CN1300341C

CN1300341C - 一种高炉出铁口用炮泥及其制备方法

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Publication number: CN1300341C
Application number: CNB2005100122230A
Authority: CN
Inventors: 赵凯; 黄军同; 刘睿; 杨景周; 刘艳改; 黄朝晖
Original assignee: China University of Geosciences Beijing
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: CN1718752A

Abstract

一种高炉出铁口用炮泥及其制备方法，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，添加适量高铝粉煤灰，以焦油为结合剂，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质量分数的20～70%，碳化硅颗粒粉占总配料质量分数的1～10%，苏州土或广西土细粉占总配料质量分数的7～30%，焦炭粉占总配料质量分数的15～30%，高铝粉煤灰占总配料质量分数的1～30%。本发明以高铝粉煤灰中的Al₂O₃、SiO₂成分取代炮泥中的氧化铝质和硅质原料，有效地降低了炮泥的成本，所制备的炮泥性能稳定，能够满足工业生产要求，同时也为粉煤灰的综合利用开辟了新的应用途径。

Description

一种高炉出铁口用炮泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种通过添加高铝粉煤灰制备低成本高性能高炉出铁口用炮泥的方法，属耐火材料技术领域。

背景技术

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。在高炉铁口用炮泥堵上时，出铁通道内要填充满炮泥，并在炉缸内形成泥包，使铁口维持足够的深度，出铁时要求炮泥维持稳定的孔径，出铁均匀；出完铁后要尽量避免大量熔融和半熔融的高温熔体粘液喷出。每天高炉的出铁口都要反复多次被打开和充填，炽热的铁水和渣液对铁口炮泥产生物理和化学侵蚀。如果炮泥质量差，使用时就会出现潮铁口、浅铁口、断铁口、跑大流、减压、放风、烧坏炉前设备等一系列问题，影响正常生产，甚至造成人身伤害事故。因此，要求铁口炮泥应具有下列性能：①可塑性和粘结性好，容易挤进并填满铁口通道：②气孔率适宜，便于干燥时排出水分和气体；③高温体积收缩小，可避免产生裂纹；④烧结性能好，强度高，耐冲刷和耐侵蚀；⑤开口性能良好，开口机钻口容易；⑥环境污染小；⑦具有高耐火度。

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，已经得到很大发展。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。

粉煤灰是大中型火力发电厂流化床锅炉大量排放的废弃物。它是由磨成一定细度的煤粉在流化床锅炉中经过高温燃烧后由收尘器收集到的细灰，国外称为飘灰或飞灰。它是一种具有活性的物质，其主要化学成分为二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、少量氧化铁(Fe₂O₃)和氧化钙(CaO)(煤燃烧时未加含钙的脱硫剂时氧化钙含量较小)。其中SiO₂和Al₂O₃含量最高，两者之和一般占60％以上，是粉煤灰的主要活性成分和耐高温成分。燃煤电厂每发一度电，约需标准煤300克，即产生粉煤灰约100克，每燃烧一吨原煤，能产生粉煤灰250～300公斤，燃煤发电每千瓦装机容量，年排灰量一吨左右，也就是说，装机容量为100万千瓦的燃煤发电厂，年排灰量可达100万吨。数量如此巨大的粉煤灰，有的被排入灰场，占据大量农田，有的被排入江河，对环境造成污染。冬季时，燃煤量上升，导致空气中飞灰增加，影响人的呼吸，危害人体健康。怎样解决如此大量的灰渣排放，消除危害，把粉煤灰经过再加工后得到增值利用，已经成为电力、环保和材料行业的一个重要课题。

我国大多数电厂都直接或间接地将粉煤灰用于生产，这样不但可减少土地占用，减轻环境污染，并且可节约资源，创造出一定的经济效益。粉煤灰可用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料，并成为水泥、混凝土的组分，而且可以用作生产水泥的原料，制造烧结砖、蒸压加气混凝土、泡沫混凝土、空心砌砖、烧结陶粒，铺筑道路；构筑坝体，建设港口，农田坑洼低地、煤矿塌陷区及矿井的回填；生产肥料、改良土壤等都有见到过报道。现阶段粉煤灰还有一些用途正处于研究开发中，例如：从粉煤灰中选铁、提取铝，把粉煤灰用于橡胶、塑料中作涂料，用于油漆、造纸中作填料或涂料，用粉煤灰处理污水；用粉煤灰生产泡沫玻璃，以粉煤灰制品代替建筑板材等。

目前，国内粉煤灰的利用主要以水泥和混凝土等建筑材料行业为主，其利用的增值效应不高，而且利用率还是较低，仍有大部分粉煤灰被堆积废弃，既占用大量土地又严重污染环境。

随着流化床发电锅炉技术的发展和电力供应及煤炭资源的紧张，流化床发电锅炉已经开始燃烧煤和煤矸石混合物用来发电。燃烧煤矸石发电产生并且未加入含钙脱硫剂的粉煤灰其特征是氧化铝含量较高，氧化铝含量大于30％、氧化钙含量小于5％、氧化铁含量小于5.0％(可以通过磁性除铁)。这种由流化床发电锅炉燃烧煤和煤矸石混合物而产出的高铝粉煤灰目前占粉煤灰排放总量再不断上升，如果将上述含有高氧化铝含量和二氧化硅等耐高温物相的粉煤灰用于生产墙体材料等建筑材料将会造成氧化铝资源的极大浪费。所以，研究发明高铝粉煤灰的综合利用具有重要的现实意义。同时，粉煤灰颗粒微细，比表面积大，易于与其它成分反应形成新的物相。因此，高铝粉煤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高铝粉煤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高铝粉煤灰，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。

本发明提出的一种高炉出铁口用炮泥，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、中温沥青细粉、苏州土或广西土细粉、焦炭粉为主要原料，添加高铝粉煤灰，以焦油为结合剂。

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。

在上述高炉出铁口炮泥中，所述工业级刚玉颗粒和细粉中Al₂O₃含量大于80％，颗粒大小为≤10mm，占总配料质量分数的20～70％；所述碳化硅颗粒和细粉中SiC含量大于90％，颗粒大小为≤3mm，占总配料质量分数3～25％；所述中温沥青细粉的颗粒大小为≤0.1mm)，占总配料质量分数的1～10％；苏州土或广西土细粉的颗粒大小为≤0.1mm，占总配料质量分数的7～30％；焦炭粉的颗粒大小为≤0.1mm，占总配料质量分数的15～30％；高铝粉煤灰中氧化铝含量大于30％，氧化钙含量小于5％，所述粉煤灰为流化床发电锅炉产出的未加入含钙脱硫剂的粉煤灰，占总配料质量分数的1～30％。

在上述高炉出铁口炮泥中，所述高铝粉煤灰中氧化铝含量大于30％、氧化钙含量小于5％、氧化铁小于5.0％，它为流化床发电锅炉燃烧煤和煤矸石混合物而产出的未加入含钙脱硫剂的高铝粉煤灰。

本发明提出的一种高炉出铁口用炮泥的制备方法，其特征在于：所述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10～26％结合剂焦油，再搅拌，经过真空练泥机挤出，即为该高炉出铁口用炮泥。

由于本发明中使用的高铝粉煤灰含有较大比例的氧化铝和二氧化硅等耐高温物相，其粉煤灰的主要化学组成为：SiO₂：40％～60％ Al₂O₃：30％～50％，高铝粉煤灰可以部分取代传统高炉出铁口用炮泥中用的刚玉质原料和粘土原料的细粉，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，能够满足工业性能的生产要求，对高铝粉煤灰综合利用也开辟了新的应用途径。

具体实施方式

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分钟后加外加焦油结合剂(加入量为10～26％)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。

添加高铝粉煤灰的高炉出铁口用炮泥的制备工艺流程为：

原料→配料→搅拌机搅拌→添加焦油结合剂→搅拌机搅拌→真空练泥机挤出→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，Al₂O₃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质量分数的5％，5～3mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数的20％，3～1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数10％，小于1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数的5％。工业级刚玉加入量占总配料质量分数的40％；

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≤0.3mm，加入量占总配料质量分数的13％；

中温沥青细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的6％；

苏州土或广西土细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的15％；

焦炭粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的20％；

高铝粉煤灰(要求是氧化铝含量大于30％和氧化钙含量小于5％的流化床发电锅炉产出的未加入含钙脱硫剂的粉煤灰)占总配料质量分数的6％。

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分钟后加外加焦油结合剂(加入量为20％)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℃*24h体积密度1.91g/cm³，1400℃*4h体积密度2.26g/cm³；200℃*24h耐压强度11.48pa，1400℃*4h耐压强度46.2Mpa，1480℃*4h耐压强度51.2Mpa；200℃*24h抗折强度6.06Mpa，1400℃*4h抗折强度5.19Mpa；1480℃*4h抗折强度7.51Mpa。

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，Al₂O₃含量一般要大于90％，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质量分数的2％，5～3mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数的15％，3～1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数18％，小于1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数15％。工业级刚玉加入量占总配料质量分数的50％；

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，加入量占总配料质量分数的3％；

中温沥青细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的9％；

苏州土或广西土细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的10％；

焦炭粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的16％；

高铝粉煤灰(要求是氧化铝含量大于30％和氧化钙含量小于5％的流化床发电锅炉产出的未加入含钙脱硫剂的粉煤灰)占总配料质量分数的12％。

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分钟后加外加焦油结合剂(加入量为20％)再搅拌26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℃*24h体积密度1.83g/cm³，1400℃*4h体积密度2.11g/cm³；200℃*24h耐压强度10.38pa，1400℃*4h耐压强度43.4Mpa，1480℃*4h耐压强度48.2Mpa；200℃*24h抗折强度5.86Mpa，1400℃*4h抗折强度5.12Mpa；1480℃*4h抗折强度6.71Mpa。

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，Al₂O₃含量一般要大于80％，体积密度大于3.1g/cm³，颗粒大小为≤10mm。其中10～5mm的刚玉原料颗粒占总配料质量分数的6％，5～3mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数的14％，3～1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数28％，小于1mm刚玉原料颗粒占总配料质量分数12％。工业级刚玉加入量占总配料质量分数的35％；

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，加入量占总配料质量分数的7％；

中温沥青细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的5％；

苏州土或广西土细粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的8％；

焦炭粉(颗粒大小为≤0.1mm)按照占总配料质量分数的25％；

高铝粉煤灰(要求是氧化铝含量大于30％和氧化钙含量小于5％的流化床发电锅炉产出的未加入含钙脱硫剂的粉煤灰)占总配料质量分数的20％。

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分钟后加外加焦油结合剂(加入量为20％)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：200℃*24h体积密度1.73g/cm³，1400℃*4h体积密度2.31g/cm³；200℃*24h耐压强度13.01pa，1400℃*4h耐压强度42.4Mpa，1480℃*4h耐压强度50.2Mpa；200℃*24h抗折强度6.03Mpa，1400℃*4h抗折强度5.42Mpa；1480℃*4h抗折强度6.48Mpa。

Claims

1、一种高炉出铁口用炮泥，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、中温沥青细粉、粘土细粉、焦炭粉为主要原料，添加高铝粉煤灰，以焦油为结合剂；所述工业级刚玉颗粒和细粉中Al₂O₃含量大于80％，颗粒大小为≤10mm，占总配料质量分数的20～70％；所述碳化硅颗粒和细粉中SiC含量大于90％，颗粒大小为≤3mm，占总配料质量分数3～25％；所述中温沥青细粉的颗粒大小为≤0.1mm，占总配料质量分数的1～10％；粘土细粉的颗粒大小为≤0.1mm，占总配料质量分数的7～30％；焦炭粉的颗粒大小为≤0.1mm，占总配料质量分数的15～30％；高铝粉煤灰中氧化铝含量大于30％，氧化钙含量小于5％，所述粉煤灰为流化床发电锅炉产出的未加入含钙脱硫剂的粉煤灰，占总配料质量分数的1～30％。

2、根据权利要求1所述的高炉出铁口炮泥，其特征在于：所述刚玉颗粒和细粉为电熔致密刚玉、电熔白刚玉、电熔棕刚玉或致密高铝矾土熟料。

3、根据权利要求1所述的高炉出铁口用炮泥，其特征在于：所述高铝粉煤灰中氧化铝含量大于30％、氧化钙含量小于5％、氧化铁小于1.0％，它为流化床发电锅炉燃烧煤和煤矸石混合物而产出的未加入含钙脱硫剂的高铝粉煤灰。

4、一种制备如权利要求1所述的高炉出铁口用炮泥的方法，其特征在于：所述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10～26％结合剂焦油，再搅拌，经过真空练泥机挤出，即为该高炉出铁口用炮泥。