專利名稱：一種高爐出鐵口用炮泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過添加高鋁粉煤灰制備低成本高性能高爐出鐵口用炮泥的方法，屬耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
炮泥是一種應(yīng)用于煉鐵高爐出鐵水口封堵出鐵口的耐火材料。在高爐鐵口用炮泥堵上時(shí)，出鐵通道內(nèi)要填充滿炮泥，并在爐缸內(nèi)形成泥包，使鐵口維持足夠的深度，出鐵時(shí)要求炮泥維持穩(wěn)定的孔徑，出鐵均勻；出完鐵后要盡量避免大量熔融和半熔融的高溫熔體粘液噴出。每天高爐的出鐵口都要反復(fù)多次被打開和充填，熾熱的鐵水和渣液對(duì)鐵口炮泥產(chǎn)生物理和化學(xué)侵蝕。如果炮泥質(zhì)量差，使用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)潮鐵口、淺鐵口、斷鐵口、跑大流、減壓、放風(fēng)、燒壞爐前設(shè)備等一系列問題，影響正常生產(chǎn)，甚至造成人身傷害事故。因此，要求鐵口炮泥應(yīng)具有下列性能①可塑性和粘結(jié)性好，容易擠進(jìn)并填滿鐵口通道；②氣孔率適宜，便于干燥時(shí)排出水分和氣體；③高溫體積收縮小，可避免產(chǎn)生裂紋；④燒結(jié)性能好，強(qiáng)度高，耐沖刷和耐侵蝕；⑤開口性能良好，開口機(jī)鉆口容易；⑥環(huán)境污染小；⑦具有高耐火度。
迄今為止，國內(nèi)外對(duì)炮泥的配方和性能進(jìn)行了大量的研究工作，已經(jīng)得到很大發(fā)展。我國的大型高爐一般只設(shè)1個(gè)事故渣口和1～4個(gè)鐵口，鐵口每天排出的渣鐵量很多。要滿足大型高爐對(duì)鐵口炮泥的質(zhì)量要求，必須采用無水炮泥。無水炮泥一般由剛玉質(zhì)原料、碳化硅、氮化硅、焦粉、優(yōu)質(zhì)結(jié)合粘土等為主要原料，同時(shí)配加不同的外加劑，用蒽油、洗油、焦油作結(jié)合劑。這種炮泥由于采用了優(yōu)質(zhì)高純?cè)?，并以碳質(zhì)原料為結(jié)合劑，其耐渣侵蝕性能良好，可使鐵口出鐵時(shí)間延長，降低出鐵次數(shù)。但因存在其配料嚴(yán)格，打泥壓力高，成本高，開鐵口困難，單次打泥量大(中小型高爐每次打泥量為50～70kg，大型高爐為400～500kg)，污染環(huán)境等一系列問題，給生產(chǎn)使用帶來不利影響。特別是剛玉質(zhì)原料和優(yōu)質(zhì)結(jié)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發(fā)電廠流化床鍋爐大量排放的廢棄物。它是由磨成一定細(xì)度的煤粉在流化床鍋爐中經(jīng)過高溫燃燒后由收塵器收集到的細(xì)灰，國外稱為飄灰或飛灰。它是一種具有活性的物質(zhì)，其主要化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、少量氧化鐵(Fe2O3)和氧化鈣(CaO)(煤燃燒時(shí)未加含鈣的脫硫劑時(shí)氧化鈣含量較小)。其中SiO2和Al2O3含量最高，兩者之和一般占60％以上，是粉煤灰的主要活性成分和耐高溫成分。燃煤電廠每發(fā)一度電，約需標(biāo)準(zhǔn)煤300克，即產(chǎn)生粉煤灰約100克，每燃燒一噸原煤，能產(chǎn)生粉煤灰250～300公斤，燃煤發(fā)電每千瓦裝機(jī)容量，年排灰量一噸左右，也就是說，裝機(jī)容量為100萬千瓦的燃煤發(fā)電廠，年排灰量可達(dá)100萬噸。數(shù)量如此巨大的粉煤灰，有的被排入灰場，占據(jù)大量農(nóng)田，有的被排入江河，對(duì)環(huán)境造成污染。冬季時(shí)，燃煤量上升，導(dǎo)致空氣中飛灰增加，影響人的呼吸，危害人體健康。怎樣解決如此大量的灰渣排放，消除危害，把粉煤灰經(jīng)過再加工后得到增值利用，已經(jīng)成為電力、環(huán)保和材料行業(yè)的一個(gè)重要課題。
我國大多數(shù)電廠都直接或間接地將粉煤灰用于生產(chǎn)，這樣不但可減少土地占用，減輕環(huán)境污染，并且可節(jié)約資源，創(chuàng)造出一定的經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰可用作水泥、砂漿、混凝土的摻合料，并成為水泥、混凝土的組分，而且可以用作生產(chǎn)水泥的原料，制造燒結(jié)磚、蒸壓加氣混凝土、泡沫混凝土、空心砌磚、燒結(jié)陶粒，鋪筑道路；構(gòu)筑壩體，建設(shè)港口，農(nóng)田坑洼低地、煤礦塌陷區(qū)及礦井的回填；生產(chǎn)肥料、改良土壤等都有見到過報(bào)道。現(xiàn)階段粉煤灰還有一些用途正處于研究開發(fā)中，例如從粉煤灰中選鐵、提取鋁，把粉煤灰用于橡膠、塑料中作涂料，用于油漆、造紙中作填料或涂料，用粉煤灰處理污水；用粉煤灰生產(chǎn)泡沫玻璃，以粉煤灰制品代替建筑板材等。
目前，國內(nèi)粉煤灰的利用主要以水泥和混凝土等建筑材料行業(yè)為主，其利用的增值效應(yīng)不高，而且利用率還是較低，仍有大部分粉煤灰被堆積廢棄，既占用大量土地又嚴(yán)重污染環(huán)境。
隨著流化床發(fā)電鍋爐技術(shù)的發(fā)展和電力供應(yīng)及煤炭資源的緊張，流化床發(fā)電鍋爐已經(jīng)開始燃燒煤和煤矸石混合物用來發(fā)電。燃燒煤矸石發(fā)電產(chǎn)生并且未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰其特征是氧化鋁含量較高，氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵含量小于5.0％(可以通過磁性除鐵)。這種由流化床發(fā)電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產(chǎn)出的高鋁粉煤灰目前占粉煤灰排放總量再不斷上升，如果將上述含有高氧化鋁含量和二氧化硅等耐高溫物相的粉煤灰用于生產(chǎn)墻體材料等建筑材料將會(huì)造成氧化鋁資源的極大浪費(fèi)。所以，研究發(fā)明高鋁粉煤灰的綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，粉煤灰顆粒微細(xì)，比表面積大，易于與其它成分反應(yīng)形成新的物相。因此，高鋁粉煤灰可作為重要的無機(jī)非金屬資源用于高溫耐火材料等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有高鋁粉煤灰的綜合增值利用和高爐出鐵口用炮泥所用原料價(jià)格較高，而導(dǎo)致成本較高的問題，提出一種高爐出鐵口用炮泥及其制備方法，通過在高爐出鐵口用炮泥中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高鋁粉煤灰，制備出具有優(yōu)良的抗高爐渣性能和使用性能的高爐出鐵口用炮泥。
本發(fā)明提出的一種高爐出鐵口用炮泥，其特征在于該炮泥以工業(yè)級(jí)剛玉顆粒和細(xì)粉、碳化硅顆粒和細(xì)粉、中溫瀝青細(xì)粉、蘇州土或廣西土細(xì)粉、焦炭粉為主要原料，添加高鋁粉煤灰，以焦油為結(jié)合劑。
在上述高爐出鐵口炮泥中，所述剛玉顆粒和細(xì)粉也可以為電熔致密剛玉、電熔白剛玉、電熔棕剛玉或致密高鋁礬土熟料。
在上述高爐出鐵口炮泥中，所述工業(yè)級(jí)剛玉顆粒和細(xì)粉中Al2O3含量大于80％，顆粒大小為≤10mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20～70％；所述碳化硅顆粒和細(xì)粉中SiC含量大于90％，顆粒大小為≤3mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)3～25％；所述中溫瀝青細(xì)粉的顆粒大小為≤0.1mm)，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～10％；蘇州土或廣西土細(xì)粉的顆粒大小為≤0.1mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7～30％；焦炭粉的顆粒大小為≤0.1mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15～30％；高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％，氧化鈣含量小于5％，所述粉煤灰為流化床發(fā)電鍋爐產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～30％。
在上述高爐出鐵口炮泥中，所述高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵小于5.0％，它為流化床發(fā)電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的高鋁粉煤灰。
本發(fā)明提出的一種高爐出鐵口用炮泥的制備方法，其特征在于所述方法是將各種原料按所述的比例先進(jìn)行配料，然后將配合料在攪拌機(jī)中攪拌，同時(shí)外加10～26％結(jié)合劑焦油，再攪拌，經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即為該高爐出鐵口用炮泥。
由于本發(fā)明中使用的高鋁粉煤灰含有較大比例的氧化鋁和二氧化硅等耐高溫物相，其粉煤灰的主要化學(xué)組成為SiO240％～60％ Al2O330％～50％，高鋁粉煤灰可以部分取代傳統(tǒng)高爐出鐵口用炮泥中用的剛玉質(zhì)原料和粘土原料的細(xì)粉，這樣有效降低了高爐出鐵口用炮泥的成本，同時(shí)所制備的炮泥性能穩(wěn)定，能夠滿足工業(yè)性能的生產(chǎn)要求，對(duì)高鋁粉煤灰綜合利用也開辟了新的應(yīng)用途徑。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明本發(fā)明首先將各種原料按所述的比例先進(jìn)行配料，然后配合料攪拌2～10分鐘后加外加焦油結(jié)合劑(加入量為10～26％)再攪拌10～30分鐘后經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即可將該炮泥包裝發(fā)運(yùn)。在高爐出鐵口現(xiàn)場使用時(shí)直接將炮泥擠入到高爐出鐵口內(nèi)即可使用。
添加高鋁粉煤灰的高爐出鐵口用炮泥的制備工藝流程為原料→配料→攪拌機(jī)攪拌→添加焦油結(jié)合劑→攪拌機(jī)攪拌→真空練泥機(jī)擠出→包裝→發(fā)運(yùn)→用戶→使用實(shí)施例1原料工業(yè)級(jí)剛玉原料的顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，Al2O3含量一般要大于98％，體積密度大于3.4g/cm3，顆粒大小為≤10mm。其中10～5mm的剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的40％；碳化硅顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，SiC含量要求大于97％，顆粒大小為≤0.3mm，加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的13％；中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的6％；蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15％；焦炭粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％；高鋁粉煤灰(要求是氧化鋁含量大于30％和氧化鈣含量小于5％的流化床發(fā)電鍋爐產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰)占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的6％。
將上述各種原料按本發(fā)明所述的比例先進(jìn)行配料，然后配合料攪拌8分鐘后加外加焦油結(jié)合劑(加入量為20％)再攪拌30分鐘后經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即可將該炮泥包裝發(fā)運(yùn)。在高爐出鐵口現(xiàn)場使用時(shí)直接將炮泥擠入到高爐出鐵口內(nèi)即可使用。
試樣的理化性能為200℃*24h體積密度1.91g/cm3，1400℃*4h體積密度2.26g/cm3；200℃*24h耐壓強(qiáng)度11.48pa，1400℃*4h耐壓強(qiáng)度46.2Mpa，1480℃*4h耐壓強(qiáng)度51.2Mpa；200℃*24h抗折強(qiáng)度6.06Mpa，1400℃*4h抗折強(qiáng)度5.19Mpa；1480℃*4h抗折強(qiáng)度7.51Mpa。
實(shí)施例2原料工業(yè)級(jí)棕剛玉原料的顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，Al2O3含量一般要大于90％，體積密度大于3.4g/cm3，顆粒大小為≤10mm。其中10～5mm的剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)18％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50％；碳化硅顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，SiC含量要求大于90％，顆粒大小為≤0.3mm，加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3％；中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的9％；蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10％；焦炭粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的16％；高鋁粉煤灰(要求是氧化鋁含量大于30％和氧化鈣含量小于5％的流化床發(fā)電鍋爐產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰)占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的12％。
將上述各種原料按本發(fā)明所述的比例先進(jìn)行配料，然后配合料攪拌10分鐘后加外加焦油結(jié)合劑(加入量為20％)再攪拌26分鐘后經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即可將該炮泥包裝發(fā)運(yùn)。在高爐出鐵口現(xiàn)場使用時(shí)直接將炮泥擠入到高爐出鐵口內(nèi)即可使用。
試樣的理化性能為200℃*24h體積密度1.83g/cm3，1400℃*4h體積密度2.11g/cm3；200℃*24h耐壓強(qiáng)度10.38pa，1400℃*4h耐壓強(qiáng)度43.4Mpa，1480℃*4h耐壓強(qiáng)度48.2Mpa；200℃*24h抗折強(qiáng)度5.86Mpa，1400℃*4h抗折強(qiáng)度5.12Mpa；1480℃*4h抗折強(qiáng)度6.71Mpa。
實(shí)施例3原料致密高鋁礬土熟料原料的顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，Al2O3含量一般要大于80％，體積密度大于3.1g/cm3，顆粒大小為≤10mm。其中10～5mm的剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的6％，5～3mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的14％，3～1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)28％，小于1mm剛玉原料顆粒占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)12％。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的35％；碳化硅顆粒和細(xì)粉的質(zhì)量要求為，SiC含量要求大于90％，顆粒大小為≤0.3mm，加入量占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7％；中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5％；蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的8％；焦炭粉(顆粒大小為≤0.1mm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的25％；高鋁粉煤灰(要求是氧化鋁含量大于30％和氧化鈣含量小于5％的流化床發(fā)電鍋爐產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰)占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20％。
將上述各種原料按本發(fā)明所述的比例先進(jìn)行配料，然后配合料攪拌15分鐘后加外加焦油結(jié)合劑(加入量為20％)再攪拌25分鐘后經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即可將該炮泥包裝發(fā)運(yùn)。在高爐出鐵口現(xiàn)場使用時(shí)直接將炮泥擠入到高爐出鐵口內(nèi)即可使用。
試樣的理化性能為200℃*24h體積密度1.73g/cm3，1400℃*4h體積密度2.31g/cm3；200℃*24h耐壓強(qiáng)度13.01pa，1400℃*4h耐壓強(qiáng)度42.4Mpa，1480℃*4h耐壓強(qiáng)度50.2Mpa；200℃*24h抗折強(qiáng)度6.03Mpa，1400℃*4h抗折強(qiáng)度5.42Mpa；1480℃*4h抗折強(qiáng)度6.48Mpa。
權(quán)利要求
1.一種高爐出鐵口用炮泥，其特征在于該炮泥以工業(yè)級(jí)剛玉顆粒和細(xì)粉、碳化硅顆粒和細(xì)粉、中溫瀝青細(xì)粉、蘇州土或廣西土細(xì)粉、焦炭粉為主要原料，添加高鋁粉煤灰，以焦油為結(jié)合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐出鐵口炮泥，其特征在于所述剛玉顆粒和細(xì)粉也可以為電熔致密剛玉、電熔白剛玉、電熔棕剛玉或致密高鋁礬土熟料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐出口用炮泥，其特征在于所述工業(yè)級(jí)剛玉顆粒和細(xì)粉中Al2O3含量大于80％，顆粒大小為≤10mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20～70％；所述碳化硅顆粒和細(xì)粉中SiC含量大于90％，顆粒大小為≤3mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)3～25％；所述中溫瀝青細(xì)粉的顆粒大小為≤0.1mm)，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～10％；蘇州土或廣西土細(xì)粉的顆粒大小為≤0.1mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7～30％；焦炭粉的顆粒大小為≤0.1mm，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15～30％；高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％，氧化鈣含量小于5％，所述粉煤灰為流化床發(fā)電鍋爐產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的粉煤灰，占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高爐出鐵口用炮泥，其特征在于所述高鋁粉煤灰中氧化鋁含量大于30％、氧化鈣含量小于5％、氧化鐵小于5.0％，它為流化床發(fā)電鍋爐燃燒煤和煤矸石混合物而產(chǎn)出的未加入含鈣脫硫劑的高鋁粉煤灰。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述的高爐出鐵口用炮泥的方法，其特征在于所述方法是將各種原料按所述的比例先進(jìn)行配料，然后將配合料在攪拌機(jī)中攪拌，同時(shí)外加10～26％結(jié)合劑焦油，再攪拌，經(jīng)過真空練泥機(jī)擠出，即為該高爐出鐵口用炮泥。
全文摘要
一種高爐出鐵口用炮泥及其制備方法，屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以工業(yè)級(jí)剛玉顆粒粉、碳化硅顆粒粉、中溫瀝青顆粒粉、蘇州土細(xì)粉、焦炭粉為主要原料，添加適量高鋁粉煤灰，以焦油為結(jié)合劑，攪拌混合后通過真空煉泥機(jī)擠出后即得高爐出鐵口用炮泥。所述剛玉顆粒粉占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20～70％，碳化硅顆粒粉占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～10％，蘇州土或廣西土細(xì)粉占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7～30％，焦炭粉占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15～30％，高鋁粉煤灰占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1～30％。本發(fā)明以高鋁粉煤灰中的Al
文檔編號(hào)C04B35/035GK1718752SQ20051001222
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者趙凱, 黃軍同, 劉睿, 楊景周, 劉艷改, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)