本發明屬于高溫耐火材料領域，具體涉及一種高爐炮泥用結合劑及高爐炮泥材料。
背景技術：
我國鋼鐵產能占全球約50％，去產能和節能減排任務艱巨，高爐是煉鐵生產的主要設備。高爐不出鐵渣熔液時，炮泥填充在鐵口內，使鐵口維持足夠的深度；高爐出鐵渣時，鐵口內的炮泥中心被鉆出孔道，鐵渣熔液通過孔道排除爐外。煉鐵過程中高爐的出鐵口需要反復被鉆開和填充，熾熱的鐵水和熔渣對炮泥產生物理和化學的作用，如果炮泥質量差，會產生諸多問題。隨著煉鐵工業的迅速發展，高爐向大型化、高風溫、富氧、噴煤、高冶煉強度方向發展，對高爐炮泥的性能要求越來越苛刻，而高爐炮泥結合劑的性能至關重要。
焦化廠副產品煤焦油經過簡單脫水處理，由于低溫揮發分高殘炭值低，造成高爐炮泥性能低劣，不能滿足大中型高爐需求。國內某改性樹脂結合劑，在現場試驗過程中，出現粘結炮口不易清理、滲漏現象時有發生、出鐵時間偏短。進口的環保型高爐炮泥專用粘結劑，價格高昂不符合節能減排，使用效果并不明顯。先前，炮泥結合劑的典型代表是使用脫水處理的煤焦油，炮泥材料則由高鋁礬土、剛玉、焦炭、碳化硅、瀝青、氮化硅鐵、粘土、絹云母等組成。
公開號CN1898360A專利，使用混合煤焦油60℃時粘度優選100-2400cps，作為高爐炮泥結合劑，粘度＜500cps時，結合力偏低中低溫揮發性高，時而會出現滲漏現象，需要用瀝青來提高高溫結合強度，因此使用過程中煙氣過大，粘度＞1900cps時，加大了炮泥材料在混拌輪碾過程中的阻力，同時這種結合劑由于煤焦油屬于復雜大分子有機物，在壓炮過程中干燥過慢；因此，這種混合煤焦油在實際使用過程中涉及環保發煙大也不是十分完美的；進口的環保型高效高爐炮泥專用粘結劑，由于價格十分昂貴，炮泥生產企業很難接受；焦化廠副產品煤焦油經簡單脫水處理作為炮泥結合劑，由于230℃以下揮發分達到35％以上，只能用于要求不高、出鐵時間短的1000m3以下的小高爐。因此，亟需一種高殘炭率，燒結速度快，抗侵蝕耐沖刷，成本適中，環保無煙的高爐炮泥結合劑和高爐炮泥材料，替代進口同類結合劑及提升國內大高爐炮泥性能。
技術實現要素：
為解決現有技術中高爐炮泥材料用結合劑和高爐炮泥質量低劣的問題，本發明提供了一種燒結速度快，抗侵蝕耐沖刷，成本適中，環保無煙的高爐炮泥用結合劑及高爐炮泥材料。
本發明的一種高爐炮泥用結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物40-70份、酚醛清漆樹脂30-60份、外加表面活性劑2-5份，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌1.5-2.5小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。
本發明高爐炮泥用結合劑中含有煤焦油蒸餾釜底物、酚醛清漆樹脂，結合了焦油結合劑和樹脂結合劑的優點，可以制造出性能優良的高爐炮泥。煤焦油蒸餾的工藝過程封閉運行，通過冷凝器獲得的混合雜酚油可以直接銷售，利用納米炭黑吸附剩余微量外逸高溫氣體，環保無排放。表面活性劑能夠很好地降低煤焦油脫氣處理后釜底物、酚醛清漆性樹脂的表面張力，促進其相互溶合，醇類隨然不能作為煤焦油脫氣處理后釜底物溶劑，但是能很好地促進樹脂溶于煤焦油脫氣處理后釜底物。酚醛清漆型樹脂主要利用其快干性來改善其中低溫強度均一問題，30％比例足以解決問題，低于30％快干性不充分，超過60％抗氧化性降低成本增加。
進一步的，煤焦油蒸餾釜底物的結焦值為37-45％。
進一步的，酚醛清漆樹脂的游離酚含量小于9％、結焦值大于29％，水分含量小于3％。
進一步的，表面活性劑由活性劑和醇類組成，活性劑為硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物、卵磷脂、氨基酸型、脂肪酸甘油酯、碳氟活性劑、含硅活性劑中的至少一種，醇類為乙二醇、丙三醇中的至少一種。表面活性劑能夠很好地降煤焦油脫氣處理后釜底物、酚醛清漆性樹脂的表面張力，促進其相互溶合。
本發明的一種高爐炮泥包含以下質量份的原料：高爐炮泥用結合劑12-17.5份；所述結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物40-70份、酚醛清漆樹脂30-60份、表面活性劑2-5份(外加)，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌1.5-2.5小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。
進一步的，所述炮泥材料包含以下質量份的原料：高鋁質材料20-35份、硅質膨脹劑10-20份、碳素類10-20份、碳化硅15-25份、粘土3-9份、氮化硅鐵15-25份、絹云母1-5份。
進一步的，高鋁質材料中Al2O3含量大于85％。
進一步的，硅質膨脹劑為臘石、紅柱石、藍晶石中的至少一種。
進一步的，碳素類為焦炭、瀝青、石墨、納米碳粉、電極粉中的至少一種。
進一步的，粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅鐵中N含量大于30％，Si的含量為48-51％，Fe含量為10-15％。
本發明的有益效果為：本發明的高爐炮泥用結合劑與國內現行結合劑比較，無需額外添加瀝青等發煙原料具有環保無煙效果，由于含有酚醛清漆樹脂及粘度高因此高爐炮泥在不同的溫度范圍具有燒結速度快、結合強度高的特點，高溫下能夠很好填充炮泥材料縫隙，炮泥氣孔率降低致密性提高，具有耐用性，而且很好地解決了炮泥前部泥包的斷裂斷漏問題，鐵口深度穩定，真正起到了保護出鐵口周圍及爐缸底部爐襯的耐火磚，有效延長高爐使用壽命的作用。本發明的高爐炮泥由于配合了碳化硅、氮化硅類原料，炮泥材料耐侵蝕性耐沖刷性更強，大幅度提高了出鐵時間，減少了出鐵次數，減輕了爐前工人勞動強度，噸鐵炮泥消耗達到了發達國家水平0.4kg/噸(目前國內2000m3以上大中型高爐有的噸鐵消耗還在0.6-0.8公斤以上)，甚至更低；由于配合使用了酚醛樹脂，炮泥燒結速度快，出鐵過程無煙環保。本發明的高爐炮泥結合劑和高爐炮泥材料的燒結速度快，抗侵蝕耐沖刷，成本適中，環保無煙，真正實現了節能環保，可以完全取代進口產品，對于支持我國煉鐵產業節能、環保、延長高爐壽命、技術進步，具有重要意義。
附圖說明
圖1為本發明的高爐炮泥用結合劑的粘度和溫度的關系曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的結構進行詳細解釋說明。
實施例1
本發明的高爐炮泥用結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物40份、酚醛清漆樹脂60份、外加表面活性劑2份，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌1.5小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。煤焦油蒸餾釜底物的結焦值為37％。酚醛清漆樹脂的游離酚含量小于9％、結焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性劑由活性劑和醇類組成，活性劑為硬脂酸，醇類為乙二醇。
高爐炮泥用結合劑采用下述方法制備：把上述質量份的煤焦油蒸餾釜底物、酚醛清漆樹脂、表面活性劑按設定比例混合，加熱到50℃攪拌均勻即可獲得，備用。
本發明的高爐炮泥由上述的結合劑12質量份，及100質量份的以下原料組成：高鋁質材料20份、硅質膨脹劑10份、碳素類10份、碳化硅25份、粘土9份、氮化硅鐵25份、絹云母1份。其中，高鋁質材料中Al2O3含量為85％；硅質膨脹劑為臘石；碳素類為焦炭；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅鐵中N含量大于30％，Si的含量為48％，Fe含量為10％。
高爐炮泥采用下述方法制備：先把100份炮泥材料投入炮泥輪碾機內預混5分鐘，再外加12份結合劑進行混煉碾壓40分鐘，取樣做馬夏值檢測合格后留樣放料，通過切片機二次均勻后經擠泥機、切斷機生產出塊狀炮泥，用小塑料袋密閉包裝、碼垛、困料，3天后再進行馬夏值檢測，合格后即可裝袋(箱)。
實施例2
本發明的高爐炮泥用結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物70份、酚醛清漆樹脂30份、外加表面活性劑3份，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌2小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。煤焦油蒸餾釜底物的結焦值為40％。酚醛清漆樹脂的游離酚含量小于9％、結焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性劑由活性劑和醇類組成，活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，醇類為丙三醇。
高爐炮泥用結合劑采用下述方法制備：把上述質量份的煤焦油蒸餾釜底物、酚醛清漆樹脂、表面活性劑按設定比例混合，加熱到60℃攪拌均勻即可獲得，備用。
本發明的高爐炮泥由上述的結合劑14質量份，和100質量份的以下原料組成：高鋁質材料25份、硅質膨脹劑20份、碳素類15份、碳化硅20份、粘土3份、氮化硅鐵15份、絹云母2份。其中，高鋁質材料中Al2O3含量為88％；硅質膨脹劑為紅柱石；碳素類為石墨；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅鐵中N含量大于30％，Si的含量為50％，Fe含量為13％。
高爐炮泥采用下述方法制備：先把100份炮泥材料投入炮泥輪碾機內預混5分鐘，再外加14份結合劑進行混煉碾壓40分鐘，取樣做馬夏值檢測合格后留樣放料，通過切片機二次均勻后經擠泥機、切斷機生產出塊狀炮泥，用小塑料袋密閉包裝、碼垛、困料，3天后再進行馬夏值檢測，合格后即可裝袋(箱)。
實施例3
本發明的高爐炮泥用結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物60份、酚醛清漆樹脂40份、外加表面活性劑3份，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌2小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。煤焦油蒸餾釜底物的結焦值為42％。酚醛清漆樹脂的游離酚含量小于9％、結焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性劑由活性劑和醇類組成，活性劑為卵磷脂，醇類為乙二醇。
高爐炮泥用結合劑采用下述方法制備：把上述質量份的煤焦油蒸餾釜底物、酚醛清漆樹脂、表面活性劑按設定比例混合，加熱到70℃攪拌均勻即可獲得，備用。
本發明的高爐炮泥由上述的結合劑16質量份，和100質量份的以下原料組成：高鋁質材料20份、硅質膨脹劑10份、碳素類20份、碳化硅15份、粘土6份、氮化硅鐵25份、絹云母4份。其中，高鋁質材料中Al2O3含量大于88％；硅質膨脹劑為藍晶石；碳素類為納米炭粉；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅鐵中N含量大于30％，Si的含量為50％，Fe含量為14％。
高爐炮泥采用下述方法制備：先把100份炮泥材料投入炮泥輪碾機內預混5分鐘，再外加16份結合劑進行混煉碾壓40分鐘，取樣做馬夏值檢測合格后留樣放料，通過切片機二次均勻后經擠泥機、切斷機生產出塊狀炮泥，用小塑料袋密閉包裝、碼垛、困料，3天后再進行馬夏值檢測，合格后即可裝袋(箱)。
實施例4
本發明的高爐炮泥用結合劑包括以下質量份的組分：煤焦油蒸餾釜底物50份、酚醛清漆樹脂50份、外加表面活性劑5份，其中，煤焦油蒸餾釜底物的獲得方法如下：在高溫陶瓷反應釜加入煤焦油，230℃加熱攪拌2.5小時，反應脫氣后得到煤焦油蒸餾釜底物。煤焦油蒸餾釜底物的結焦值為45％。酚醛清漆樹脂的游離酚含量小于9％、結焦值大于29％，水分含量小于3％。表面活性劑由活性劑和醇類組成，活性劑為脂肪酸甘油酯，醇類為丙三醇。
高爐炮泥用結合劑采用下述方法制備：把上述質量份的煤焦油蒸餾釜底物、酚醛清漆樹脂、表面活性劑按設定比例混合，加熱到80℃攪拌均勻即可獲得，備用。
本發明的高爐炮泥由上述的結合劑17.5質量份，和100質量份的以下原料組成：高鋁質材料35份、硅質膨脹劑10份、碳素類10份、碳化硅25份、粘土5份、氮化硅鐵15份、絹云母5份。其中，高鋁質材料中Al2O3為99％；硅質膨脹劑為臘石；碳素類為納米碳粉；粘土中Al2O3含量大于28％；氮化硅鐵中N含量大于30％，Si的含量為51％，Fe含量為15％。
高爐炮泥采用下述方法制備：先把100份炮泥材料投入炮泥輪碾機內預混5分鐘，再外加16份結合劑進行混煉碾壓40分鐘，取樣做馬夏值檢測合格后留樣放料，通過切片機二次均勻后經擠泥機、切斷機生產出塊狀炮泥，用小塑料袋密閉包裝、碼垛、困料，3天后再進行馬夏值檢測，合格后即可裝袋(箱)。
如圖1所示，本發明的高爐炮泥用結合劑的粘度隨著溫度的升高而降低，在50-80℃范圍內，粘度在110-1900cps，60℃時粘度都優選500-1900cps，由于粘度高，因此高爐炮泥在出鐵渣通道內不同的溫度范圍具有均勻的結合強度。
本發明的高爐炮泥用結合劑與市場上常用的焦油(合資生產)、含碳樹脂(進口歐洲)、國產改性樹脂、普通焦油結合劑相比，60℃粘度為500-1900cps，固定碳值為32-35％，粘度和固定碳值明顯高于對比例。對比結果如表1所示。
表1本發明的高爐炮泥用結合劑與對比例的對比結果
本發明的高爐炮泥與使用焦油(合資生產)(對比例1)、含碳樹脂(進口歐洲)(對比例2)、國產改性樹脂(對比例3)、普通焦油(對比例4)結合劑得到的炮泥材料相比(除結合劑外，其他與原料的配比相同)，硬化時間為5-8.5min，明顯短于對比例；1500℃抗折強度為4.6-7.8MPa，強于對比例；開口性良好，無斷漏，性能優于對比例中的炮泥材料。對比結果如表2所示。
表2本發明的高爐炮泥與對比例的理化指標
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明實質內容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。