固废变炮泥,专利技术显神威——记十九届中国专利奖获优秀奖项目高炉出铁口用炮泥及其制备方法

发布时间:2017-12-13 18:30:35作者:唐勋海 来源:工程材料公司

12月12日,第十九届中国专利奖公布,工程材料分公司发明专利“高炉出铁口用炮泥及其制备方法”喜获中国专利奖优秀奖,实现工程材料公司中国专利奖优秀奖三连冠。

钢铁是工业的粮食,是人类使用最多的金属材料,在社会生产生活的各个领域有着广泛应用,是不可或缺的战略性基础工业品,是衡量国家经济实力的一项重要指标。中国作为当之无愧的钢铁大国,踏入新世纪以来的十几年间,钢铁生产和使用常年位居世界第一,2016粗钢产量近8.1亿吨,而炼钢最主要用的原材料是生铁,2016年产量超过7亿吨。高炉炼铁在生铁生产中一直占主导地位。高炉中连续添加焦炭、铁矿石和熔剂可连续生产出液态生铁,每座高炉含有1-4个出铁口不等,每个铁口要反复的打开堵口对液态生铁进行排放,而堵口过程所用的材料就是高炉出铁口用炮泥,作为高炉运行中主要的消耗性材料之一,关乎高炉设备的安全生产和高效运行。

炮泥组成可分为两部分――耐火骨料与结合剂。该专利技术之前的炮泥耐火骨料以不可再生的棕刚玉、碳化硅、矾土为主要原料,我国探明的铝矾土矿资源储量为42亿吨,经过多年的无序开采,资源濒临枯竭,耐火材料行业面临着“合理利用铝矾土资源,促进行业健康发展”的重要课题。目前我国生铁产量维持在7亿吨左右,按照吨铁消耗0.7kg/吨铁,炮泥需要约50万吨/年,高炉炮泥产品添加高铝材料30%左右,约15万吨,每年消耗的高炉材料需要开采高品位铝矾土矿大于20万吨,相当于一个大中型铝矾土矿的年产量。研究能够替代不可再生资源的炮泥骨料,进而实现固体废弃物循环再利用,减少不可再生资源在铁口炮泥中的消耗,是铁口炮泥主要创新和研究方向,对于满足国家产业节能降耗发展要求具有重大意义。

2013年,工程材料公司提交高炉出铁口用炮泥及其制备方法专利申请,通过总院先进工艺和技术利用粉煤灰和煤矸石作为原料,替代不可再生的棕刚玉、矾土和碳化硅资源,首次应用于炮泥,新型环保炮泥各方面性能均能满足不同容积高炉炼铁要求。

粉煤灰,是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加,成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理,就会产生扬尘,污染大气;若排入水系会造成河流淤塞,其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。目前我国粉煤灰的产量维持在5.6亿吨/年,给我国国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。

煤炭作为主要能源和重要的化工原料,在国民经济和社会发展中起着及其重要的地位,目前阶段具有不可替代性,而煤矸石作为采煤过程和洗煤过程中排出的废渣,其排放不可避免。目前,煤矸石已成为我国累积堆积量和占用场地最多的工业废物,积存达10亿吨以上,每年还将排出煤矸石1亿吨,其中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体,矸石山还会自燃发生火灾,或在雨季崩塌,淤塞河流造成灾害。为了消除污染,自60年代起,很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。

工程材料公司通过专利创新,采用混合“相容性”、原位合成、复合外加剂和高温固-液界面粘滞层组合技术等多项新技术,不仅解决了部分粉煤灰和煤矸石造成大气和土壤污染等环境问题,更降低了炮泥成本,提高了炮泥体积稳定性、开口性、抗冲刷性、耐侵蚀性,真正实现了固废资源化高附加值利用。

截至2016年,该专利已在唐钢、鞍钢、邯钢、承钢、宣钢、邢钢、凌钢、八一钢铁、国丰钢铁等国内10多家大中型钢铁企业1260m3-4350m3高炉广泛应用,得到客户一致认可。

目前,工程材料公司还构建了以该发明为核心的专利群,累计申请组合专利12件,攻防结合对该项专利实施全面布局。