CN111620704A

CN111620704A - 一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料

Info

Publication number: CN111620704A
Application number: CN202010429715.4A
Authority: CN
Inventors: 徐国涛; 向武国; 张庆喜; 张洪雷; 刘黎; 胡胜修; 何可
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: CN111620704B

Abstract

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及wt%为：粒度5‑1mm的碳质骨料35～55%，粒度3‑0.1mm的碳化硅骨料5～30%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉10～20%，粒度≤0.074mm的电极粉3～15%，粒度≤0.005mm的氧化铝微粉3～8%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉5～20%，粒度≤0.074mm的金属硅粉3～8%，纳米级碳粉0.1～3%，铁铝酸钙水泥5～10%，减水剂0.05～1.5%。本发明流动性好、施工方便简单，导热系数在15W/m·K以上，能提高高炉炉底水冷管周围炭质浇注料的质量，利于水冷效果的传递。

Description

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料

技术领域

本发明涉及高炉用耐火材料领域，主要涉及一种用于高炉炉底用高导热炭质浇注料。

背景技术

高炉是炼铁生产稳定顺行的基础，而保证高炉炉缸稳定顺行最重要的部件就是炭砖和水冷系统。炭砖与铁水两者不容易浸润，抗侵蚀能力强；显然水冷是保证炭砖长寿运行的关键。高炉炉底砌筑过程中，当在水冷管铺设后，现有技术多采用碳素捣打料找平，并填充炭砖缝，并为了进一步保证水冷效果，既要求碳素捣打料导热系数高，并还要求碳素捣打料有一定强度，且施工质量要好。

高导热炭质捣打料能使高炉冷却系统对炉衬起到有效冷却，保障高炉长寿稳定运行，但由于捣打料与施工过程、施工质量关系大，人为影响因素多，故国内外开始有企业进行含炭浇注料的研究应用，其导热系数据透漏有的只有不到10w/m·k，有的称不低于16.0w/m·k，并称其使用效果优于捣打料。如经检索：

名称为《高炉炉底、炉缸使用的炭质捣打料》，其组成包括：粒度1-5mm的工业合成石墨30-45wt%；粒度小于0.074mm的工业合成石墨6-22wt%；粒度1-5mm磷片石墨为10-30wt%；高碳复合微粉8-20wt%；改性复合热固性树脂10-15wt%。将粒度为1-5mm的工业合成石墨和高碳复合微粉中速搅拌，再加入5-8wt%的改性复合热固性树脂；按先中速后高速进行搅拌，最后倒入其余原料和剩余的改性复合热固性树脂，高速搅拌混合后制得成品。捣打料冷态下散料必须通过捣固成型，存在劳动强度大，施工麻烦的不足。

中国专利公开号为CN110373507A的文献，公开了《一种高炉炉缸侧壁炭砖衬体内侧形成浇注衬体的方法》，其发明的内容主要是炉缸侧壁炭砖衬体内侧的浇注衬体的工序方法设置。将耐火浇注料注入在炉缸侧壁炭砖衬体和已砌筑的耐火砖之间,其上表面不高于已砌的耐火砖的上表面。其对浇注料是什么材质未予清楚说明，其针对的是炉缸侧壁，能否用于更加复杂的炉底的水冷管之间，不得而知。

中国专利公开号为CN110282990A的文献，公开了《一种高炉炉缸用浇注料及构成的高炉炉缸侧壁内衬》,其组成为：质量百分比组分(a)-(c)：(a)主体料：74-84%,(b)混合料：12-17%,(c)结合物：4-10%；所述主体料由下述质量百分比原料组成：粒度5-10mm的刚玉料：20-28%,粒度2-5mm的刚玉料：19-27%,粒度0-2mm的刚玉料：24-30%,粒度0-2mm的碳化硅料：18-32%,35MF的蓝晶石料：1-2%；所述混合料由下述质量百分比原料组成：氧化铝微粉：58-69%,硅微粉：18-24%,球沥青：9-16%,铝酸钙水泥：2.5-4.5%。高炉炉缸侧壁包含炭砖砌体、陶瓷杯和位于二者之间的用所述浇注料浇制的衬体,其在高炉径向上的厚度为100-300mm。其虽述浇注料充填性优良、含水量少,消除了大量水蒸发时导致的孔隙,浇注成高炉内衬抗侵蚀性优良，但由于该浇注料主要为刚玉料、蓝晶石料，及少量碳化硅骨料，且沥青加入量大，在高炉运行中，容易软化鼓泡，导热性难以保证，如用于高炉底部使用则会难以保证使用性能，认为不适用于高炉底部。

中国专利公开号为CN110041086A的文献，公开了《一种用于炉底找平层的柔性炭质浇注料》,其组成按质量百分数计为：高功率石墨颗粒料61～65％；高功率石墨粉10～20％；活性α-氧化铝微粉3～5％；天然鳞片石墨2～5％；纯铝酸盐水泥7～14％；分散剂1～2％。该文献虽不产生对环境有害的物质,对施工人员身体没有任何危害,但由于主要原料为石墨粉、天然鳞片石墨，这类石墨与水不浸润，容易漂浮在浇注料浆表面，难以形成均匀的浇注层；且纯铝酸盐水泥添加量为7～14％，用水量大，水泥结合材料容易分层，石墨漂浮到表面；另外炉底温度低，有时还存在水冷管漏水，靠铝酸钙水泥难以烧结，时间长容易粉化。

中国专利公开号为CN101823894A的文献，公开了《一种免烘烤碳质捣打料及其制备方法》,碳质捣打料包括：颗粒原料、微粉原料、改性结合剂、酚醛树脂；经应用发现,免烘烤捣打料一次捣打时间在15-25分钟,可节省劳动强度和用工时间；不烘烤,捣打好即可出铁,节省烘烤成本；苯并芘含量≤0.05％,对环境无污染；一次通铁周期长5-10万吨,提高了使用寿命。该文献所述浇注料为不是流动性的，不适用于炉底有水冷管的部位。

中国专利公开号为CN101671548的文献，公开了一种《高导热石墨捣打料》,包括下述重量份的原料：电解石墨20～30,碳黑 1～5,人造石墨30～55,桐油3～8,硅酸钠3～8,磷酸二氢铝0.5～3。该发明存在硅酸钠为碱性，磷酸二氢铝为酸性、桐油不溶于水，高温下酸碱反应，会鼓泡成为蜂窝体。

中国专利CN201910393433.0的文献，公开了一种《用于炉底找平层的柔性炭质浇注料》，其组成按质量百分数计如下:高功率石墨颗粒料61～65％，高功率石墨粉10～20％，活性α-氧化铝微粉3～5％，天然鳞片石墨2～5％，纯铝酸盐水泥7～14％，分散剂1～2％。该发明节能环保,不产生对环境有害的物质,对施工人员身体没有任何危害,符合国家提倡的环保及节能减排要求,与现有技术环保方面相比具有较大优势.所使用材料施工操作简单,具有一定触变性,只需振动成型后及时快速修平即可,可节省大量工期。该发明使用了天然鳞片石墨，与水不浸润，浇注过程容易漂浮到浆体表面，纯铝酸盐水泥熔点1650℃以上，完全靠石墨颗粒料达不到烧结，有水存在就容易粉化，起不到找平层的导热冷却作用。

从上述检索的文献结果看：国内文献报道的高炉用高导热炭质浇注料很少，唯一的报道使用石墨颗粒料、石墨粉、α-氧化铝微粉、天然鳞片石墨、纯铝酸盐水泥加分散剂；一个问题石墨和水难浸润，水泥结合容易分层漂浮到表面，另外一个问题，炉底温度很低，有时存在水冷管漏水，靠铝酸钙水泥难以烧结，时间长容易粉化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的现用炭质捣打料强度低、施工复杂、劳动强度大，材料性能与施工方式、施工质量关联度大的不足，提供一种流动性好、施工方便简单，导热系数在15W/m·K以上，从而能提高高炉炉底炉衬的施工质量的能自流的高炉用高导热炭质浇注料。

实现上述目的的措施：

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：35～55%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：5～30%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：10～20%，粒度≤0.074mm的电极粉：3～15%，粒度≤0.005mm的氧化铝微粉：3～8%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：5～20%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：3～8%，纳米级碳粉：0.1～3%，铁铝酸钙水泥：5～10%，减水剂：0.05～1.5%；外加入上述原料总重量的水量：4.5～7.5%。

其在于：所述的铁铝酸钙水泥为铁铝酸钙占重量百分比不低于75%的矿物相组成的水泥。

其在于：所述碳质骨料其固定碳含量不小于90%，其石墨化程度不低于70%，不高于95%。

其在于：所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

其在于：所述的减水剂为羧酸盐类减水剂或萘磺酸盐系减水剂。

本发明中主要原料的机理及作用

本发明之所以采用粒度5-1mm的碳质骨料，其固定碳含量不小于90%，其石墨化程度不小于70%。是由于碳质骨料碳含量低，容易发酥发脆，在高炉底部容易粉化；石墨化程度低，则导热系数低，对水冷管的水冷却效果不好，对高炉长寿不利。碳含量高，没有影响，石墨化程度太高，与水的浸润性有问题，不好分散。

本发明之所以采用粒度3-0.1mm的碳化硅骨料，其碳化硅含量不低于97%，是由于碳化硅含量低于97%，对致密度有影响，且导热性不好，影响炭质浇注料的导热系数；高于97%，则有利于致密度及导热性能。

本发明之所以采用粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉，是由于电煅无烟煤细粉大于0.074mm，致密度不够，太轻，浇注料密度不够，强度低，容易吸水粉化；当其粒度≤0.074mm时利于其分散效果。

本发明之所以采用粒度≤0.074mm的电极粉，是由于电极粉大于0.074mm，致密度不够，太轻，浇注料密度不够，强度低，容易吸水粉化；当其粒度≤0.074mm利于其分散效果。

本发明之所以采用粒度≤0.005mm的氧化铝微粉，是由于氧化铝微粉大于0.005mm，温度低的时候难以致密烧结，强度低，浇注料容易粉化；当其粒度≤0.005mm时利于其微粉的分散，且利于浇注料的低温烧结。

本发明之所以采用粒度≤0.074mm的碳化硅细粉，是由于碳化硅细粉大于0.074mm，难烧结、导热系数低；当其粒度≤0.074mm时利于浇注料基质强度提高，导热系数提高。

本发明之所以采用粒度≤0.074mm的金属硅粉，是由于碳化硅容易氧化，加入硅粉大于0.074mm，难氧化，起不到保护作用；当其粒度≤0.074mm时利于碳化硅合炭素的抗氧化效果。

本发明之所以采用纳米级碳粉，是由于纳米级碳粉分散性好，容易致密填塞空隙，提高导热系数。不是纳米级别的碳粉效果要差一些。

本发明之所以采用重量百分比不低于75%的矿物相组成的铁铝酸钙水泥，是由于铁铝酸钙水泥凝固速度适宜，烧结温度低，强度高，铁铝酸钙低于75%的矿物相组成的铁铝酸钙水泥，强度不够，凝固速度太快；铁铝酸钙不低于75%的矿物相组成的铁铝酸钙水泥，烧结温度低，凝固速度适宜。

本发明与现有技术相比，流动性好、施工方便简单，导热系数在15W/m·K以上，能提高高炉炉底水冷管周围炭质浇注料的质量，利于水冷效果的传递。使用碳素捣打料的高炉，由于施工不当和捣打料的质量不好，有的高炉投产不到2年，就会发生炉底温度升高的问题。使用炭质浇注料，其导热系数比一般的炭质捣打料要提高3-5w/m·k，其使用周期不低于12年。

附图说明

图1为本发明的炭质浇注料自流摊铺后的示意图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：46%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：14%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：11%，粒度≤0.074mm的电极粉：8%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：3%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：6%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：5%，纳米级碳粉：0.2%，铁铝酸钙水泥：6%，羧酸盐类减水剂：0.8%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

所述的铁铝酸钙水泥为铁铝酸钙占重量百分比不低于75%的矿物相组成的水泥。

所述碳质骨料其固定碳含量不小于90%，其石墨化程度不低于70%，不高于95%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的5.5%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在20.2MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在16.5W/m·K。试用后13个月，未发现问题。

实施例2

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：51.8%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：18%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：10%，粒度≤0.074mm的电极粉：3%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：4%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：5%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：3%，纳米级碳粉：0.1%，铁铝酸钙水泥：5%，羧酸盐类减水剂：0.1%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

所述碳质骨料其固定碳含量不小于90%，其石墨化程度不小于70%，不大于95%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的4.8%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在17.8MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在15.3W/m·K。试用11个月后，未发现问题。

实施例3

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：35%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：17%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：15%，粒度≤0.074mm的电极粉：5%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：8%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：5.5%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：3%，纳米级碳粉：1%，铁铝酸钙水泥：9.5%，萘磺酸盐系减水剂：1.0%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的7.0%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在28.5MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在17.1W/m·K。试用15个月后，仍未发现问题。

实施例4

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：36%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：24.8%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：11%，粒度≤0.074mm的电极粉：4%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：4%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：6%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：4%，纳米级碳粉：2%，铁铝酸钙水泥：7%，羧酸盐类减水剂：1.2%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的6%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在23.8MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在16.3W/m·K。试用12.5个月后，未发现问题。

实施例5

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：37%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：5%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：12%，粒度≤0.074mm的电极粉：5%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：5%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：18%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：8%，纳米级碳粉：1.5%，铁铝酸钙水泥：8%，萘磺酸盐系减水剂：0.5%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的6.2%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在25.3MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在17.7W/m·K。试用14个月后，仍未发现问题。

实施例6

一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：39%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料：8%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：18%，粒度≤0.074mm的电极粉：10%，粒度≤0.074mm的氧化铝微粉：4%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：9%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：3%，纳米级碳粉：0.5%，铁铝酸钙水泥：8.3%，羧酸盐类减水剂：0.2%。

所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

制备：

将上述原料混合均匀后，再按照原料总重量的6.5%加入水，经搅拌成为具有合适流动性的浆体后，倒入高炉炉底待施工部位并铺平，也可以用小型振动器震动促进物料摊平；等待固化后养护7天后，再根据设定的烘烤曲线升温干燥即可。

经检测，其待固化并养护及干燥后，强度在26.1MPa，高炉炉底待施工部位均被高导热炭质浇注料均匀覆盖；其导热系数在19.3W/m·K。试用15个月后，仍未发现问题。

具体实施方式仅为例举，并非对本发明技术方案的限定。

Claims

1.一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其组分及重量百分比含量为：粒度5-1mm的碳质骨料：35～55%，粒度3-0.1mm的碳化硅骨料5～30%，粒度≤0.074mm的电煅无烟煤细粉：10～20%，粒度≤0.074mm的电极粉：3～15%，粒度≤0.005mm的氧化铝微粉：3～8%，粒度≤0.074mm的碳化硅细粉：5～20%，粒度≤0.074mm的金属硅粉：3～8%，纳米级碳粉：0.1～3%，铁铝酸钙水泥：5～10%，减水剂：0.05～1.5%；外加入上述原料总重量的水：4.5～7.5%。

2.如权利要求1所述的一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其特征在于：所述的铁铝酸钙水泥为铁铝酸钙占重量百分比不低于75%的矿物相组成的水泥。

3.如权利要求1所述的一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其特征在于：所述碳质骨料其固定碳含量不小于90%，其石墨化程度不低于70%，不高于95%。

4.如权利要求1所述的一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其特征在于：所述的碳化硅骨料及碳化硅细粉中碳化硅含量不低于97%。

5.如权利要求1所述的一种能自流的高炉用高导热炭质浇注料，其特征在于：所述的减水剂为羧酸盐类减水剂或萘磺酸盐系减水剂。