专利名称：一种添加粉煤灰合成的SiAlON的高炉用炮泥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过添加粉煤灰合成的SiAlON来制备高炉出铁口用炮泥及其制备方法，属耐火材料技术领域。
背景技术：
炮泥是一种高炉炼铁过程中用于封堵出铁口的耐火材料。随着冶炼技术的飞速发展，高炉大型化、长寿化、出铁时间的增长以及渣铁流量的增加等因素对出铁口用炮泥提出了更高的要求，要求炮泥的烧结性、体积稳定性、堵口和开口性能要好，同时具有抗渣、铁液冲刷和侵蚀，抗氧化等性能。Si3N4是一种性能优异的耐火材料，具有高强度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性，在高温工业得到了广泛应用。目前，高性能的出铁口用炮泥往往通过添加Si3N4来提高炮泥的抗渣铁侵蚀、抗热震等性能。SiAlON耐火材料是由Al2O3的Al、O原子部分置换Si3N4中的S1、N原子形成的一系列固溶体的总称。SiAlON耐火材料由于兼具了 Si3N4和Al2O3优异的物理化学性能，吸引了国内外材料研究人员的高度重视，是一种很有发展潜力的新型耐火材料，可替代Si3N4应用于冶金、机械、化工、航空航天等众多领域，并且具有更好的使用性能。目前，SiAlON材料的合成方式为高温氮化法，原料多采用合成原料如Al203、Si02、金属Si粉和Al粉，导致合成成本很高，使其难以作为常规的耐火材料或结构材料而获得大规模的工业应用。因此，降低SiAlON材料的生产成本，就成为SiAlON材料 发展的一个重要方向。粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料，随着电力工业的发展，粉煤灰排放量急剧增加，现阶段我国年排放量已达3000万吨，大量粉煤灰的堆置和弃用，给我国国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国是一个人均占有资源有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染且资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。由于粉煤灰的主要成分为SiO2和Al2O3,富含制备SiAlON材料所必需的S1、Al等元素，因此，考虑利用其为原料采用还原氮化的方法制备高附加值的SiAlON材料，一方面可以缓解大量废弃物堆积引起的环境等问题，另一方面也为制备低成本、高性能的SiAlON材料提供新的途径，具有重要的社会意义和经济效益。关于利用粉煤灰制备SiAlON材料已有如下专利报道。授权公告号为CN 1157347C的中国发明专利提供了一种低成本合成塞隆陶瓷粉料的方法，采用冶金炉渣或石灰石或粉煤灰工业废料，或廉价天然矿物为原料，通过添加金属硅粉、铝粉以及部分品种，自蔓延高温合成了 a-SiAlON粉末。授权公告号为CN 1181013C的中国发明专利提供了一种利用工业废渣原位合成塞隆复相材料的制备方法，利用工业固体废渣-粉煤灰与煤矸石为基础原料，掺入具有一定细度的粘土为结合剂，白刚玉，还原剂碳粉(硅粉)，原位氮化烧结制备塞隆复相材料。授权公告号为CN 1305808C的中国发明专利提供了一种自蔓延高温合成低成本复相α/β-塞隆粉体的制备方法，采用金属硅粉、金属铝粉、炉渣或某些天然矿物或者它们的混合物为原料，所述炉渣或天然矿物为冶金炉渣、粉煤灰粉、煤矸石、河砂、铝矾土、方解石、钙长石、白云石、石灰石、硅灰石、高岭土、蒙脱石、叶腊石、滑石、云母或稀土矿粉。公开号CN 101353256Α的中国发明申请提供了一种利用铝灰和粉煤灰合成SiAlON陶瓷粉体的方法，以铝灰和粉煤灰为主要原料，碳黑为还原剂，采用铝热碳热复合还原氮化工艺制备了 SiAlON粉体。以上专利仅对利用粉煤灰合成SiAlON材料进行了报道，但是对SiAlON材料的进一步应用并未涉及，尤其是将SiAlON材料应用到炮泥的制备中未有报道。经过对相关文献和专利检索查阅，还未发现利用粉煤灰合成的SiAlON材料作为原料来制备高炉出铁口用炮泥的公开发明专利。
发明内容
本发明的目的是针对现代高炉冶炼技术对出铁口用炮泥提出的更高要求，而提供一种添加粉煤灰合成的SiAlON的高炉用炮泥及其制备方法。将SiAlON材料作为原料用于炮泥的制备，提高炮泥的使用性能。本发明所使用SiAlON材料原料成本低，制备炮泥性能好，在获得闻性能炮泥的同时生广成本未有大幅提闻，该方法为低成本制备闻性能出铁口用炮泥开辟了新的途径。同时，利用工业废弃物粉煤灰为原料合成SiAlON材料，也为粉煤灰的综合利用提供了新的方式。本发明对资源综合利用和生态环境保护具有重要意义。本发明的技术方案是:一种添加粉煤灰合成的SiAlON的高炉用炮泥，该炮泥以工业级刚玉颗粒和细粉、碳化硅颗粒和细粉、焦炭粉、粘土细粉、浙青粉为主要原料，添加适量的由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，以焦油作为结合剂。在上述炮泥中，所述工业级刚玉颗粒和细粉可以为电熔白刚玉、电熔致密刚玉、电熔棕刚玉或高铝矾土熟料。在上述炮泥中，所述合成SiAlON用粉煤灰为燃煤电厂产出的粉煤灰，其Al2O3含量> 15%。上述炮泥中，各组分配比如下:工业级刚玉颗粒和细粉，Al2O3含量> 88%，颗粒大小< 8mm，质量百分含量为20 50% ;碳化硅颗粒和细粉，SiC含量> 90 %，颗粒大小(3mm，质量百分含量为10 25% ;焦炭粉，颗粒大小< 3mm，质量百分含量为10 20% ;粘土细粉，颗粒大小彡0.1mm,质量百分含量为10 25% ;浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,质量百分含量为5 10%;由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小< 0.1_，质量百分含量为I 25% ;结合剂焦油为外加，质量百分含量占总配料的15 20%。本发明还提出一种上述高炉用炮泥的制备方法，将上述各种组分按配比在搅拌设备中先混合搅拌5 10分钟后，外加入结合剂焦油，再搅拌25 40分钟，然后通过挤泥机挤出即可获得高炉用炮泥。本发明的有益效果是:1、所制备的炮泥具有优异的性能:(I)可塑性和粘结性好，容易挤进并填满铁口通道；(2)烧结性好，炮泥在短时间内就可以撤炮；(3)气孔率适宜，便于干燥时排出水分和气体；⑷高温体积收缩小，可减少炮泥开裂，降低渗铁率；(5)抗渣铁侵蚀和冲刷性能好，延长出铁时间，降低吨铁消耗；(6)开口性能良好。2、所使用SiAlON材料合成原料为工业废弃物粉煤灰，原料成本低，从而使得炮泥生产成本较低，在显著提升炮泥性能的同时生产成本未有大幅增加，本发明为低成本制备高性能炮泥开辟了一条新的途径。3、利用工业废弃物粉煤灰为原料合成SiAlON材料，也为粉煤灰的综合利用提供了新的方式。4、本发明具有重要的经济效益和社会效益。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述，下述各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。本发明在下述各实施例中炮泥的制备工艺流程相同，首先将各种原料按配比称量，加入到搅拌设备中混合搅拌5 10分钟后，外加入15 20%结合剂焦油，再搅拌25 40分钟，然后通过挤泥机挤出后包装即获得高炉用炮泥产品。实施例1，炮泥原料采用高铝矾 土熟料颗粒和细粉，Al2O3含量> 88%，颗粒大小(8mm, 50公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 19公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 10公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 10公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,10公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm, I公斤；结合剂焦油为外加，15公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。实施例2，炮泥原料采用高铝矾土熟料颗粒和细粉，Al2O3含量> 88%，颗粒大小(8mm, 28公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 20公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 20公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 15公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,7公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm, 10公斤；结合剂焦油为外加，17公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。实施例3，炮泥原料采用电熔棕刚玉颗粒和细粉，Al2O3含量> 95%，颗粒大小(8mm, 28公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 20公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 20公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 15公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,7公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm, 10公斤；结合剂焦油为外加，16公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。实施例4，炮泥原料采用电熔致密刚玉颗粒和细粉，Al2O3含量> 96%，颗粒大小(8mm, 35公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 25公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 10公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 15公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,10公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm，5公斤；结合剂焦油为外加，17公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。实施例5，炮泥原料采用电熔棕刚玉颗粒和细粉，Al2O3含量> 95%，颗粒大小(8mm, 30公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 15公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 15公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 20公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,5公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm, 15公斤；结合剂焦油为外加，18公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。
实施例6，炮泥原料采用电熔白刚玉颗粒和细粉，Al2O3含量> 99%，颗粒大小(8mm, 20公斤；碳化娃颗粒和细粉,SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm, 10公斤；焦炭粉,颗粒大小彡3mm, 15公斤；粘土细粉,颗粒大小彡0.1mm, 25公斤；浙青粉，颗粒大小彡0.1mm,5公斤；由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，SiAlON相含量> 60%，颗粒大小(0.1mm, 25公斤；结合剂焦油为外加，20公斤。炮泥产品的性能指标如表I所示。本发明所制备的高炉出铁口用炮泥的理化指标明显优于耐火材料行业标准《高炉用无水炮泥》(YB/T4196-2009)所规定的理化指标。表I实施例中炮泥广品的性能指标
权利要求
1.一种添加粉煤灰合成的SiAlON的高炉用炮泥，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、焦炭粉、粘土细粉、浙青粉为主要原料，添加适量的由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，以焦油作为结合剂。
2.根据权利要求1所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述工业级刚玉颗粒和细粉采用电熔白刚玉、电熔致密刚玉、电熔棕刚玉或高铝矾土熟料。
3.根据权利要求1所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述合成SiAlON用粉煤灰为燃煤电厂产出的粉煤灰，其Al2O3含量> 15%。
4.根据权利要求1-3中任一所述的高炉用炮泥，其特征在于:各组分按质量百分含量组成如下:所述工业级刚玉颗粒和细粉为20 50%，所述碳化硅颗粒和细粉为10 25%，所述焦炭粉颗粒为10 20%，所述粘土细粉为10 25%，所述浙青粉为5 10%，所述由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON为I 25% ;结合剂焦油为外加，质量百分含量占总配料的15 20%ο
5.根据权利要求4所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述工业级刚玉颗粒和细粉中Al2O3含量> 88%，颗粒大小彡8_。
6.根据权利要求5所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述碳化硅颗粒和细粉中SiC含量> 90%,颗粒大小< 3mm。
7.根据权利要求6所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述焦炭粉颗粒大小<3mm。
8.根据权利要求7所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述粘土细粉颗粒大小<0.1mm。
9.根据权利要求8所述的高炉用炮泥，其特征在于:所述浙青粉颗粒大小<0.1mm。
10.根据权利要求9所述 的高炉用炮泥，其特征在于:所述由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉中SiAlON相含量> 60%，颗粒大小彡0.1mm。
11.一种如权利要求1的高炉用炮泥的制备方法，其特征在于:将上述各种组分在搅拌设备中先混合搅拌5 10分钟后，外加入结合剂焦油，再搅拌25 40分钟，然后通过挤泥机挤出即可。
全文摘要
本发明提供一种添加粉煤灰合成的SiAlON的高炉用炮泥及其制备方法，该炮泥以工业级刚玉颗粒和细粉、碳化硅颗粒和细粉、焦炭粉、粘土细粉、沥青粉为主要原料，添加适量的由燃煤电厂排出粉煤灰合成的SiAlON细粉，以焦油作为结合剂。本发明的有益效果是1、所制备的炮泥具有优异的性能可塑性和粘结性好，烧结性好，气孔率适宜，高温体积收缩小，抗渣铁侵蚀和冲刷性能好，开口性能良好。2、所使用SiAlON材料合成原料为工业废弃物粉煤灰，原料成本低，从而使得炮泥生产成本较低。3、利用工业废弃物粉煤灰为原料合成SiAlON材料，也为粉煤灰的综合利用提供了新的方式。4、本发明具有重要的经济效益和社会效益。
文档编号C04B35/599GK103172389SQ20111043417
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者邱海龙, 刘兴平, 范咏莲, 赵军, 张正富, 陈博, 张雯文 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司, 中冶工程材料有限公司