本發明涉及冶金用耐火材料領域，特別是涉及一種環保無水炮泥及其制備方法。
背景技術：
無水炮泥是現代煉鐵高爐用于堵鐵口的耐火材料，其性能的優劣直接關系到高爐能否安全運行。隨著高爐大型化、高風壓、大量渣鐵的排出，對堵鐵口的炮泥質量要求越來越高。總體講，高爐不出鐵渣熔液時，無水炮泥填充在鐵口內，使鐵口維持足夠的深度；高爐出鐵時，鐵口內的炮泥中心被鉆出孔道，鐵渣熔液通過孔道排出爐外，這要求炮泥維持鐵口孔徑穩定，出鐵均勻，最終出凈爐內的鐵渣熔液。每天高爐的出鐵口都要反復多次被打開和充填，熾熱的鐵水和熔渣對炮泥產生物理和化學作用，使炮泥損毀。為了使鐵口工作狀態穩定，滿足高爐強化冶煉的需要，要求炮泥的作業性、體積穩定性、燒結性同時具有抗渣、鐵液侵蝕和沖刷，抗氧化的特征。目前高爐出鐵口炮泥廣泛采用焦油和瀝青結合的無水炮泥，在生產和使用過程中污染比較大，性能比較低，穩定性差，不能滿足新環保形勢和高爐發展的需要。樹脂作為結合劑的無水炮泥仍然以瀝青作為結合劑，沒有做到真正的環保，同時樹脂結合炮泥對現場的適應性差，容易出現打不動，硬炮現象，不能保證高爐出鐵的順行高產，市場接受程度低。
解決高爐發展中無水炮泥遇到環保和高消耗問題，是現代高爐發展的迫切需求。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有環保、高性能、低消耗、良好抗熔渣侵蝕、耐沖刷性能的高爐出鐵口用環保無水炮泥及其制備方法。
基于上述目的，本發明采取如下技術方案：
本發明的無水炮泥，按質量百分比計，其原料組成如下：
高鋁材料：20～50重量份，
碳化硅：10～30重量份，
焦炭：5～20重量份，
氮化硅鐵：8～25重量份，
球黏土：5～12重量份，
陶土：3～10重量份，
絹云母：3～10重量份，
藍晶石：3～8重量份，
含碳樹脂粉：2～5重量份，
炭黑油：8～12重量份，
乙二醇：1～3重量份，
蒽油：3～5重量份，以及
界面劑：0.3～1.0重量份，
增塑劑：0.2～0.5重量份，
其中，所述的高鋁材料為燒結礬土、均化礬土或電熔棕剛玉；所述含碳樹脂粉為德國產Carbores P，其中碳含量大于80％；所述炭黑油中水含量小于0.1％；所述界面劑是TiO2和Si3N4的混合物，TiO2和Si3N4的比例范圍為1:1～1:4；所述增塑劑為烷基苯磺酸等材料的添加，使炮泥達到綠色環保無水炮泥。
優選地，所述含碳樹脂粉為德國產Carbores P，含碳樹脂粉、瀝青改性樹脂等，其中碳含量大于80％。
優選地，所述炭黑油為國標炭黑油，其中水含量小于0.1％。
優選地，所述增塑劑為一種烷基苯磺酸，是司馬化工生產的CLYDOL N 2002(結構簡式R-C6H4-SO3-R)。
優選地，所述的高鋁材料為燒結礬土、均化礬土或電熔棕剛玉中任一種或者多種組合使用。
本發明無水炮泥的制備方法，包括以下步驟：
1)按質量比預混炭黑油、乙二醇和蒽油形成混合油，備用；
2)按質量比將原材料稱量好，混合均勻后裝入袋中備用；
3)將步驟2)中混合好的散料加入混碾機中干混2～3分鐘；
4)再將步驟1)中的混合油加入步驟3)混碾15～20分鐘；
5)按質量比加入增塑劑，攪拌3～5分鐘；
6)記錄炮泥溫度，經檢測合格后形成產品。
本發明無水炮泥中各種組分的主要作用簡述如下：
一、本發明中采用預混炭黑油、乙二醇和蒽油形成混合油代替傳統的焦油，同時添加增塑劑烷基苯磺酸(司馬化工生產的CLYDOL N 2002，結構簡式R-C6H4-SO3-R)，使無水炮泥的有害氣體排放達到歐盟標準，產品綠色環保，對人體和環境的傷害在安全范圍內。
二、本發明含碳樹脂代替瀝青，結焦后所形成的碳網絡結構降低渣鐵對材料的潤濕性，材料的抗侵蝕、耐沖刷和致密性得到改善。
三、本發明增塑劑烷基苯磺酸(司馬化工生產的CLYDOL N 2002，結構簡式R-C6H4-SO3-R)通過材料表面的分散，減少顆粒之間的摩擦，材料的塑性大大增加，同時保質期增長，產品穩定性提高。
四、本發明界面劑的加入，改變材料傳統材料“以強克強”的技術思路，通過界面材料的物理化學行為研究，在高溫固液界面形成動態二維動態“粘滯層”，控制粘滯層的厚度、粘度、物理化學等性能，有效抑制固液元素之間的相互滲透和侵蝕，降低熔融渣鐵對固體材料化學侵蝕，提高耐火材料抗高溫熔體滲透性，熔體與耐火材料可形成高熔點的界面擋墻，阻止熔渣滲入。
相對于傳統采用焦油和瀝青結合的無水炮泥，本發明的無水炮泥具有如下技術效果：
本發明在已有的高爐用Al2O3－SiC－C炮泥的基礎上，改變結合系統，采用環保的炭黑油、含碳樹脂粉、乙二醇和增塑劑代替傳統炮泥的焦油和瀝青，制備無水炮泥，產品的有害氣體排放量小于500PPM，達到甚至超過歐盟標準，生產和使用過程中對人體和環境的傷害在安全范圍，做到產品的綠色環保；同時含碳樹脂的應用，結焦后所形成的碳網絡結構降低渣鐵對材料的潤濕性，材料的抗侵蝕、耐沖刷和致密性得到改善。
表1傳統炮泥與本發明炮泥性能對比
具體實施方式
實施例
本發明的高爐出鐵口用環保無水炮泥各實施例的原料及其按重量份計量的含量如表2所列。
表2各實施例
各實施例的制造方法相同，其制造其方法如下：
①按照表2中設計比例預混炭黑油、乙二醇和蒽油形成混合油，備用；
②按照質量份計量比例，稱取各種耐火原料，混合均勻后裝入袋中備用；
③按照順序首先把混合好的散料倒入試驗用混碾機中混合2～3分鐘，均勻后；然后加入按比例預混好的混合油混碾，混碾15～20分鐘左右，混合油對散料潤濕均勻后；按表2中設計比例添加增塑劑調整炮泥塑性；用馬夏儀測定馬夏值，馬夏值達到規定標準即可包裝，產品入庫。
將實施例1-6制備的炮泥，經過在40mm×40mm×160mm的標準模具中壓制成型，脫模后在電爐內對試塊進行200℃的烘干處理及1450℃的埋炭熱處理后，按照國家/行業標準中的規定測定抗折、耐壓強度性能指標，線變化率、馬夏值等性能指標，結果示于下面表3中。
表3專利產品性能指標
綜上所述，本發明通過采用環保的炭黑油、含碳樹脂粉、乙二醇和增塑劑代替傳統炮泥的焦油和瀝青，制備無水炮泥，可以使鐵口工作狀態穩定，滿足高爐強化冶煉的需要，同時具有良好抗熔渣、鐵液侵蝕和沖刷的有益效果；同時控制了有害氣體的排放量，生產和使用過程中對人體和環境的傷害和污染在正常范圍內，本發明環保無水炮泥具有較高的經濟效益和社會效益。
以上對本發明優選實施例進行了描述，但本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明保護范圍之內。