專(zhuān)利名稱(chēng)：一種添加鋁灰的高爐出鐵口用炮泥耐火材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)添加鋁灰制備低成本高性能高爐出鐵口用炮泥耐火材料的方法，屬耐 火材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界鋼鐵產(chǎn)量大國(guó)，消耗大量的耐火材料。耐火材料在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋼鐵的 質(zhì)量起著決定性作用。在保證鋼材品種與質(zhì)量要求的情況下，為了保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性， 耐火材料的長(zhǎng)壽及低成本是使用者追求的目標(biāo)。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。迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)炮泥的配方和性能進(jìn)行了大量的研究工作，己經(jīng)得到 很大發(fā)展。我國(guó)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)出鐵口炮泥的質(zhì)量要求，必須采用無(wú)水炮泥。無(wú)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(zhǎng)，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(kāi)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(wèn)題，給生產(chǎn)使用帶來(lái)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。
鋁灰是電解鋁工業(yè)和鋁材、鋁制品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物中數(shù)量不小的部分，鋁灰的 化學(xué)成分主要以A1203， Si02， MgO， Fe203， Na20， CaO和金屬鋁等為主，還有一些氮化物、 氯化物和硫化物等， 一般情況下，SiO2含量為0.5 30。/。、八1203含量為10 75%，其化學(xué)成分 的比例隨著各生產(chǎn)廠家的原料及操作條件不同而略有不同變化。
鋁灰通常被作為垃圾遺棄，既污染環(huán)境、又需要大量的處置場(chǎng)地、且處理費(fèi)用高。隨著工 業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，鋁灰的生產(chǎn)量也越來(lái)越多。如何綜合利用鋁灰是一個(gè)世界范圍的重要課題。目 前國(guó)內(nèi)外鋁灰的再生產(chǎn)利用主要集中在以下幾個(gè)方面(l)冶金爐料復(fù)合脫硫劑主要以螢石、 石灰為主要原料，鋁灰摻入量不超過(guò)40%，鐵水經(jīng)鋁灰脫硫劑爐外脫硫，鐵水中錳、硅、碳 有燒傷；(2)用于混凝土或建筑材料由于鋁灰中含有金屬鋁，金屬鋁的水化產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致 混凝土或建筑材料中內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、膨脹使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度降低，因而鋁灰利用率不高;
(3)鋁灰的回收主要是將鋁灰和鹽酸或硫酸反應(yīng)生成鋁鹽，這種方法主要回收鋁灰中的鋁， 未能回收鋁灰中的其他成分，同時(shí)也產(chǎn)生大量的廢液；(4)鋁酸鈣產(chǎn)品采用水洗、蒸發(fā)、結(jié) 晶的方法分離出非金屬產(chǎn)物，這種非金屬產(chǎn)物主要包括大量鋁的化合物和少量的含硅和鎂的化 合物，除去非金屬產(chǎn)物中的金屬鋁和氮化鋁，加入CaO源，混合，煅燒呈鋁酸鈣產(chǎn)品；(5)耐火材料采用鋁灰生產(chǎn)耐火材料，目前報(bào)道主要生產(chǎn)電熔棕剛玉等，但目前存在著局限性 一是需要鋁灰中的Al203含量高；二是對(duì)鋁灰成分的利用并不完全，浪費(fèi)大。如生產(chǎn)棕剛玉和 鎂鋁尖晶石只利用了鋁灰中的金屬鋁、氧化鋁或金屬鋁、氧化鋁和氧化鎂。鋁灰中含有一定量 的有用的成分Si02和A1N會(huì)被浪費(fèi)掉。
從以上鋁灰的綜合利用可以看出，目前的幾種利用途徑存在工藝過(guò)程復(fù)雜、產(chǎn)生二次污 染、消耗大量能源、部分礦物成分浪費(fèi)或工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟等問(wèn)題。所以，研究發(fā)明 鋁灰的綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，鋁灰顆粒微細(xì)，比表面積大，易于與其它成分 反應(yīng)形成新的物相。因此，鋁灰可作為重要的無(wú)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)有鋁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(wèn)題，提出一種高爐出鐵口用炮泥耐火材料及其制備方法，通過(guò)在高爐出 鐵口用炮泥中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁灰，能夠制備出具有優(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)明提出的一種添加鋁灰的高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其特征在于該炮泥耐火材 料含有適量的鋁灰。
本發(fā)明提出的一種高爐出鐵口用炮泥耐火材料，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、中溫瀝青顆粒粉、蘇州土或廣西土細(xì)粉、焦炭粉為主要原料， 添加鋁灰，以焦油、改性瀝青和酚醛樹(shù)脂為結(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。所述工業(yè)級(jí)剛玉顆粒和細(xì)粉中Al203含量大于80%，顆粒
大小為20mm，占總配料的25 65wt%;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5 20wtQ/。；中溫瀝青細(xì)粉的顆粒大小為S0.1mm)，占總配料的2 8wt%; 蘇州土或廣西土細(xì)粉的顆粒大小為S0.1mm，占總配料的8 25wt%;焦炭粉的顆粒大小為 50.1mm，占總配料的15 25wt%;鋁灰中氧化鋁含量大于30%，鋁灰占總配料的0.1 40wt%。
在上述高爐出鐵口炮泥中，所述鋁灰可以是鋁鑄造工業(yè)、鋁再生工業(yè)和電解鋁工業(yè)等工 藝過(guò)程中產(chǎn)生的鋁灰，鋁灰中氧化鋁的含量大于15wt%，其粒度小于1.0mm。
本發(fā)明提出的一種高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其制備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11 25wt^結(jié)合劑，再攪拌，經(jīng)過(guò)真 空練泥機(jī)擠出，即為該高爐出鐵口用炮泥耐火材料。
由于本發(fā)明中使用的鋁灰中含有A1， A1203、 A1N、 MgAl204、 Si02等物相，其中鋁灰中 的Ab03和Si02可以部分取代剛玉質(zhì)原料和粘土原料的細(xì)粉；鋁灰中的金屬鋁可起到防C氧 化的作用；.鋁灰中的AlN和MgAb04由于具有較高的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小，抗熔 融金屬侵蝕和熔渣侵蝕的能力強(qiáng)，在炮泥中能夠很好地起到抗熔渣侵蝕、耐沖刷、抗熱震、高導(dǎo)熱的作用。通過(guò)在高爐出鐵口用炮泥中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁灰，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)生產(chǎn)要求，對(duì)鋁灰的綜合 利用也開(kāi)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(shuō)明
本發(fā)明提出的一種高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其原料的配方和配比分別為所述工業(yè) 級(jí)剛玉原料(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)的顆
粒和細(xì)粉(A1203含量大于80%，顆粒大小為^10mm)占總配料的25 65wt%;碳化硅顆粒 和細(xì)粉(SiC含量大于90%，顆粒大小為^3mm)占總配料5 20wt%;中溫瀝青細(xì)粉的顆粒 大小為50.1mm)，占總配料的2 8wtW;蘇州土或廣西土細(xì)粉的顆粒大小為^).lmm，占總配 料的8 25Wt%;焦炭粉的顆粒大小為^).lmm，占總配料的15 25wt%;鋁灰(氧化鋁的含 量大于15wt%，它可以是鋁鑄造工業(yè)、鋁再生工業(yè)和電解鋁工業(yè)等工藝過(guò)程中產(chǎn)生的鋁灰， 其粒度小于l.Omm)占總配料的0.1 40wt%。
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 結(jié)合劑(結(jié)合劑可以為焦油、改性瀝青和酚醛樹(shù)脂，其用法可以是分別單獨(dú)加入，也可以是 它們的混合物加入，三者之間的混合比例沒(méi)有特殊要求，加入量為ll 25wt%)再攪拌10 30分鐘后經(jīng)過(guò)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(chǎng)使用時(shí)直接將炮 泥擠入到高爐出鐵口內(nèi)即可使用。
添加鋁灰的高爐出鐵口用炮泥耐火材料的制備工藝流程為
原料—配料一攪拌機(jī)攪拌—添加結(jié)合劑—攪拌機(jī)攪拌—真空練泥機(jī)擠出4包裝—發(fā)運(yùn)—
用戶(hù)—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，八1203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的5wt%， 5 3mm剛 玉原料顆粒占總配料的20wt%， 3 lmm剛玉原料顆粒占總配料的15wt%，小于lmm剛玉原 料顆粒占總配料的8wt%。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料的50wt%;
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S0.3mm，加入量 占總配料的12wt%;
中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為SO.lmm)按照占總配料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5wty。；
蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為50.1mm)按照占總配料的10wt%;
焦炭粉(顆粒大小為^Umm)按照占總配料的17wt%;上海某鋁廠的鋁灰，其化學(xué)組成為(w) : A1203 18.02%, A1N 14.13%， Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，燒失量12.8%，其它2.43%， 粒度小于0.1mm，加入量占總配料的6wte/0。
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分鐘后外加焦油結(jié) 合劑(加入量為15wt%)再攪拌30分鐘后經(jīng)過(guò)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(chǎng)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°C*24h體積密度2.05g/cm3， 1400°C*4h體積密度2.34g/cm3; 200°C*24h耐壓強(qiáng)度11.8MPa， 1400°C*4h耐壓強(qiáng)度47.3MPa， 1480°C*4h耐壓強(qiáng)度53.4MPa; 200°C*24h抗折強(qiáng)度6.4MPa， 1400°C*4h抗折強(qiáng)度6.7MPa; 1480°C*4h抗折強(qiáng)度8.1MPa。
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，Ab03含量一般要大于90。/。，體積密度大 于3.4g/cm3，顆粒大小為5lOmm。其中10 5mm的剛玉原料顆粒占總配料的7wt%， 5 3rnrn 剛玉原料顆粒占總配料的15wt%， 3 lmm剛玉原料顆粒占總配料的15wt%，小于lmm剛玉 原料顆粒占總配料的8wt%。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料的45wtM;
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 占總配料的10wt%;
中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為^).lmm)按照占總配料的8wtQ/。；
蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為^Umm)按照占總配料的10wt%;
焦炭粉(顆粒大小為50.1mm)按照占總配料的15wt%;
上海某鋁廠的鋁灰，其化學(xué)組成為(w) : A120318.02%， A1N 14.13%, Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，燒失量12.8%，其它2.43%， 粒度小于O.lmm，加入量占總配料的12wt%。
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分鐘后加外加瀝青 和酚醛樹(shù)脂混合結(jié)合劑(瀝青和酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為h 1，總加入量為18wt%)再攪拌26 分鐘后經(jīng)過(guò)真空練泥機(jī)擠出，叫可將該炮泥包裝發(fā)運(yùn)。在高爐出鐵口現(xiàn)場(chǎng)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°C*24h體積密度1.89g/cm3， 1400°C*4h體積密度2.54g/cm3; 200。024h耐壓強(qiáng)度10.5MPa， 1400°C*4h耐壓強(qiáng)度44.5MPa， 1480°C*4h耐壓強(qiáng)度48.2MPa; 200°C*24h抗折強(qiáng)度5.9MPa， 1400°C*4h抗折強(qiáng)度6.5MPa; 1480°C*4h抗折強(qiáng)度7.7MPa。
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，八1203含量一般要大于80%，體積密 度大于3.1g/em3，顆粒大小為^10mm。其中10 5mm的剛玉原料顆粒占總配料的6wt%， 5 3mm剛玉原料顆粒占總配料的12wt%， 3 lmm剛玉原料顆粒占總配料的10wt%，小于lmm 剛玉原料顆粒占總配料的7wt%。工業(yè)級(jí)剛玉加入量占總配料的35wt%;
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 占總配料的7wt%;
中溫瀝青細(xì)粉(顆粒大小為50.1mm)按照占總配料的5wtM;
蘇州土或廣西土細(xì)粉(顆粒大小為^Umm)按照占總配料的8wt。/。；
焦炭粉(顆粒大小為^).lmm)按照占總配料的20wt。/o;
上海某鋁廠的鋁灰，其化學(xué)組成為(w) : A1203 18.02%， A1N 14.13%， Al 28.62%， MgO 7.1%， Si025.9%， Fe2O34.0%， Ca0 2.8%， Na20 2.6%， Ti021.6%，燒失量12.8%，其它2.43%, 粒度小于0.1mm，加入量占總配料的25wtM。
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、瀝青和酚醛樹(shù)脂混合結(jié)合劑(三者加入質(zhì)量比為h 1: 1，總加入量為22wt%)再攪拌 25分鐘后經(jīng)過(guò)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(chǎng)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20(TC*24h體積密度1.75g/cm3， 1400°C*4h體積密度2.42g/cm3; 200°C*24h耐壓強(qiáng)度13.4MPa， 1400°C*4h耐壓強(qiáng)度43.5MPa， 1480°C*4h耐壓強(qiáng)度50.6MPa; 200°C*24h抗折強(qiáng)度6.4MPa， 1400°C*4h抗折強(qiáng)度6.7MPa; 1480°C*4h抗折強(qiáng)度6.8MPa。
權(quán)利要求
1、一種添加鋁灰的高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其特征在于該炮泥耐火材料含有適量的鋁灰，該鋁灰可以是鋁鑄造工業(yè)、鋁再生工業(yè)和電解鋁工業(yè)等工藝過(guò)程中產(chǎn)生的鋁灰。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其特征在于該炮泥耐火材料的組成中含有的鋁灰占炮泥耐火材料總質(zhì)量的0.1 40wt%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其特征在于該炮泥耐火材料添加的鋁灰中氧化鋁的含量大于15wt%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高爐出鐵口用炮泥耐火材料，其特征在于該炮泥耐火材料添加的鋁灰的粒度小于l.Omm。
全文摘要
一種添加鋁灰的高爐出鐵口用炮泥耐火材料及其制備方法，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，添加適量鋁灰，以焦油、改性瀝青和酚醛樹(shù)脂為結(jié)合劑，攪拌混合后通過(guò)真空練泥機(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的25～65wt％，碳化硅顆粒粉占總配料的5～20wt％，中溫瀝青顆粒粉占總配料的2～8wt％，蘇州土或廣西土細(xì)粉占總配料的8～25wt％，焦炭粉占總配料的15～25wt％，鋁灰占總配料的0.1～40wt％。本發(fā)明以鋁灰中的Al₂O₃、SiO₂成分取代炮泥中的氧化鋁質(zhì)和硅質(zhì)原料，降低了炮泥的成本，所制備的炮泥能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，同時(shí)也為鋁灰的綜合利用開(kāi)辟了新的應(yīng)用途徑。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101654372SQ20091009257
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者劉艷改, 房明浩, 錢(qián)忠俊, 黃軍同, 黃朝暉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)