CN113149665B - 一种高炉用环保结合剂及炮泥 - Google Patents

一种高炉用环保结合剂及炮泥 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高炉用环保结合剂及炮泥，所述高炉用环保结合剂由常压条件下煤焦油的低温馏分油和高温馏程沥青组成，所述低温馏分油的馏程温度为400℃以下，所述高温馏程沥青为煤焦油经过500℃以上温度蒸馏后的残渣。本发明提供了一种高炉用环保结合剂及炮泥，本发明提供的环保结合剂中3,4‑苯并芘的含量小于50ppm，有效解决了使用煤焦油作为结合剂造成的毒害及污染问题或是采用树脂作为结合剂造成的保质期短、实用性差问题，且不会影响炮泥的使用性能，得到了可大范围推广应用的炮泥。

Description

一种高炉用环保结合剂及炮泥
技术领域
本发明涉及炼铁***用耐火材料技术领域，尤其涉及一种高炉用环保结合剂及炮泥。
背景技术
炮泥是高炉炼铁***用耐火材料，当高炉出铁完毕后，需要用炮泥将铁口堵住，然后继续进行冶炼。随着高炉冶炼不断强化和高炉日益大型化，对高炉出铁口用炮泥的要求也越来越高。如果炮泥质量较差就会产生一系列问题，如潮铁口、断铁口、浅铁口等，影响正常生产，甚至造成人身安全事故。因此要求炮泥应具有以下性能：(1)可塑性和粘结性好，容易挤进铁口并填满缝隙和裂纹；(2)气孔率合适，便于排除水分；(3)体积稳定性好，在烧结的过程中不发生收缩；(4)具有合适的高温强度，不仅开口性能要好，容易开口，而且耐渣性好，抗冲刷、耐铁水侵蚀性能好。
炮泥组成可分为两部分——耐火骨料和结合剂，其中耐火骨料指刚玉、莫来石、焦宝石等耐火原料和焦炭、云母等改性材料，结合剂为水或焦油和酚醛树脂等有机材料。以水作结合剂的称为有水炮泥，以焦油、树脂等有机材料作结合剂的称为无水炮泥。有水炮泥因加水量较高，出铁过程中遇高温铁水后炮泥中水分会大量挥发出来，容易引起铁水喷溅，即潮铁口现象；而且由于高炉产量的提高，渣铁流量增大，易冲刷成喇叭口等缺陷。因此，无水炮泥是目前最为常用的。
但是，以焦油作为结合剂的无水炮泥，在加热过程中会产生烟雾，释放出大量有机烟气，其中含有较多苯并芘，3，4-苯并芘是一种极强的致癌物质，有研究表明：空气中苯并芘含量每增加1％，造成的肺癌死亡率增加5％，而且还会产生极难闻的气味，恶化工作环境，严重影响炉前工人身体健康。即使有些文献报道了采用焦油和蒽油的混合物作为结合剂，但由于焦油的占比仍不少，因此并未很好地解决苯并芘含量高的问题。
而采用树脂作为结合剂的无水炮泥，虽然可改善作业环境，解决污染问题，但成本大大提高，且炮泥固化快，保质期较短，从而实用性较差。例如中国专利申请CN101580397A公开了一种低苯并芘含量的高炉炮泥，其中使用含碳树脂及含碳树脂溶剂作为结合剂，炮泥中苯并芘含量不超过1000ppm。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高炉用环保结合剂及炮泥。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种高炉用环保结合剂，由常压条件下煤焦油的低温馏分油和高温馏程沥青组成，所述低温馏分油的馏程温度为400℃以下，所述高温馏程沥青为煤焦油经过500℃以上温度蒸馏后的残渣。
针对采用焦油作为结合剂带来的污染问题，现有的改进方法一种是采用树脂，另一种是降低焦油的使用量，将焦油与沥青或蒽油等组分复合使用。如前所述，采用树脂保质期短、成本高，不宜推广。而将焦油与其它组分复合使用治标不治本，焦油中的苯并芘仍然存在，污染问题并未很好地解决，而且甚至会影响炮泥的性能。于是有人提出将焦油经脱水脱盐后，在臭氧下进行空气搅拌，之后通过含活性炭滤网脱除苯并芘，但该脱除苯并芘的步骤较为繁琐，增加了生产成本。本发明研究发现，将400℃以下的煤焦油馏分油和经过500℃以上温度蒸馏后的高温馏程沥青复合作为结合剂，其中3，4-苯并芘的含量小于50ppm，有效解决了使用煤焦油作为结合剂造成的毒害及污染问题，且不会影响炮泥的使用性能，取得了预料不到的技术效果。
本发明所述低温馏分油包括轻油、酚油、萘油、洗油和一蒽油等。轻油是煤焦油常压蒸馏切取的馏程为170℃前的馏出物，产率为无水煤焦油的0.4-0.8％。酚油是煤焦油常压蒸馏切取的170-210℃馏出物，产率为无水煤焦油的1.4-2.3％。萘油是煤焦油常压蒸馏切取的馏程为210-230℃的馏出物，产率为无水煤焦油的11-13％。洗油是煤焦油常压蒸馏切取的馏程为230-300℃的馏出物，产率为4.5-6.5％。一蒽油是煤焦油常压蒸馏切取的馏程为300-330℃的馏出物，产率为无水煤焦油的14-20％。
进一步地，所述低温馏分油与所述高温馏程沥青的质量比为0.5～1.5:1。在此比例下，所得结合剂不仅环保无污染，而且粘度等指标满足制备得到强度、气孔率等各性能较优的炮泥。
本发明还提供一种高炉用炮泥，包括本发明所述的高炉用环保结合剂。采用本发明所述环保结合剂的炮泥，使用过程中无黑色烟雾冒出，将污染和对人体健康损害降到最低，且成本较低，可大范围推广应用。
在本发明的优选实施方式中，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：耐火原料20～40份、碳化硅15～30份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石5～15份和所述环保结合剂16～20份。
优选地，所述耐火原料包括焦宝石、矾土料、刚玉类中的一种或多种，其中粒度大于0.088mm的粒状材料质量占比为10％～20％，其余为粉状材料。
所述碳化硅由质量占比为10％～18％的粒度大于0.088mm的粒状材料和余量的粉状材料组成。
所述焦炭粒度大于0.088mm。
所述叶腊石粒度小于0.088mm。
进一步地，当高炉容积小于1000m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：焦宝石20～40份、90碳化硅15～20份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石8～15份和所述环保结合剂16～20份。
当高炉容积为1000～2500m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：矾土料20～35份、90碳化硅15～20份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石10～15份和所述环保结合剂16～20份。
当高炉容积大于2500m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：刚玉类25～40份、97碳化硅20～30份、黏土5～10份、焦炭15～20份、广西泥10～15份、叶腊石5～15份和所述环保结合剂16～20份。
本发明还提供上述高炉用炮泥的制备方法，包括：
按比例称取颗粒状的耐火原料、碳化硅、焦炭，混合均匀记为A料；按比例称取粉状的耐火原料、黏土、碳化硅、广西泥、叶腊石，混合均匀记为B料；
将A料放入预热后的搅拌机中，加入质量百分比为10～16％的环保结合剂搅拌3～5min；再加入B料和3～5％的环保结合剂搅拌40～50min后，碾泥至马夏值符合要求后，用真空挤泥机挤出，密封包装备用。其中所述环保结合剂的加入量以A料和B料的总和为基准。
本发明提供了一种高炉用环保结合剂及炮泥，本发明提供的环保结合剂中3，4-苯并芘的含量小于50ppm，有效解决了使用煤焦油作为结合剂造成的毒害及污染问题或是采用树脂作为结合剂造成的保质期短、实用性差问题，且不会影响炮泥的使用性能，得到了可大范围推广应用的炮泥。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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作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。
若无特别说明，本发明实施例所涉及原料均可通过市售获得。
实施例1
本实施例提供一种高炉用炮泥，其由以下重量份的组分组成：焦宝石27份、90SiC18份、黏土6份、焦炭(粒度＞0.088mm)21份、广西泥16份、叶腊石(粒度＜0.088mm)12份和环保结合剂20份。
其中，环保结合剂由煤焦油在常压下，400℃以下的低温馏分油和经过500℃以上温度蒸馏后的高温馏程沥青按质量比1:1组成，该环保结合剂中3，4-苯并芘的含量小于50ppm。
焦宝石中粒度＞0.088mm的粒料占比为16％，余量为粉状材料。
90SiC中粒度＞0.088mm的粒料占比为10％，余量为粉状材料。
本实施例还提供上述高炉用炮泥的制备方法，具体如下：
按比例称取颗粒状的焦宝石、碳化硅和焦炭，混合均匀记为A料；
按比例称取粉状的焦宝石、粘土、碳化硅、广西泥和叶腊石，混合均匀记为B料；
将A料放入预热后的搅拌机中，加入占A料和B料总和10～16wt％的环保结合剂搅拌3～5min；之后再依次加入B料和占A料和B料总和3～5wt％的结合剂搅拌40～50min后，碾泥过程中，取样检测马夏值，若马夏值偏高，则延长碾泥时间后再检测，直至马夏值符合要求，最后用真空挤泥机挤出，密封包装备用。
本实施例提供的炮泥更适合用于容积小于1000m3的高炉。
实施例2
本实施例提供一种高炉用炮泥，其由以下重量份的组分组成：85矾土料28份、90SiC 17份、黏土7份、焦炭(粒度＞0.088mm)18份、广西泥15份、叶腊石(粒度＜0.088mm)15份和环保结合剂18份。
其中，环保结合剂由煤焦油在常压下，400℃以下的低温馏分油和经过500℃以上温度蒸馏后的高温馏程沥青按质量比1:1组成，该环保结合剂中3，4-苯并芘的含量小于50ppm。
85矾土料中粒度＞0.088mm的粒料占比为14％，余量为粉状材料。
90SiC中粒度＞0.088mm的粒料占比为11％，余量为粉状材料。
本实施例还提供上述高炉用炮泥的制备方法，具体如下：
按比例称取颗粒状的矾土料、碳化硅和焦炭，混合均匀记为A料；
按比例称取粉状的矾土料、粘土、碳化硅、广西泥和叶腊石，混合均匀记为B料；
将A料放入预热后的搅拌机中，加入占A料和B料总和10～16wt％的环保结合剂搅拌3～5min；之后再依次加入B料和占A料和B料总和3～5wt％的结合剂搅拌40～50min后，碾泥过程中，取样检测马夏值，若马夏值偏高，则延长碾泥时间后再检测，直至马夏值符合要求，最后用真空挤泥机挤出，密封包装备用。
本实施例提供的炮泥更适合用于容积为1000～2500m3的高炉。
实施例3
本实施例提供一种高炉用炮泥，其由以下重量份的组分组成：棕刚玉25份、97SiC24份、黏土7份、焦炭(粒度＞0.088mm)15份、广西泥10份、叶腊石(粒度＜0.088mm)9份和环保结合剂16份。
其中，环保结合剂由煤焦油在常压下，400℃以下的低温馏分油和经过500℃以上温度蒸馏后的高温馏程沥青按质量比0.8:1组成，该环保结合剂中3，4-苯并芘的含量小于50ppm。
棕刚玉中粒度＞0.088mm的粒料占比为12％，余量为粉状材料。
97SiC中粒度＞0.088mm的粒料占比为11％，余量为粉状材料。
本实施例还提供上述高炉用炮泥的制备方法，具体如下：
按比例称取颗粒状的棕刚玉、碳化硅和焦炭，混合均匀记为A料；
按比例称取粉状的棕刚玉、粘土、碳化硅、广西泥和叶腊石，混合均匀记为B料；
将A料放入预热后的搅拌机中，加入占A料和B料总和10～16wt％的环保结合剂搅拌3～5min；之后再依次加入B料和占A料和B料总和3～5wt％的结合剂搅拌40～50min后，碾泥过程中，取样检测马夏值，若马夏值偏高，则延长碾泥时间后再检测，直至马夏值符合要求，最后用真空挤泥机挤出，密封包装备用。
本实施例提供的炮泥更适合用于容积大于2500m3的高炉。
对比例1
本对比例提供一种炮泥，与实施例1的区别在于用焦油替换环保结合剂。
对比例2
本对比例提供一种炮泥，与实施例2的区别在于用焦油替换环保结合剂。
对比例3
本对比例提供一种炮泥，与实施例3的区别在于用焦油替换环保结合剂。
性能测试
对上述各实施例和对比例提供的炮泥按照国标测定保存期、体积密度、耐压强度、线变化率、气孔率，结果如下：
表1采用不同结合剂的无水炮泥性能对比
Figure BDA0003011777640000081
结果表明：本发明的无水炮泥在使用性能上与对比例(现有的无水炮泥)相当，完全可以替代现有的无水炮泥，而且相较于现有的无水炮泥，由于本发明使用了环保结合剂，减少了苯并芘的含量，克服了其污染和对身体健康有害的缺陷，优化了其适用性和推广价值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高炉用环保结合剂，其特征在于，由常压条件下煤焦油的低温馏分油和高温馏程沥青组成，所述低温馏分油的馏程温度为400℃以下，所述高温馏程沥青为煤焦油经过500℃以上温度蒸馏后的残渣；
所述低温馏分油与所述高温馏程沥青的质量比为0.5～1.5:1。
2.一种高炉用炮泥，其特征在于，包括权利要求1所述的高炉用环保结合剂。
3.根据权利要求2所述的高炉用炮泥，其特征在于，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：耐火原料20～40份、碳化硅15～30份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石5～15份和所述环保结合剂16～20份。
4.根据权利要求3所述的高炉用炮泥，其特征在于，所述耐火原料包括焦宝石、矾土料、刚玉类中的一种或多种，其中粒度大于0.088mm的粒状材料质量占比为10％～20％。
5.根据权利要求3所述的高炉用炮泥，其特征在于，所述碳化硅由质量占比为10％～18％的粒度大于0.088mm的粒状材料和余量的粉状材料组成；
和/或，所述焦炭粒度大于0.088mm；
和/或，所述叶腊石粒度小于0.088mm。
6.根据权利要求3～5任一项所述的高炉用炮泥，其特征在于，高炉容积小于1000m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：焦宝石20～40份、90碳化硅15～20份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石8～15份、所述环保结合剂16～20份。
7.根据权利要求3～5任一项所述的高炉用炮泥，其特征在于，高炉容积为1000～2500m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：矾土料20～35份、90碳化硅15～20份、黏土5～10份、焦炭15～25份、广西泥10～20份、叶腊石10～15份、所述环保结合剂16～20份。
8.根据权利要求3～5任一项所述的高炉用炮泥，其特征在于，高炉容积大于2500m3，所述高炉用炮泥包括以下重量份的组分：刚玉类25～40份、97碳化硅20～30份、黏土5～10份、焦炭15～20份、广西泥10～15份、叶腊石5～15份、所述环保结合剂16～20份。
9.权利要求3～8任一项所述的高炉用炮泥的制备方法，其特征在于，包括：
按比例称取颗粒状的耐火原料、碳化硅、焦炭，混合均匀记为A料；按比例称取粉状的耐火原料、黏土、碳化硅、广西泥、叶腊石，混合均匀记为B料；
将A料放入预热后的搅拌机中，加入占A料与B料总和的质量百分比为10～16％的环保结合剂搅拌3～5min；再加入B料、占A料与B料总和的质量百分比为3～5％的环保结合剂搅拌40～50min后，碾泥至马夏值符合要求后，用真空挤泥机挤出，密封包装备用。
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