一種環保型高爐鐵溝料及其製備方法與流程

2023-10-11 05:20:59 1

本發明涉及耐火材料技術領域，尤其涉及一種耐高溫和高熱震穩定性的環保型高爐鐵溝料及其製備方法。

背景技術：

在資源、環境日益成為制約我國耐火材料行業發展的「瓶頸」，經濟和市場發展形勢發生變化的情況下，耐火材料行業的發展之路面臨著多重考驗和挑戰。出鐵溝是高溫鐵水和熔渣流經的通道，對日常高爐煉鐵的順行起者至關重要的作用。高爐鐵溝料作為出鐵溝重要的耐火材料，直接受到鐵水和熔渣的高溫衝刷和化學腐蝕，同時還受到溫度的急冷急熱的變化，這就需要高爐鐵溝料具有較強的耐高溫和熱震穩定性等性能。然而，高爐鐵溝料的作業現場常產生煙塵和難聞的氣味，環境及其惡劣，危害工人的健康，不利於環保。造成該結果的主要原因為：瀝青原料比其它碳原料更富有親水性，而且分散性也優越，大部分的高爐鐵溝料使用瀝青作為主要原料，但瀝青原料通過煤乾餾獲得的煤系瀝青含有苯並芘等致癌性的汙染環境物質，在熱態施工和乾燥升溫中，高爐鐵溝料的瀝青原料中的揮發分氣化，並產生煙塵和難聞的氣味。

中國專利文獻上公開了一種「高爐鐵鉤澆注料及其製備方法」，其公告號為cn105000898a，該發明由剛玉粉、碳化矽粉、粘土、水泥、α-al2o3、二氧化矽、三聚磷酸鈉、鋁粉、有機纖維、高鋁粉煤灰製成，在保證澆注料滿足要求的同時，降低了成本。但是該發明雖然成本較低，但是其各項指標性能並沒有檢測，同時也沒有解決汙染問題。因此，如何加大新技術、環保原料在高爐鐵溝料設計和製造過程中的應用，在不降低鐵溝料性能的前提下，實現無瀝青化是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明為了克服傳統的高爐鐵溝料成份對環境造成汙染的問題，提供了一種耐高溫和高熱震穩定性的環保型高爐鐵溝料。

本發明還提供了一種工藝簡單的環保型高爐鐵溝料的製備方法。

為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種環保型高爐鐵溝料，所述環保型高爐鐵溝料由以下重量份的原料製成：剛玉粉30～60份，二氧化矽15～30份，碳化矽40～55份，遠紅外陶瓷粉0.5～2份，生物質衍生炭材料3～9份和結合劑0.5～1.5份。

本發明採用生物質衍生炭材料替代傳統的不可再生的碳素材料作為原料，生物質衍生炭材料是以原始生物質(樹葉、莖杆、果殼)，生物質衍生物(纖維素、木質素、半纖維素、蛋白質、二糖、單糖)為原料經過煅燒熱解處理，經活化劑活化後得到的生物材料，利用生物質原料製備各種碳材料，可以降低碳材料生產成本，實現碳材料的可持續發展。

遠紅外陶瓷粉能夠輻射出比正常物體更多的遠紅外線(紅外輻射率更高)，具有活化功能。本發明在配方組分中加入少量的遠紅外陶瓷粉，通過分子間的協同作用，增加材料的活性，可以提高高爐鐵溝料的耐高溫和抗滲透性。

作為優選，所述遠紅外陶瓷粉由以下重量份的原料組成：0.1～0.8份的mgo，0.05～1份的al2o3，0.2～0.5份的tio2，0.06～0.2份的zro2和0.04～0.4份的fe2o3。

作為優選，所述生物質衍生炭材料為生物質活性碳纖維、生物質碳分子篩和生物質基活性炭中的一種或幾種。

作為優選，所述碳化矽的粒徑小於0.088mm。

作為優選，所述結合劑為t60含碳樹脂和酚醛樹脂粉，所述t60含碳樹脂和所述酚醛樹脂粉質量比為1：(2～4)。

作為優選，所述酚醛樹脂粉的粒徑為0.088～0.1mm。

本發明使用了t60含碳樹脂和酚醛樹脂為結合劑，使用過程不產生有害煙氣，具有環保特性。具體的，t60含碳樹脂在200℃以下仍可以保持較好的流動性，而酚醛樹脂在200℃以下時就開始發生固化，固化速率較快，二者在適當比例下使用可獲得較好的擠壓深度。此外，t60含碳樹脂高溫固化後，會在形成「蘑菇狀」泥包，增大高爐鐵溝料的附著面積，提高了高爐鐵溝料的耐衝刷性能，從而延長使用壽命。

一種環保型高爐鐵溝料的製備方法，包括以下步驟：

(1)按上述重量份分別稱取剛玉粉，二氧化矽，碳化矽，遠紅外陶瓷粉和生物質衍生炭材料混合攪拌均勻，得到預製混合粉；

(2)稱取上述重量份結合劑，先將1/2的結合劑加入到步驟(1)得到的預製混合粉中，混合均勻後，再加入剩餘的結合劑，混合均勻得到混合粉；

(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在115～135mpa下壓實，保壓時間2～4min；

(4)將步驟(3)中成型後的耐火材料經110～120℃乾燥10～18h後，埋於裝有4～8mm粒度焦炭的匣缽中在1400～1600℃下保溫3～5h，冷卻後得到環保型高爐鐵溝料。

結合劑分兩次加入有利於充分混合，使得製備的高爐鐵溝料的穩定性好。

本發明具有如下有益效果：

(1)以生物質衍生炭材料替代瀝青，實現了原料的可再生性以及資源的有效利用；

(2)加入遠紅外陶瓷粉作為活性材料，有效提高了高爐鐵溝料的耐高溫和熱震穩定性；

(2)該環保型高爐鐵溝料的生產工序簡單，原料價格低廉，大大降低了生產成本。

具體實施方式

下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。

實施例1

(1)分別稱取剛玉粉30g，二氧化矽15g，碳化矽(粒徑＜0.088mm)40g，遠紅外陶瓷粉0.5g(0.1g的mgo，0.1g的al2o3，0.2g的tio2，0.06g的zro2，0.04g的fe2o3)，生物質活性碳纖維3g混合，攪拌均勻，得到預製混合粉；

(2)分別稱取t60含碳樹脂0.1g，酚醛樹脂粉(粒徑為0.088～0.1mm)0.4g配成結合劑，先將1/2的結合劑加入到步驟(1)得到的預製混合粉中，混合均勻後，再加入剩餘的結合劑，混合均勻得到混合粉；

(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在115mpa下壓實，保壓時間2min；

(4)將步驟(3)中成型後的耐火材料經110℃乾燥10h後，埋於裝有4mm粒度焦炭的匣缽中在1400℃下保溫3h，冷卻後得到環保型高爐鐵溝料。

實施例2

(1)分別稱取剛玉粉60g，二氧化矽30g，碳化矽(粒徑＜0.088mm)55g，遠紅外陶瓷粉2g(0.8g的mgo，0.1g的al2o3，0.5g的tio2，0.2g的zro2，0.4g的fe2o3)，生物質碳分子篩3g，生物質基活性炭6g混合，攪拌均勻，得到預製混合粉；

(2)分別稱取t60含碳樹脂0.5g，酚醛樹脂粉(粒徑為0.088～0.1mm)1g配成結合劑，先將1/2的結合劑加入到步驟(1)得到的預製混合粉中，混合均勻後，再加入剩餘的結合劑，混合均勻得到混合粉；

(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在135mpa下壓實，保壓時間4min；

(4)將步驟(3)中成型後的耐火材料經120℃乾燥18h後，埋於裝有8mm粒度焦炭的匣缽中在1600℃下保溫5h，冷卻後得到環保型高爐鐵溝料。

實施例3

(1)分別稱取剛玉粉45g，二氧化矽25g，碳化矽(粒徑＜0.088mm)50g，遠紅外陶瓷粉1g(0.4g的mgo，0.05g的al2o3，0.25g的tio2，0.1g的zro2，0.2g的fe2o3)，生物質基活性炭6g混合，攪拌均勻，得到預製混合粉；

(2)分別稱取t60含碳樹脂0.3g，酚醛樹脂粉(粒徑為0.088～0.1mm)0.9g配成結合劑，先將1/2的結合劑加入到步驟(1)得到的預製混合粉中，混合均勻後，再加入剩餘的結合劑，混合均勻得到混合粉；

(3)對步驟(2)中的混合粉進行出料、成型，在125mpa下壓實，保壓時間3min；

(4)將步驟(3)中成型後的耐火材料經115℃乾燥14h後，埋於裝有6mm粒度焦炭的匣缽中在1500℃下保溫4h，冷卻後得到環保型高爐鐵溝料。

對比例

對比例與實施例1的不同之處在於，對比例的配方中未加入遠紅外陶瓷粉，碳素材料為瀝青，其餘工藝與實施例1完全相同。

對實施例1-3和對比例製得的高爐鐵溝料進行性能檢測，結果如表1所示。

表1.性能檢測結果

根據表1的結果可以看出，本發明提供環保型高爐鐵溝料相對於傳統的高爐鐵溝料顯孔隙率高，耐受溫度高，具有良好的抗熱震性能，可進出≥1250℃爐膛，不炸裂。

本發明以生物質衍生炭材料替代瀝青，實現了原料的可再生性以及資源的有效利用；加入遠紅外陶瓷粉作為活性材料，有效提高了高爐鐵溝料的耐高溫和熱震穩定性；生產工序簡單，原料價格低廉，大大降低了生產成本。