一种多铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法
技术领域
本发明属于高炉用耐火材料技术领域，具体涉及一种多铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法。
背景技术
高炉炼铁是当今世界上最主流的冶炼方式，从整个钢铁生产流程看，炼铁工序的成本约占50％，能耗约占70％。随着冶炼技术装备水平的不断提高和对高炉综合能耗的要求，稳定高产、低耗长寿、节能环保的大型高炉已成为炼铁发展的必然趋势。目前中国大陆地区投产或在建4000m3以上高炉已经超过23座，随着高炉容积越来越大，相应的每座高炉每天的产铁量不断增加，出铁口的数目也逐渐增多，两个或两个以上铁口连续交替出铁的大型高炉越来越多。炮泥作为高炉运行过程中用来堵塞出铁口的关键耐火材料，其质量和性能的优劣直接影响到高炉的安全运转；与此同时，高风温、富氧喷煤、高风压、低硅冶炼等高冶炼强度技术的不断推广对炮泥的使用提出更高的要求，不仅要求长时间出铁、铁口深度稳定，有利于保护出铁口附近的炉墙，而且要求铁孔通道炮泥渗铁渣、断漏几率极低
然而纵观现有的多铁口高炉用无水炮泥主要是以矾土、棕刚玉类作为骨料，辅以塑性基质材料或者结合剂混碾而成，往往存在配方匹配不合理、耐火性能差、强度偏低、抗渣侵蚀性差、耗泥量大、铁口难维护等问题；此外，其结合剂一般采用传统煤焦油、蒽油或煤沥青，由于这些煤系产品中的苯并a芘含量从5000mg/kg～12000mg/kg不等，因此在炮泥生产和使用过程中污染比较大，常会冒出大量的有毒黄烟，烟尘中苯并a芘含量更高达1000mg/kg，不仅严重污染环境，使得工作条件更加恶劣，难以满足新形势下节能环保的发展需求，而且苯并a芘更是世界公认的致癌物质之一，还会严重威胁到工人健康。
基于此，开发一种性能优良、安全环保、耗泥量少的多铁口高炉用无水炮泥具有十分重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是要提供一种铁口深度稳定、易打泥、好开口、抗冲刷、苯并芘含量低，且使用时耗泥量少的多铁口高炉用环保无水炮泥及其制备方法。
本发明提供了一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由包括以下质量百分含量的原料配制而成：
骨料38％～45％；
粉料40％～47％；
复合结合剂10％～16％；
具体的，所述骨料为再生滑板料、叶腊石、炭素焙烧碎料、陶瓷窑棚板颗粒混合而成，其粒度由大于0.074mm且小于或等于1mm和大于1mm且小于或等于3mm的两种颗粒级配组成，质量百分比为30～40％∶70～60％。
优选的，所述再生滑板料为大型钢包用后滑板料，来源于300吨及以上钢包用后下线的滑板经拣选、去壳、粗破、磁选、细破、分级制得，所述再生滑板料中Al2O3含量≥80.00wt％，C+SiC含量≥10.00wt％，Fe2O3含量≤1.00wt％，所述再生滑板料的粒度由大于0.074mm且小于或等于1mm和大于1mm且小于或等于3mm的两种颗粒级配组成，质量百分比为30～40％∶70～60％。
优选的，所述叶腊石中SiO2含量≥80.00wt％，Al2O3含量为10.00～15.00wt％，其粒度由大于0.074mm且小于或等于1mm和大于1mm且小于或等于3mm的两种颗粒级配组成，质量百分比为30～40％∶70～60％。
优选的，所述炭素焙烧碎料选自炭素制品焙烧后经质量检查不合格的残废品或焙烧半成品加工时产生的切削碎屑，所述炭素焙烧碎料粒度≤2mm，固定碳含量≥90.0wt％，由于上述工序收集的焙烧碎料密度和强度较大，从而在加工成炮泥所需粒度，可有效增强炮泥结合强度。
优选的，所述陶瓷窑棚板颗粒选自陶瓷工业窑炉用后拆除的氧化硅结合碳化硅、碳化硅结合碳化硅或氮化硅结合碳化硅的棚板料，其中SiC+Si+Si3N4含量≥85.00wt％，颗粒粒度≤2mm。
具体的，所述粉料粒度小于0.074mm，所述粉料由粘土、氮化硅铁、氮化硅结合碳化硅砖粉、绿碳化硅微粉、白刚玉粉以及添加剂混合而成。
优选的，所述粘土选自广西球粘土，其粒度≤0.044mm，Al2O3含量≥32.00wt％，Fe2O3含量≤1.00wt％。
优选的，所述氮化硅铁粒度≤0.074mm，其中Si3N4含量≥75.00wt％，Fe含量为10.00～15.00wt％。
优选的，所述氮化硅结合碳化硅砖粉选自钢铁工业用后拆除的残衬经挑选、破碎、磁选、加工制得，其粒度≤0.044mm，SiC+Si3N4含量≥80.00wt％。
优选的，所述绿碳化硅微粉选自绿碳化硅成品加工过程中回收的抽尘粉，其粒径d50＝5μm，SiC含量≥95.0wt％。
优选的，所述白刚玉粉粒度≤0.044mm，其中Al2O3含量≥99.00wt％，Na2O含量≤1.00wt％。
优选的，所述添加剂粒度≤0.088mm，主要化学成分为Al2O3、SiO2、C、Al、Si、S和B2O3。
具体的，所述复合结合剂为液体结合剂，由Carbores%20T60、Carbores%20T10、环保蒽油、Carbores%20P和润湿剂混合而成，所述复合结合剂的苯并a芘含量小于150mg/kg，水分含量≤1.0％，且在60℃的运动粘度为100～250厘泊，800℃×7min检测残炭值大于30.0wt％。
具体的，所述复合结合剂按质量百分含量计，各原料组成为：
具体的，所述环保蒽油为河南或山西的脱晶蒽油经活性炭滤网脱除苯并芘后在280～360℃中某一温度点的馏出物。
具体的，所述润湿剂为德国司马化工生产的Glydol N 1003。
本发明还提供了如前文所述的多铁口高炉用环保无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取各原料，首先将Carbores T60、Carbores T10、环保蒽油、CarboresP和润湿剂投入到120℃的反应釜中混合搅拌8h，制得复合结合剂，备用；将粘土、氮化硅铁、氮化硅结合碳化硅砖粉、绿碳化硅微粉、白刚玉粉以及添加剂原料混合均匀制得粉料，备用；
(2)将其余原料加入到电油加热行星式混碾机内混合3min，然后加入上述制得的粉料进行搅拌混合搅拌5min，最后加入温度保持在60±5℃的复合结合剂混合搅拌40min，制得混合泥料，待混合泥料温度达到65±5℃，取样检测马夏值；
(3)马夏值测量合格后进行出料，然后采用挤泥机挤出成型，切割包装得炮泥产品。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明配料匹配科学合理，原料中包含多种再生耐火材料和含碳原料，不仅有利于节能环保，资源高效利用，降低生产成本，而且还大大提高了炮泥的耐火性能、抗侵蚀性能和烧结强度；通过多元原料复合改善结合剂性能，在保证炮泥产品的质量和性能的同时，又使得炮泥产品在生产和使用时更加安全环保。
2.本发明提供的复合结合剂由Carbores T60、Carbores T10、环保蒽油、CarboresP和润湿剂混合而成，苯并a芘含量小于150mg/kg，水分含量≤1.0％。与传统的炮泥结合剂相比，本发明提供的复合结合剂的使用量更少，制得的炮泥产品使用时污染更低，而复合结合剂中添加的润湿剂更有利于减少各颗粒之间的摩擦，增加炮泥的可塑性和稳定性，由检测结果可知本发明制得的炮泥产品中苯并a芘含量小于25mg/kg，远低于行业标准《高炉用无水炮泥》YB/T4196-2018规定的100mg/kg，从而使得生产加工过程中不产生挥发性气体，无刺激性气味，开口出铁时无喷溅无浓烟黄烟，不仅有利于改善高炉生产区域环境，而且保证了作业人员的身体健康。
3.实验证明，本发明提供的环保无水炮泥在多个多铁口大型高炉上使用时，操作方便，干燥速度适中、蠕动性和填充性好，好打泥，易开口，铁口深度稳定，出铁时间长，能够较好维护铁口区域炉墙；同时抗冲刷、抗渣性能稳定，漏铁口、断铁口概率低，且其吨铁炮泥消耗量低(吨铁小于0.5kg)，产品性价比高，具有较好的市场前景。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例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。
以下实施例中，所述再生滑板料为大型钢包用后滑板料，来源于300吨及以上钢包用后下线的滑板经拣选、去壳、粗破、磁选、细破、分级制得，所述再生滑板料中Al2O3含量≥80.00wt％，C+SiC含量≥10.00wt％，Fe2O3≤1.00wt％；所述叶腊石中SiO2含量≥80.00wt％，Al2O3含量为10.00～15.00wt％；所述炭素焙烧碎料选自炭素制品焙烧后经质量检查不合格的残废品或焙烧半成品加工时产生的切削碎屑，所述炭素焙烧碎料粒度≤2mm，固定碳含量≥90.00wt％；所述陶瓷窑棚板颗粒选自陶瓷工业窑炉用后拆除的氧化硅结合碳化硅、碳化硅结合碳化硅或氮化硅结合碳化硅的棚板料，其中SiC+Si+Si3N4含量≥85.00wt％，颗粒粒度≤2mm；所述粉料粒度小于0.074mm；所述粘土选自广西球粘土，其粒度≤0.044mm，Al2O3含量≥32.00wt％，Fe2O3含量≤1.00wt％；所述氮化硅铁粒度≤0.074mm，其中Si3N4含量≥75.00wt％，Fe含量为10.00～15.00wt％；所述氮化硅结合碳化硅砖粉选自钢铁工业用后拆除的残衬经挑选、破碎、磁选、加工制得，其粒度≤0.044mm，SiC+Si3N4含量≥80.00wt％；所述绿碳化硅微粉选自绿碳化硅成品加工过程中回收的抽尘粉，其粒径d50＝5μm，SiC含量≥95.00wt％；所述白刚玉粉粒度≤0.044mm，其中Al2O3含量≥99.00wt％，Na2O含量≤1.00wt％；所述添加剂粒度≤0.088mm；所述复合结合剂为液体结合剂，所述复合结合剂的苯并a芘含量小于150mg/kg，水分含量≤1.0％，其在60℃的运动粘度为100～250厘泊，800℃×7min检测残炭值大于30.0wt％；所述润滑剂为德国司马化工生产的Glydol N1003。所述添加剂化学成分典型值为：Al2O3为22.33wt％，SiO2为4.06wt％，C为30.87wt％，Al为12.81wt％，Si为12.62wt％，S为10.54wt％，B2O3为6.77％。
实施例1
一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由骨料、粉料和复合结合剂组成，其中骨料、粉料和复合结合剂的质量比为43∶41.7∶15.3，按照质量百分含量计，各原料组成为：
其中，所述复合结合剂，按质量百分含量计，各原料组成为：
一种多铁口高炉用环保无水炮泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方称取各原料，首先将Carbores T60、Carbores T10、环保蒽油、CarboresP和润湿剂投入到120℃的反应釜中混合搅拌8h，制得复合结合剂，备用；将粘土、氮化硅铁、氮化硅结合碳化硅砖粉、绿碳化硅微粉、白刚玉粉以及添加剂原料混合均匀制得粉料，备用；
(2)将其余原料加入到3000型电油加热行星式混碾机内混合3min，然后加入上述制得的粉料进行搅拌混合搅拌5min，最后加入温度保持在60℃的复合结合剂混合搅拌40min制得混合泥料，待混合泥料温度达到65℃取样检测马夏值；
(3)马夏值测量合格后进行出料，然后采用挤泥机挤出成型，切割包装得炮泥产品。
(4)检测上述制得的炮泥产品的理化性质及应用性能见表1。
将本实施例1制得的炮泥产品在国内某铸造企业容积为2000m3，设置有3个出铁口的高炉上使用，风压380～390KPa，顶压210～220KPa，日产铁水5500吨，炮泥使用后，出铁时间平均112min，铁口深度维持在2.9～3.1米，每炉打泥量220±10kg，日平均出铁次数由13炉降至12炉。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由骨料、粉料和复合结合剂组成，其中骨料、粉料和复合结合剂的质量比为45∶40.2∶14.8，按照质量百分含量计，各原料组成为：
其中，所述复合结合剂，按质量百分含量计，各原料组成为：
将本实施例2制得的炮泥产品在国内某铸造企业容积为2280m3，设置有3个出铁口的高炉上使用，风压420～430KPa，顶压210～220KPa，日产铁水5800～6000吨，出铁平均间隔30min，炮泥使用后，铁口深度维持在3.0～3.2米，每炉打泥量约250kg，日出铁次数由11炉降至9.6炉。打开铁口无潮泥喷溅，开口5min内铁流成束，出铁结束见风缓慢。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由骨料、粉料和复合结合剂组成，其中骨料、粉料和复合结合剂的质量比为45∶41.42∶13.6，按照质量百分含量计，各原料组成为：
其中，所述复合结合剂，按质量百分含量计，各原料组成为：
将本实施例3制得的炮泥产品在国内某铸造企业容积为2680m3，设置有3个出铁口的高炉上使用，风压380～390KPa，顶压215～225KPa，日产铁水6700吨，炮泥使用后，铁口深度维持在3.0～3.3米，每炉打泥量约230kg左右，日出铁次数由12降至11炉。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由骨料、粉料和复合结合剂组成，其中骨料、粉料和复合结合剂的质量比为45∶42.3∶12.7，按照质量百分含量计，各原料组成为：
其中，所述复合结合剂，按质量百分含量计，各原料组成为：
将本实施例4制得的炮泥产品在国内某钢铁企业容积为3200m3，设置有4个出铁口的高炉上使用，风压410～420KPa，顶压230～250KPa，风量5400～5600m3/min，日产铁水7600吨，炮泥使用后，半年内平均出铁时间165min，出铁次数10炉，铁口深度3.4～3.6米，每炉打泥量约300kg。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，一种多铁口高炉用环保无水炮泥，由骨料、粉料和复合结合剂组成，其中骨料、粉料和复合结合剂的质量比为43∶46.6∶10.4，按照质量百分含量计，各原料组成为：
其中，所述复合结合剂，按质量百分含量计，各原料组成为：
将本实施例5制得的炮泥产品在国内某钢铁企业容积为4070m3，设置有4个出铁口的高炉上使用，风压400～410KPa，顶压240～250KPa，风量6700m3/min，日产铁水9400吨，3号铁口使用本实施例炮泥产品一个月时间内，平均出铁时间由155min提高至185min，平均每炉打泥量426kg，单炉平均出铁量1054吨。
对比例
按照实施例1-5确定的配比，设置对比例1-5，控制相同或相似马夏值，以传统煤焦油、蒽油和煤沥青为结合剂原料，对比例1-5制得的炮泥产品的理化性能参数如表2所示。
效果评价
表1为本发明实施例1-5制得的炮泥产品理化性质及应用统计结果
表2为对比例1-5制得的炮泥产品理化性能
由表1和表2可知，本发明制得的炮泥产品理化性能优良，苯并a芘含量均小于25mg/kg，实施例5中制得炮泥产品苯并a芘含量最低，只有17.7mg/kg，远低于行业标准《高炉用无水炮泥》YB/T4196-2018规定的100mg/kg，因此本发明制得的炮泥产品更加安全环保无污染，而且更有利于改善高炉生产区域的环境以及保证作业人员的身体健康，此外，本发明制得的炮泥产品应用在多个多铁口高炉生产中吨铁消耗小于0.5kg，耗泥量更少。传统结合剂制作的炮泥，生产碾制过程会产生挥发性刺激气味，使用过程中也会产生大量高苯并芘浓度的烟雾。润湿性较环保结合剂差，造成炮泥中结合剂比例高。且传统结合剂多为混合物，质量波动大，制得的炮泥稳定性差，发往现场后炮泥吨铁耗用较高。故本发明制得的炮泥产品质量稳定、环保安全、性价比高。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实+施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
