一种高性能炮泥及其制备方法与流程

本发明涉及耐火材料，尤其涉及一种高性能炮泥及其制备方法。

背景技术：

1、湛江5050m3高炉是国际先进的特大型高炉，高炉设计一代炉龄22年，投产以来各项技术经济指标在同类型高炉中居于前列；炮泥质量对高炉稳定顺行生产及高炉长寿有重要的意义，相对于高炉22年的全寿命周期维护，高风量、高富氧、高顶压、高煤比对炮泥要求也是越来越苛刻。湛江钢铁高炉炉缸侧壁温度的安全管理标准是<250℃，而二高炉炉缸侧壁温度最高已达到309℃，并且长期有波动现象；铁口区域的耐材在几次波动期间也产生了较大的侵蚀，炉缸耐材的侵蚀是永久性的，不可再生、不可修复，优良的炮泥不仅减缓耐材的侵蚀速度，有利于高炉长寿，而且对高炉的高效经济、稳定顺行非常重要。

2、湛江钢铁高炉的炉料结构及操业思路与宝山基地高炉有一定的差异，对炮泥要求也更为严苛。随着高炉冶炼强度的提高和炉龄的增长，对炮泥的性能要求越来越高，迫切需要展开高性能炮泥的研究工作。根据高性能炮泥的特性，对炉前作业管理进行优化，制定出匹配的操作方法，满足湛江钢铁高炉的多工况、全生命周期的高性能炮泥的需求。

3、随着炼铁工艺技术的进步，炼铁重要设备高炉向长寿命、强化冶炼和大型化方向发展，作为出铁口使用的耐火材料――炮泥在材质与质量方面不断地改进和提高，已从单纯的消耗性耐火材料转向功能性耐火材料。随着耐火材料制备技术的进步和新型生产设备的出现，炮泥生产原料的理化性能得以提升，通过对炮泥的生产工艺及其性能进行系统的改进和完善，以及复合碳素材料和新型添加剂的引进，使生产的高质量炮泥，充分满足了现代化大型高炉的生产需要成为可能。高性能炮泥应该具有以下性能：

4、1)具有良好的粘合性。

5、2)良好的烧结性。

6、3)具有良好的耐冲刷、耐侵蚀性能，高炉在稳定生产状态下(日产量11800t，煤比175kg/t)，铁口深度≥4.0m,出铁时间：＞140min；铁口侧壁温度稳定(≤250℃)

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种综合性能优良的高性能炮泥，以及制备该炮泥的方法。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、一种高性能炮泥，包括如下以重量份计的组分：

4、维罗白泥10-15份，氮化硅铁10-20份，碳化硅细粉12-20份，棕刚玉粉10-15份，复合碳素材料8-15份，含钛组合物10-20份，粘结剂10-15份，氧化铝微粉2-8份，硅微粉2-5份，复合增塑剂0.2-2份，含硼添加物0.5-4份。

5、进一步地，所述含钛组合物由包括金属ti、氮化物和催化剂组分的原料制备而成，含钛组合物可与炮泥中的物质进一步反应生成tin、tic和ti(c，n)。

6、进一步地，所述氮化物为氮气，所述催化剂为三聚氰胺，所述含钛组合物的制备方法为：将金属ti粉和催化剂置于球磨机中，在流动氮气氛和高温条件下球磨反应一定时间后，过筛后得到粒径为2000目以上的含钛组合物粉体。

7、进一步地，所述复合碳素材料包括焦炭和碳纤维粉末，焦炭与碳纤维粉末的重量比为(2-4)：1。焦炭比表面积大、热稳定性高、抗侵蚀性强，碳纤维粉末一般由回收的碳纤维加工得到，其长度在100μm以下，但其保留了碳纤维的众多优良性能，并且形状细小、表面纯净、比表面积大，易于被润湿和分散，用于炮泥中可增强强度，提高热稳定性，降低收缩率。

8、进一步地，所述粘结剂为改质沥青、热塑性酚醛树脂粉和热固性酚醛树脂液体的组合物，改质沥青、热塑性酚醛树脂粉和热固性酚醛树脂液体的重量比为1：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)。所述改质沥青的软化点为180℃。

9、氮化硅铁(si3n4-fe)添加至本申请的炮泥原料中，发生氮化硅与fe、c之间的反应，其结果是在基质部分形成sic和aln结合，强化了基质的结合强度；同时伴随这些反应，产生n2、co等气体，这些气体的产生加速了有机结合剂挥发份的散出，使炮泥组织更加致密，起到防止熔渣侵入、减少与铁水接触摩擦的作用。

10、进一步地，所述氧化铝微粉以光散射法测得的粒径为：d50为2.5-3μm，d75为4-5μm，d90为6-7μm。所述棕刚玉粉的平均粒径为4-5μm，所述碳化硅细粉的平均粒径为1-4μm。氮化硅铁的粒径为1-3μm和200目这两种。

11、进一步地，所述复合增塑剂为绢云母、羧甲基纤维素和烷基苯磺酸钠的组合物，绢云母、羧甲基纤维素和烷基苯磺酸钠的重量比为1：(0.2-0.5)：(0.1-0.4)。

12、进一步地，所述含硼添加物为氧化硼、氮化硼、硼化硅、硼酸和硼砂中的一种或几种的组合。

13、进一步地，包括如下以重量份计的组分：维罗白泥10份，碳化硅细粉20份，氮化硅铁15份，棕刚玉粉10份，含钛组合物12份，改质沥青5份，热塑性酚醛树脂粉3份，液体热固性酚醛树脂4份，氧化铝微粉5份，硅微粉3份，焦炭7份，碳纤维粉末3份，复合增塑剂0.3份，含硼添加物2份。氮化硅铁、氧化铝微粉、硅微粉和含硼添加物均为200目以上的微粉。

14、一种上述高性能炮泥的制备方法，包括如下步骤：

15、s1、预混：将配比较少的粉料(复合碳素材料、氧化铝微粉、硅微粉和含硼添加物)按配比计量后投入预混机中混合均匀后得到预混料；

16、s2、将配方量的碳化硅细粉、氮化硅铁和棕刚玉粉投入碾泥机中混合均匀，再称取配方量的预混料加入碾泥机中混合均匀，最后加入粘结剂、维罗白泥、复合增塑剂和其它原料后混合均匀得到炮泥混合料；

17、s3、将炮泥混合料投入练泥机中练泥，练泥过程中不断进行性能测试，直至符合要求后进行挤出、称量和切割操作。

18、本发明的高性能炮泥以维罗白泥、棕刚玉、氮化硅铁、氧化铝微粉、硅微粉等组分为基本骨料，以碳化硅细粉、含硼添加物、复合增塑剂等为功能外加剂，辅以粘结剂，可得到可塑性良好的炮泥，含硼添加物可提高炮泥的耐压强度，改善其收缩性能，复合增塑剂可提高炮泥的黏结性，通过预处理得到特殊结构的含钛组合物，将其加入炮泥中在提高抗侵蚀性、延长炉缸寿命的基础上可进一步提高炮泥的耐高温性能，加强对高炉的保护作用，同时通过对结合剂中改质沥青软化点的控制，固体和液体状态、热塑性和热固性酚醛树脂的相互调配，对氮化硅铁、碳化硅、氧化铝微粉、硅微粉、棕刚玉粉等组分粒径和用量的控制，多种组分协同作用得到综合性能优良的炮泥，表现在炮泥本身良好的物理性能和炮泥在高炉的使用性能上。

19、本发明高性能炮泥的制备方法可以使炮泥中各组分均匀混合，使各组分充分发挥其作用，进一步保证炮泥的质量稳定，有利于炮泥的推广应用。

技术特征：

1.一种高性能炮泥，其特征在于，包括如下以重量份计的组分：

2.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述含钛组合物由包括金属ti、氮化物和催化剂组分的原料制备而成，含钛组合物可与炮泥中的物质进一步反应生成tin、tic和ti(c，n)。

3.根据权利要求2所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述氮化物为氮气，所述催化剂为三聚氰胺，所述含钛组合物的制备方法为：将金属ti粉和催化剂置于球磨机中，在流动氮气氛和高温条件下球磨反应一定时间后，过筛后得到粒径为2000目以上的含钛组合物粉体。

4.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述复合碳素材料包括焦炭和碳纤维粉末，焦炭与碳纤维粉末的重量比为(2-4)：1。

5.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述粘结剂为改质沥青、热塑性酚醛树脂粉和热固性酚醛树脂液体的组合物，改质沥青、热塑性酚醛树脂粉和热固性酚醛树脂液体的重量比为1：(0.5-1.5)：(0.5-1.5)，所述改质沥青的软化点为180℃。

6.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述氧化铝微粉的粒径为：d50为2.5-3μm，d75为4-5μm，d90为6-7μm；棕刚玉粉的平均粒径为4-5μm，所述碳化硅细粉的平均粒径为1-4μm，氮化硅铁的粒径为1-3μm和200目。

7.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述复合增塑剂为绢云母、羧甲基纤维素和烷基苯磺酸钠的组合物，绢云母、羧甲基纤维素和烷基苯磺酸钠的重量比为1：(0.2-0.5)：(0.1-0.4)。

8.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，所述含硼添加物为氧化硼、氮化硼、碳化硼、硼化硅、硼酸和硼砂中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1所述的一种高性能炮泥，其特征在于，包括如下以重量份计的组分：维罗白泥10份，碳化硅细粉20份，氮化硅铁15份，棕刚玉粉10份，含钛组合物12份，改质沥青5份，热塑性酚醛树脂粉3份，液体热固性酚醛树脂4份，氧化铝微粉5份，硅微粉3份，焦炭7份，碳纤维粉末3份，复合增塑剂0.3份，含硼添加物2份。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的高性能炮泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
一种高性能炮泥及其制备方法，包括如下以重量份计的组分：维罗白泥10‑15份，氮化硅铁10‑20份，碳化硅细粉12‑20份，棕刚玉粉10‑15份，复合碳素材料8‑15份，粘结剂10‑15份，氧化铝微粉2‑8份，硅微粉2‑5份，复合增塑剂0.2‑2份，含硼添加物0.5‑4份，钛组合物10‑20份，复合碳素材料包括焦炭和碳纤维粉末，粘结剂为改质沥青、热塑性酚醛树脂粉和热固性酚醛树脂液体的组合物，复合增塑剂为绢云母、羧甲基纤维素和烷基苯磺酸钠的组合物。本发明通过多种组分间的协同作用，对结合剂中改质沥青软化点的控制，对多种细粉粒径和用量的控制，得到物理性能和使用性能优良的炮泥。

技术研发人员：张凌恺,张治国,李日贵,贾海宁
受保护的技术使用者：广东悦江节能技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15