦炭粉占总配料的15～25wt％，铝灰占总配料的0.1～40wt％。本发明以铝灰中的Al₂O₃、SiO₂成分取代炮泥中的氧化铝质和硅质原料，降低了炮泥的成本，所制备的炮泥能够满足工业生产要求，同时也为铝灰的综合利用开辟了新的应用途径。
文档编号C04B35/66GK101654372SQ20091009257
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者刘艳改, 房明浩, 钱忠俊, 黄军同, 黄朝晖 申请人:中国地质大学(北京)