[發明專利]一種含石墨烯的高性能無水炮泥及其制備方法

在審

• 申請號: 201610850170.8
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN107867867A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 程本軍;曾友迪;何可;曾赟;曾艷
• 申請（專利權）人: 湖南永盛高新耐火材料有限公司;中南大學
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B26/26;C04B14/02
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙)43214
• 代理人: 鄭雋,吳婷

技術領域

本發明涉及高爐出鐵口炮泥技術領域，具體涉及一種含石墨烯的高性能無水炮泥及其制備方法。

背景技術

高爐炮泥是出鐵間歇期用來封堵高爐出鐵口，防止鐵水和熔渣流出的一種耐火材料，同時還有保護鐵口區爐墻和爐底的作用，其主要由耐火骨料和結合劑制備而成。高爐炮泥分為有水泡泥和無水炮泥兩類。有水泡泥主要由礬土熟料、焦粉、粘土及焦油瀝青為主要原料，采用水作為結合劑攪拌而成，但其強度較小、高溫熱導率偏低、抗化學侵蝕能力不夠、易出現潮鐵口現象，常用于中小型單鐵口高爐。無水炮泥一般由剛玉、碳質材料、粘土、碳化硅為主要原料，以焦油樹脂作為結合劑，其高溫強度和理化性能均大大優于有水炮泥。

隨著高爐冶煉技術向大型化發展，鐵水溫度更高，通鐵量增加，通鐵時間延長，出鐵間隔時間短，渣鐵氧化性增強，使得高溫鐵水和熔渣對出鐵口的沖刷和磨損增加，這對出鐵口炮泥中高溫強度、出鐵口深度、抗侵蝕性、打泥操作性以及開口性都提出了更加苛刻的要求。

目前大型高爐炮泥多趨向于往無水炮泥的方向發展，無水炮泥具有良好的高溫強度、抗沖刷性及抗渣鐵侵蝕性等。其中剛玉骨料作為主要原料，維持了無水炮泥的基本結構強度；碳化硅具有熱導率高、耐磨的特點，加入到無水炮泥中，可提高炮泥的耐火度、熱震穩定性及抗渣鐵侵蝕性；碳質材料由于其高的導熱性和不被渣鐵水潤濕的性質，加入無水炮泥中可提高其高溫強度和耐沖刷性，并且其還原性可保護炮泥中其他材料不被氧化，提高使用壽命；結合劑則主要起到粘結無水炮泥各配料的作用，使其具有較好的塑性和常溫強度，易于打泥操作。

現用無水炮泥中使用的碳質材料多為焦炭和瀝青。焦粉的特點是氣孔率高、體積穩定性好，能夠提高炮泥的透氣性，利于炮泥揮發分的排除，防止使用時發生爆裂；其部分成分加熱軟化后滲入無水炮泥孔隙，阻止熔渣向內部滲透，可提高炮泥的抗侵蝕性能，且其導熱性能好、荷重變形溫度高。但焦粉加入量少時，炮泥透氣性差，容易引起潮鐵口，而加入量多時，會造成炮泥性能變差，強度下降。瀝青加入到炮泥中其中部分物質能溶于焦油類結合劑中，增加了無水炮泥的塑形，有利于無水炮泥的生產和打泥作業，且瀝青在高溫下可以結焦形成網絡狀殘炭結構，可提升材料的高溫強度和抗侵蝕性。但瀝青加入量過多則會因揮發而降低材料的高溫性能；且瀝青含有苯并芘，在高溫使用過程中苯并芘會產生易致癌的黃色濃煙，對操作人員的健康產生威脅，不符合減小環境污染的要求。

由于焦粉和瀝青作為碳質材料加入無水炮泥中存在一些不足，研究人員一直在探索以其它形式將碳質引入到無水炮泥中。如“高爐出鐵口無水炮泥”(CN1840507)專利技術，公開了用炭黑作為碳質材料引入炮泥中，炮泥的塑形得到一定的改善，易于從泥炮中擠入鐵口，且其抗沖刷性和抗渣鐵侵蝕性大大加強，但是其中高溫強度提升不明顯；“一種高爐無水炮泥及其生產設備”(CN105237000A)專利技術，公開了將石墨加入炮泥中，提高無水炮泥的開口性和抗侵蝕性，但其中高溫強度同樣提升不明顯。

因此行業內急需尋找一種中高溫強度高、抗沖刷性好、易于打泥作業、適用于大通鐵量高爐的無水炮泥。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含石墨烯的高性能無水炮泥及其制備方法，包括以下步驟：

步驟一：預備料，具體是：將原料和外加料按質量稱量好，分別放置，以備使用，其中，以質量百分數計原料包含以下組分：

特級礬土15-50％焦炭10-19％ 碳化硅10-25％

瀝青5-15％ 結合粘土10-20％ 絹云母1-5％

石墨烯0.01-1％；

所述外加料包括所述原料總重量0.1-2％的金屬硅以及所述原料中石墨烯總重量10-20％的石墨烯用抗氧化劑；

步驟二：混料，具體是：將特級礬土、焦炭、碳化硅、瀝青、先加入具有加熱功能的混碾機中加熱至50℃，干混5min得A料；取所述原料總重量13-20％的結合劑預熱至50℃，先加入60-80％所取結合劑至A料中，濕碾5min得B料；再加入結合粘土、絹云母、石墨烯、金屬硅、石墨烯用抗氧化劑和剩余結合劑至B料中，濕碾10min，得到C料。

步驟三：制品成型，將上述所得C料在混碾機中繼續濕碾10min中后出料，置入擠泥機中，按生產需求從擠泥機中擠出，制成不同形狀的炮泥后裝入防水塑料袋靜置24h即為所得含石墨烯的高性能無水炮泥。

以上技術方案中優選的，所述石墨烯用抗氧化劑為，二硼化鎂、二硼化鋯以及碳化硼中的至少一種；所述結合劑為焦油和蒽油中的至少一種。