[发明专利]高炉出铁口用炮泥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金耐火材料技术领域，涉及一种高炉出铁口用炮泥及其制备方法，更具体而言，涉及一种利用SiC/Al₂O₃/C复合粉体制备的炮泥及其制备方法。

背景技术

炮泥是一种高炉炼铁过程中用于封堵出铁口的耐火材料，是高炉运行过程中最重要的消耗性材料之一。据统计，2011年，中国钢铁产量达到6.83亿吨，约占世界总量的三分之一。从目前国内的使用水平来看，每吨铁水炮泥单耗接近1kg，因此，粗略计算，每年炮泥的使用量超过60万吨，消耗量非常大。

Al₂O₃、SiC和C是炮泥的主要组分，对炮泥的性能影响显著。Al₂O₃体积密度大、熔点高（2050℃）、化学性质稳定、耐渣铁侵蚀性好，是优质的耐火原料。Al₂O₃在炮泥中使用提高了炮泥的强度，增强了耐磨性和抗侵蚀性能。SiC具有导热率高、耐磨性好、高温强度高、热膨胀系数小、热震稳定性好的优点，作为炮泥的原料可改善其抗熔渣侵蚀和冲刷等性能，提高高温结构强度和热稳定性，抑制其它原料的氧化。碳的导热性好，与熔渣难润湿，抗渣侵蚀性和热震稳定性好。碳在炮泥中使用增加炮泥的显气孔率，改善炮泥的透气性，便于挥发性成分的释放、逸出，防止耐火原料过烧结，有利于炮泥的开口。同时，在高温下形成碳结合相，保证了炮泥的强度。

随着冶炼技术的飞速发展，高炉大型化、长寿化、出铁时间的增长以及渣铁流量的增加等因素对出铁口用炮泥提出了更高的要求，要求炮泥的烧结性、体积稳定性、堵口和开口性能要好，同时具有抗渣、铁液冲刷和侵蚀、抗氧化等性能。为此，Al₂O₃、SiC和C在炮泥制备中的使用量逐渐增加。Al₂O₃和SiC属高档耐火材料，原料成本较高，目前，二者的售价均超过4000元/吨，因此，Al₂O₃和SiC在炮泥中的大量使用导致炮泥成本大幅提高。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要组成包括：SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO等。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料，随着电力工业的发展，粉煤灰排放量急剧增加，现阶段我国年排放量已达3000万吨，大量粉煤灰的堆置和弃用，给我国国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国是一个人均占有资源有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染且资源缺乏之间矛盾的重要手段。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石的主要成分是SiO₂、Al₂O₃，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O等。目前，中国积存的煤矸石总量达10亿吨以上，并且每年还将排出煤矸石1亿吨。煤矸石的大量堆放，不仅占用土地，而且还影响生态环境。煤矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水。煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响居民的身体健康。因此，煤矸石的处理和利用已日益受到重视。

目前，我国粉煤灰和煤矸石的综合利用主要集中在作为道路路基材料和用于制造建筑材料，技术含量低、产品附加值较低。因此，提高粉煤灰、煤矸石的综合利用技术水平，开发高附加值的产品，开辟新的工业化大规模利用的途径是急需解决的关键问题。

由于粉煤灰和煤矸石中的主要成分为SiO₂和Al₂O₃，并含有少量的碳，而Al₂O₃、C是炮泥的主要组分，SiO₂是制备SiC的主要原料，因此，可以利用粉煤灰和煤矸石采用高温碳热还原法制备SiC/Al₂O₃/C复合粉末，将其作为原料应用到炮泥的制备中。