本发明专利技术涉及一种含煤矸石和镁橄榄石的高炉用炮泥耐火材料及其制备方法，属于耐火材料制备领域。其特征在于以刚玉颗粒、碳化硅颗粒、焦炭粉、粘土细粉等为主要原料，添加适量的煤矸石及镁橄榄石，以改性沥青、焦油或树脂做结合剂，搅拌混合后通过练泥机挤出后即得高炉出铁口用炮泥。配料中各原料按质量百分比计为：刚玉颗粒１０～７１％，碳化硅颗粒２～２１％，粘土细粉５～３０％，焦炭粉５～３０％，煤矸石０．１～５５％，镁橄榄石０．１～５５％。本发明专利技术利用固体废弃物煤矸石及廉价矿物镁橄榄石，部分代替高性能炮泥常用的致密高铝矾土、刚玉和碳化硅等原料，具有生产成本较低的优势且节约优质资源和保护生态环境的重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用煤矸石和镁橄榄石来制备高性能低成本中小型高炉出铁口用炮泥的 方法，属耐火材料
技术介绍
炮泥是一种用来堵高炉出铁口的耐火可塑料，具有堵塞出铁口的作用，又具有保护炉壁、 炉缸的功能。为了使铁口工作状态稳定，满足高炉强化冶炼的需要，要求炮泥的作业性、体 积稳定性、烧结性和开口性能要好，同时具有抗渣、铁液侵蚀和冲刷，抗氧化的特性。目前 高性能炮泥一般由优质矾土熟料、刚玉质原料、碳化硅、氮化硅、焦粉、优质结合粘土等为 主要原料，同时配加焦油、沥青或树脂等用作结合剂。这种炮泥由于采用了优质高纯原料， 并以碳质原料为结合剂，其耐渣侵蚀性能良好，可使铁口出铁时间延长，降低出铁次数。但因存在其配料严格，打泥压力高z生产成本高，开铁口困难等一系列问题。特别是碳化硅原 料、刚玉质原料和优质结合粘土占成本很大比重，迫切需要降低成本。此外，目前高性能高炉出铁口炮泥中往往添加氮化硅铁，来改善炮泥的抗渣铁侵蚀性能和开孔性能，主要是利用了其中含Fe化合物较低的熔点使炮泥实现梯度烧结，同时氮化硅相 在高炉内部CO和N2气氛下发生分解产生气体，使炮泥中产生气孔，这就使出铁开孔时可以 比较容易的钻开出铁口。但是氮化硅铁的成本相对较高，不适合在中小型高炉炮泥上使用。考虑到目前高性能炮泥均采用相对价格较高的高纯人工合成原料，所以生产成本较高， 因此可以考虑使用一些相对廉价同时又具有较好耐高温性能的矿产资源来替代优质合成耐火 原料，如煤矸石和镁橄榄石等矿物。在炮泥中添加部分这些矿物， 一方面可以降低成本，节 约优质资源，同时又能够满足高炉用炮泥耐火材料使用性能的要求。煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物，也是目前排放量最大的工业固 体废弃物之一，煤矸石长期被视为废物。矸石山不仅占据了大片土地，而且对生态环境造成 严重污染和破坏，甚至酿成安全事故。据统计，我国排矸量每年达2亿多吨，占地8000km2， 这不仅占用了大量的农田，而且由于雨水、粉尘、自燃等严重污染着生态环境，危害了工农 业生产和人民生活，为此开展煤矸石综合利用己成为我国矿业的一项重要任务。煤奸石的主 要矿物成分有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、水铝石和少量稀有金属矿 物等组成，此外还含有一定量的C元素。煤矸石中还有大量的A1203、 Si02，其中高岭石相 含量可达70%左右，具有较高的利用价值。目前煤矸石的应用主要是经过高温煅烧制备高岭 土，用在涂料、橡胶和造纸等行业，但在这些行业应用时对其白度和粒度等要求比较严格，煅烧过程污染严重，超细加工磨细过程能耗高，因此大量的应用也被限制。由于煤矸石的这些性能特点，直接将其加工为细粉或颗粒加入到炮泥中，在使用过程的 高温下煤矸石中的高岭石相会转变成莫来石相，可以起到碳化硅原料以及刚玉原料的耐高温 的作用，同时其中的C的存在可以减少碳素材料的加入，此外煤矸石中含有的一些碳酸盐及 硫酸盐物相在高温下分解可以产生部分气体，有利于增加炮泥烧结部分的气孔率，使炮泥较 易开铁口。镁橄榄石属硅酸盐矿物，化学式为2MgOSi02，天然的纯镁橄榄石很少， 一般为镁橄榄 石和铁橄榄石的固溶物，次矿物相为斜顽辉石与蛇纹石。镁橄榄石熔点为189(TC,从常温 到熔点之间无晶型转变，是MgO-Si02系中稳定的耐火相，高温性能优良，化学性能稳定， 不易水化，高温收縮小，无游离的Si02存在，原料使用前无需煅烧，被普遍认为是一种优 良的绿色环保材料，而且价格较便宜。我国镁橄榄石资源丰富，总探明储量在IO亿吨以上。 一般情况下，镇橄榄石中固溶有6% 7%的铁橄榄石，所以，在镁橄榄石中一般含有5%左 右的氧化铁，这导致其直接在耐火材料制品中的使用受到很大的限制。但是，本专利技术提出将 镁橄榄石应用到炮泥中既可以利用其耐高温性能、高温体积稳定性、耐渣铁侵蚀等优点替换 部分刚玉和碳化硅原料，同时又可以利用其中含有的氧化铁来促进炮泥在高温使用过程中的 梯度烧结，使其具有适宜的高温强度，同时又易于开铁口。经过对相关文献和专利检索査阅，还未发现有镁橄榄石和固体废弃物煤矸石作为原料 在高炉用炮泥耐火材料中应用的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有煤矸石和镁橄榄石的综合高效增值利用途径较少以及高炉出 铁口用炮泥所用原料价格较高而导致成本较高的突出问题，提出一种含有煤矸石和镁橄榄 石的高炉用炮泥耐火材料及其制备方法，通过在高炉用炮泥耐火材料中添加适量的煤奸石、 镁橄榄石和煅烧镁橄榄石熟料，制备出低成本且具有优良使用性能的高炉出铁口用炮泥耐 火材料。.本专利技术提出的一种含有煤矸石和镁橄榄石的高炉用炮泥耐火材料及其制备方法，其特征 在于该高炉用炮泥耐火材料含有适量的煤矸石、镁橄榄石或煅烧镁橄榄石等矿物原料。在所述高炉用炮泥耐火材料组成中，煤矸石占炮泥耐火材料总质量的0.1 55%，镁橄 榄石和煅烧镁橄榄石占炮泥耐火材料总质量的0.1 55%。在所述高炉用炮泥耐火材料制备时，煤矸石、镁橄榄石和煅烧镁橄榄石等三种原料可 以添加其中一种，也可以两种或者三种同时添加，主要以颗粒和细粉的形式加入，其粒度 可在0.001mm 12mm之间。所述高炉用炮泥耐火材料中所述的煤矸石，其特征在于所述煤矸石中Ak03含量大 于10%。本专利技术将煤矸石、镁橄榄石和煅烧镁橄榄石作为原料部分替代价格较贵的优质矾土熟 料、刚玉以及碳化硅等原料，本专利技术具有降低高炉用炮泥耐火材料的生产成本、节约优质 矾土熟料等资源，减少高能耗的刚玉和碳化硅等耐火原料的消耗，同时丰富煤石干石固体废 弃物和镁橄榄石的高效增值的利用途径，对保护生态环境方面也具有重要意义。本专利技术以刚玉颗粒、碳化硅颗粒、焦炭粉、粘土细粉等为主要原料，添加适量的煤矸 石、镁橄榄石或煅烧镁橄榄石，以改性沥青、焦油或树脂做结合剂，搅拌混合后通过练泥 机(也可以是真空练泥机)挤出后即可得高炉出铁口用炮泥耐火材料。配料中各原料按质 量百分比范围可为刚玉10 71%，碳化硅2 21%，粘土细粉5 30%,焦炭粉5 30%， 煤矸石0.1~55%，镁橄榄石和煅烧镁橄榄石0.1 55%，结合剂10 30%。刚玉可以采用 8 5mm、 5 3nmi、 3 mm和5mm这几种粒度，碳化硅颗粒选择5l.0mm，粘土细粉、 焦炭粉和中温沥青粉选择SO.lmm，煤矸石和镁橄榄石可采用粒度为3 0.5mm和^).5imn。 各原料具体的百分含量、颗粒大小和颗粒级配，可根据各高炉实际情况进行调整。具体制备工艺为先将所有细粉料(刚玉和碳化硅细粉、粘土细粉、焦炭粉和中温沥 青粉等)混合均匀，然后在搅拌机中先把所有粗颗粒原料搅拌5分钟，加入一半结合剂， 搅拌10分钟，使粗颗粒表面被结合剂润湿，然后将细粉料加入搅拌机，再搅拌10分钟后， 加入另一半结合剂继续搅拌15分钟，然后经过练泥机(也可以是真空练泥机)挤出，即 可将该炮泥耐火材料包装发运使用。本专利技术所述的高炉用炮泥耐火材料的制备工艺流程为原料—配料—搅拌机搅拌—添加结合剂—搅拌机搅拌—练泥机挤出—包装—炮泥耐 火材料—使用具体实施方式 实施例ll.按下列配比称取原料(质量百分比)刚玉颗粒(刚玉颗粒的质量要求为A1203含量大于95。/q，体积密度大于3.6g/cm3): 8本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含煤矸石和镁橄榄石的高炉用炮泥耐火材料及其制备方法，其特征在于：该炮泥耐火材料中含有适量的煤矸石、镁橄榄石或煅烧镁橄榄石等矿物原料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴小贤，黄朝晖，刘艳改，房明浩，张健，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11[]
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