一种炼铁高炉炉体灌缝压浆料及其制备方法

摘要

本发明是一种炼铁高炉炉体灌缝压浆料及其制备方法，属耐火材料领域，具体涉及一种高炉炉体缝隙的压浆修补用耐火材料及其制备方法。该压浆料由主料和结合剂两部分构成。主料所用原料及质量百分比为碳化硅65～68％、石英25～28％、氧化铝4～7％、石墨1％左右；原料粒径为碳化硅＜1000μm、石英＜300μm、氧化铝＜120μm、石墨＜120μm。结合剂加入量为主料质量的50～55％，其中聚乙二醇43.5～46.5％、聚乙烯吡咯烷酮6.5～8.5％。其制备方法是先将主料原料分别计量后进行干混，再将结合剂分别计量后加入搅拌均匀。该压浆料具有耐高温、耐侵蚀、热膨胀系数较小、导热系数较高和热稳定性好，在室温～180℃时具有流动性，能有效填充高炉炉体的裂隙，可胜任高炉炉体各种缝隙的压浆修补作业及高炉炉体的工作条件。

说明书

技术领域

本发明属耐火材料领域，具体涉及一种炼铁高炉炉体灌缝压浆修补用耐火材料及其制备方法。

背景技术

2009年我国粗钢产量达到5.678亿吨，几乎占据全球总产量的半壁江山，我国作为全球第一钢铁大国，钢铁行业在我国的国民经济中占有举足轻重的地位。目前我国约有1200多座炼铁高炉，大于1000立方米容积的高炉有200多座。

一般新建高炉热启动后，炉体内各种材料会出现不同程度的“蠕动”，造成炉体材料局部裂隙，因而常常会导致出铁口面部和风口周围有煤气泄漏；铁口部位经常遭受泥炮、开口机及其它机械力的冲击，造成铁口部位材料产生裂隙，而会导致铁口部位煤气泄漏。如果不及时采取有效的治理措施，不仅会影响炼铁高炉的正常运行，增大炼铁能耗，而且还会对周围环境造成恶劣影响，危害周围作业工人的身体健康和人身安全。另外，在高炉的运行中，由于炉缸区域耐火材料间空隙的存在，也会影响其导热性，使炉缸区域炉壳温度升高，增大炉缸砖衬的侵蚀，因而导致高炉工作寿命降低，影响产量。

压浆料修补技术在国外已作为一种实现高炉长寿命的重要措施，日本及欧洲的一些国家已在几十座高炉上采用了定期压入修补的技术，大幅度地延长了高炉的寿命。日本从1962年着手研究对高炉炉身、炉腹部位进行压入法修补，翌年获得成功并推广应用。美国、英国、韩国也相继对高炉进行了压入修补。

目前我国炼铁厂普遍采用传统的压浆灌补方法来治理，虽然治理成本较低，但治理效果往往不够理想；而个别炼铁厂采用国外引进的“集成”压浆方法虽然治理效果很好，但所用配套的进口压浆料又十分昂贵，大大增大了炼铁的生产成本，阻碍了此项技术的推广应用。

因此，利用我国本土原材料，研制出适合于“集成”压浆方法，能够有效填充高炉炉体的裂隙，克服煤气泄漏，降低炉缸区域炉壳温度，延长高炉的使用寿命，降低炼铁能耗，并且低成本的新型灌缝压浆材料，成为目前亟待解决的问题。

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)应用于耐火材料制造方面的研究目前尚未见报道，但根据聚乙烯吡咯烷酮具有优良的吸附性、成膜性、分散性、粘接性和热稳定性，聚乙二醇具有良好的溶解性、分散性和稳定性。并经过大量试验证明，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇适合作为高炉炉体灌缝压浆料的结合剂。

目前，用碳化硅、石英、氧化铝和石墨为主料原料，选用聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇作为结合剂，制备高炉炉体灌缝压浆料及其制备方法的研究，在国内尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于上述现有高炉炉体普遍存在的裂隙问题及其修补治理中的不足，提供一种具有良好的耐高温、耐侵蚀、热膨胀系数较小、导热系数较高和热稳定性好，并且在室温～180℃时具有一定的流动性的高炉炉体灌缝压浆料及其制备方法。

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为一种炼铁高炉炉体灌缝压浆料及其制备方法，其特征在于该压浆料由主料和结合剂两部分构成，结合剂的加入量为主料质量的50～55％。

该压浆料主料所用原料及原料的质量百分比为：碳化硅65～68％，石英25～28％，氧化铝4～7％，石墨1％左右。

该压浆料主料所用原料的粒径为：碳化硅＜1000μm，石英＜300μm，氧化铝＜120μm，石墨＜120μm；该压浆料主料的粒径分布为：＜6.502μm  10％，＜34.28μm  25％，＜94.69μm  50％，＜163.0μm  75％，＜279.7μm  90％。

该压浆料结合剂选用聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其加入量为主料质量的百分比为：聚乙二醇(PEG)43.5～46.5％，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)6.5～8.5％。

该压浆料的制备方法：先将主料原料碳化硅、石英、氧化铝和石墨分别计量后在搅拌器内进行充分干混，然后再将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)分别计量后加入搅拌器中，充分搅拌至均匀。

本发明以高碳化硅、适量石英、少量氧化铝和石墨混合调配出主料，主料具有耐高温、耐侵蚀、高强度、热膨胀系数较小和导热系数较高等特点；以聚乙二醇+聚乙烯吡咯烷酮为结合剂具有良好的吸附性、成膜性、分散性、粘接性和热稳定性等特点。开发出的高炉炉体灌缝压浆料具有良好的耐高温、耐侵蚀、热膨胀系数较小、导热系数较高和热稳定性好，并且在室温～180℃时具有一定的流动性。能够有效地填充高炉炉体的裂隙，可胜任炼铁高炉炉体内部各种缝隙的压浆修补作业及高炉炉体的工作条件。

具体实施方式

本发明实施例所用主要原料碳化硅和石英的主要化学成分见表1和2表。

表1  碳化硅的化学组成

表2  石英的化学组成

实施例1

主料配料组成：碳化硅66.31％，石英26.8％，氧化铝5.9％，石墨0.99％。

结合剂的加入量为主料加入量的52.72％，其中：工业级聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K-60加入量为主料加入量的7.27％，聚乙二醇(PEG)-400加入量为主料加入量的45.45％。

先将碳化硅、石英、氧化铝和石墨分别计量后放入搅拌器，干混5分钟；然后再将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K-60和聚乙二醇(PEG)-400分别计量后加入搅拌器中，再搅拌60分钟。即可获得满足性能要求的高炉炉体灌缝压浆料。

该压浆料在不同温度下的粘度检测结果见表3。

表3不同温度下的粘度

该压浆料以40℃为起始温度，200℃为终止温度，每次升温20℃，保温时间为10min，然后测量其质量变化，以40℃时的质量为基准计算其质量变化率，并观察浆料的外观变化。检测结果见表4。

表4不同温度下的质量变化率及外观表现

实施例2

主料配料组成：碳化硅67.1％，石英26.01％，氧化铝5.9％，石墨0.99％。

结合剂的加入量为主料加入量的53.1％，其中：工业级聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K-60加入量为主料加入量的7.32％，聚乙二醇(PEG)-400加入量为主料加入量的45.78％。

先将碳化硅、石英、氧化铝和石墨分别计量后放入搅拌器，干混5分钟；然后再将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K-60和聚乙二醇(PEG)-400分别计量后加入搅拌器中，再搅拌60分钟。即可获得满足性能要求的高炉炉体灌缝压浆料。

该压浆料在不同温度下的粘度检测结果见表5。

表5不同温度下的粘度

该压浆料在不同温度下的质量变化的检测同实施例1，其检测结果见表6。

表6不同温度下的质量变化率及外观表现