CN100381399C

CN100381399C - 干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖及其制作方法

Info

Publication number: CN100381399C
Application number: CNB2006101245660A
Authority: CN
Inventors: 张亦平; 潘立慧; 李世明; 吕永劲; 盛军波; 涂庆胜; 朱天喜; 邓棠
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: CN1927767A

Abstract

本发明公开了一种干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖及其制作方法。该高热震耐磨砖中的各组份重量百分比为：碳化硅62～80%，四氮化三硅17～35%，无机粘结剂0.4～3%，稀土镧系氧化物0.1～0.8%，三氧化二铁杂质小于1.0%，其热震稳定性(1100℃水冷)大于80次，常温耐压强度大于120MPa。其制作方法是先将碳化硅、四氮化三硅与稀土镧系氧化物均匀混合造粒，加入无机粘结剂，使其均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，然后将混合均匀的原料在75～125N/mm²的压力下压制成相应的坯料砖，再将坯料砖在100～300℃的温度下烘干，最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1380～1420℃的温度下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。该高热震耐磨砖从根本上解决了干熄焦炉斜道立柱耐火砖容易疏松、断裂、脱落的缺陷，能大幅延长其使用寿命。

Description

干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖及其制作方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼企业所用的干熄焦炉斜道立柱制造材料，具体地指一种干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖及其制作方法。

背景技术

干熄焦是钢铁冶炼企业在干熄焦炉中采用惰性气体将红焦降温冷却的一种熄焦方法。该方法能充分利用红焦显热，明显提高焦碳质量，同时有效节约能源，大幅降低有害物质排放，维护大气环境。目前，在国内处理能力120t/h以上的大型干熄焦系统中，影响产能发挥的限制性环节均为干熄焦炉斜道立柱破损。以武汉钢铁(集团)公司的干熄焦系统为例，其1#干熄焦系统设计焦碳处理能力为140t/h，从2003年12月投产到2006年3月期间，因干熄焦炉斜道立柱耐火砖破损而停炉检修4次，共计150天。科研人员通过对干熄焦炉斜道立柱耐火砖砌体的破损情况分析及破损试验得知：干熄焦炉斜道立柱既要承受上部砌体和焦碳的巨大荷载，又要承受焦碳蠕动的挤压，以及300～1000℃温度波动所产生的热应力，其耐火砖的质量是关键之一。然而，现有的大型干熄焦炉的斜道立柱砌体所采用的耐火砖多为莫来石-碳化硅砖，其理化指标如下表1所示：

表1：莫来石-碳化硅砖的主要理化指标

项目	指标	项目	指标
项目	指标	项目	指标	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	≥2.5	常温耐压强度，MPa	≥85
显气孔率，％	≤2	高温抗折强度，MPa(1100℃)	≥20	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	≥2.5	常温耐压强度，MPa	≥85
显气孔率，％	≤2	高温抗折强度，MPa(1100℃)	≥20	热膨胀率，％(1350℃)	-	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≥35
荷重软化温度，℃(0.2MPa)	≥1600	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≤1.0	热膨胀率，％(1350℃)	-	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≥35
荷重软化温度，℃(0.2MPa)	≥1600	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≤1.0	热震稳定性，次(1100℃水冷)	≥40	SiC，％	≥30

从表1的理化指标可知：上述莫来石-碳化硅质耐火砖的物理性能较差，特别是最关键的理化指标如：热震稳定性、高温抗折强度、常温耐压强度等均不能适应干熄焦炉斜道立柱部位复杂的工况条件要求。由于干熄焦炉斜道立柱所承受的上部砌体荷载大，故很容易造成该部位的耐火砖断裂，从而导致斜道立柱开裂，使用寿命缩短，极大地限制了干熄焦系统产能的发挥。

发明内容

本发明的目的旨在从根本上解决干熄焦炉斜道立柱耐火砖容易疏松、断裂、脱落等的缺陷，提供一种能大幅提高使用寿命的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，以及该高热震耐磨砖的制作方法。

为实现上述目的，本发明所研制的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，是以碳化硅(SiC)和四氮化三硅(Si₃N₄)为基本组份，添加微量稀土镧系氧化物，配以适量无机粘结剂，经混合、压制、烧结而成的。该高热震耐磨砖中的各组份重量百分比为：碳化硅(SiC)62～80％，四氮化三硅(Si₃N₄)17～35％，无机粘结剂0.4～3％，稀土镧系氧化物0.1～0.8％，三氧化二铁(Fe₂O₃)杂质小于1.0％。

上述高热震耐磨砖中各组份较佳的重量百分比为：碳化硅65～77％，四氮化三硅21～33％，无机粘结剂1.2～2.7％，稀土镧系氧化物0.2～0.6％，三氧化二铁杂质小于0.8％。

上述高热震耐磨砖中各组份最佳的重量百分比为：碳化硅74％，四氮化三硅22.5％，无机粘结剂2.6％，稀土镧系氧化物0.4％，三氧化二铁杂质0.5％。

上述高热震耐磨砖中的稀土镧系氧化物优选氧化镱、氧化铈中的一种，或者是它们任意比例的组合。

上述高热震耐磨砖中的无机粘结剂优选硫酸铝Al₂(SO₄)₃。

上述高热震耐磨砖的制作方法，包括以下步骤：

1)按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅62～80％、四氮化三硅17～35％、无机粘结剂0.4～3％、稀土镧系氧化物0.1～0.8％、三氧化二铁杂质小于1.0％的比例，准备好各种原料备用，原料颗粒的粒径比例为：2.5～1.0mm的占35～45％，1.0～0.5mm的占30～40％，0.5mm以下的占25～35％；

2)先将准备好的基料碳化硅、四氮化三硅与微量添加剂稀土镧系氧化物均匀混合造粒，而后加入准备好的无机粘结剂，使无机粘接剂均匀覆盖在所形成的颗粒表面上；

3)然后将混合均匀的原料置入成型模具中，在75～150N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖；

4)再将坯料砖置于干燥炉内，在100～300℃的温度条件下烘干；

5)最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1380～1420℃的温度条件下烧结，即可制成高热震耐磨砖。

上述高热震耐磨砖的制作方法中，原料混合后所形成的颗粒粒径最好不大于2.5mm，以确保原料颗粒骨架之间的致密度，进而确保成品砖的耐压强度和抗折强度。并且，压制坯料砖的压力优选75～120N/mm²，干燥坯料砖的温度优选180～270℃，烧结坯料砖的温度严格控制在1380～1420℃之间，并且采用氮气(N₂)保护来烧结坯料砖。在这样的压力条件和温度条件下，可进一步确保所制成的高热震耐磨砖成品达到设计要求。

本发明的优点在于：所设计的高热震耐磨砖充分考虑了其使用部位复杂的工艺条件、以及干熄焦炉斜道立柱所承受的上部砌体荷载。通过优选原材料配方，利用碳化硅具有高熔点、高硬度、耐磨、耐碱、耐酸、抗热震性能好、导热率高和气孔小等特点，尽量增加其用量；采用无机结合剂可形成碳化硅氮化硅的结合相，特别是采用硫酸铝可促使碳化硅氮化硅结合相稳定可靠。并且，添加微量稀土元素氧化镱、氧化铈可使其提前产生液相，降低烧成温度值，使所获得的成品砖不仅耐热震性能显著提高，而且耐磨性能也大为提高，还可明显提高成品砖的高温使用性能及其它理化指标。同时，在高热震耐磨砖的制作工艺上，通过适当增加制坯压力可形成致密的坯件，通过控制适当的温度烧结、以及采用氮气保护烧结，可生产出性能指标比莫来石-碳化硅砖更为优良，特别是热震稳定性更高、耐磨性能更强的砖。经实验检测，本发明的高热震耐磨砖的理化指标如下表2所示：

表2：高热震耐磨砖主要理化指标

项目	指标	项目	指标
项目	指标	项目	指标	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	2.5～2.8	常温抗折强度，MPa	≥35
显气孔率，％	≤20	高温抗折强度，MPa(1400℃)	≥35	体积密度，g/cm<sup>3</sup>	2.5～2.8	常温抗折强度，MPa	≥35
显气孔率，％	≤20	高温抗折强度，MPa(1400℃)	≥35	热膨胀率，％(1350℃)	≤5.5×10<sup>-6</sup>	SiC，％	≥62
热震稳定性，次(1100℃水冷)	≥80	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≤1.0	热膨胀率，％(1350℃)	≤5.5×10<sup>-6</sup>	SiC，％	≥62
热震稳定性，次(1100℃水冷)	≥80	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，％	≤1.0	常温耐压强度，MPa	≥120	Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>，％	≥17

从表2的理化指标可知：上述高热震耐磨砖的热振稳定性、常温抗折强度、热态抗折强度、常温耐压强度等完全满足其使用部位特殊工况条件变化的要求，且其体积密度、显气孔率、热膨胀率指标适中。因此，本发明的干熄焦炉斜道立柱高热震耐磨砖的使用寿命可以大大提高，模拟试验其使用周期可达5～8年。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖及其制作方法作进一步的详细描述：

实施例1：按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅74％、四氮化三硅22.5％、硫酸铝2.6％、氧化镱0.2％、氧化铈0.2％、三氧化二铁0.5％时比例准备好各种原料。首先将基料碳化硅、四氮化三硅与添加剂氧化镱、氧化铈均匀混合造粒，而后加入硫酸铝，使硫酸铝均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。然后将混合均匀的原料置入钢模具中，在120N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖。再将坯料砖置于干燥炉内，在250℃的温度条件下烘干。最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1400℃的温度条件下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。经试验检测可知，该高热震耐磨砖的热震稳定性(1100℃水冷)为123次，常温耐压强度为187MPa。

实施例2：按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅65％、四氮化三硅32.3％、硫酸铝1.2％、氧化镱0.4％、氧化铈0.3％、三氧化二铁0.8％的比例准备好各种原料。首先将基料碳化硅、四氮化三硅与添加剂氧化镱、氧化铈均匀混合造粒，而后加入硫酸铝，使硫酸铝均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。然后将混合均匀的原料置入钢模具中，在140N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖。再将坯料砖置于干燥炉内，在260℃的温度条件下烘干。最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1420℃的温度条件下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。经试验检测可知，该高热震耐磨砖的热震稳定性(1100℃水冷)为112次，常温耐压强度为168MPa。

实施侧3：按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅77％、四氮化三硅21％、硫酸铝1.2％、氧化镱0.2％、氧化铈0.2％、三氧化二铁0.4％的比例准备好各种原料。首先将基料碳化硅、四氮化三硅与添加剂氧化镱、氧化铈均匀混合造粒，而后加入硫酸铝，使硫酸铝均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。然后将混合均匀的原料置入钢模具中，在100N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖。再将坯料砖置于干燥炉内，在280℃的温度条件下烘干。最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1380℃的温度条件下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。经试验检测可知，该高热震耐磨砖的热震稳定性(1100℃水冷)为146次，常温耐压强度为151MPa。

实施例4：按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅80％、四氮化三硅17％、硫酸铝2.3％、氧化镱0.3％、三氧化二铁0.4％的比例准备好各种原料。首先将基料碳化硅、四氮化三硅与添加剂氧化镱、氧化铈均匀混合造粒，而后加入硫酸铝，使硫酸铝均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。然后将混合均匀的原料置入钢模具中，在90N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖。再将坯料砖置于干燥炉内，在250℃的温度条件下烘干。最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1400℃的温度条件下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。经试验检测可知，该高热震耐磨砖的热震稳定性(1100℃水冷)为96次，常温耐压强度为162MPa。

实施例5：按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅62％、四氮化三硅34％、硫酸铝2.3％、氧化铈0.7％、三氧化二铁1.0％的比例准备好各种原料。首先将基料碳化硅、四氮化三硅与添加剂氧化镱、氧化铈均匀混合造粒，而后加入硫酸铝，使硫酸铝均匀覆盖在所形成的颗粒表面上，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。然后将混合均匀的原料置入钢模具中，在96N/mm²的压力条件下压制成相应的坯料砖。再将坯料砖置于干燥炉内，在260℃的温度条件下烘干。最后将烘干的坯料砖置于窑炉中，在1400℃的温度条件下，采用氮气保护烧结，即可制成高热震耐磨砖。经试验检测可知，该高热震耐磨砖的热震稳定性(1100℃水冷)为83次，常温耐压强度为122MPa。

Claims

1.一种干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，它以碳化硅和四氮化三硅为基本组份，添加微量稀土镧系氧化物，配以适量无机粘结剂，经混合、压制、烧结而成，其特征在于：该高热震耐磨砖中的各组份重量百分比为：碳化硅62～80％，四氮化三硅17～35％，无机粘结剂0.4～3％，稀土镧系氧化物0.1～0.8％，三氧化二铁杂质小于1.0％。

2.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，其特征在于：该高热震耐磨砖中的各组份重量百分比为：碳化硅65～77％，四氮化三硅21～33％，无机粘结剂1.2～2.7％，稀土镧系氧化物0.2～0.6％，三氧化二铁杂质小于0.8％。

3.根据权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，其特征在于：该高热震耐磨砖中的各组份重量百分比为：碳化硅74％，四氮化三硅22.5％，无机粘结剂2.6％，稀土镧系氧化物0.4％，三氧化二铁杂质0.5％。

4.根据权利要求1或2或3所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，其特征在于：该高热震耐磨砖中的稀土镧系氧化物为氧化镱、氧化铈中的一种或它们任意比例的组合。

5.根据权利要求1或2或3所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖，其特征在于：该高热震耐磨砖中的无机粘结剂为硫酸铝。

6.一种权利要求1所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖的制作方法，包括以下步骤：

1)按最终成品高热震耐磨砖中各组份重量百分比为：碳化硅62～80％、四氮化三硅17～35％、无机粘结剂0.4～3％、稀土镧系氧化物0.1～0.8％、三氧化二铁杂质小于1.0％的比例，准备好各种原料备用；

7.根据权利要求6所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖的制作方法，其特征在于：所说的步骤2)中，原料混合后所形成的颗粒粒径不大于2.5mm。

8.根据权利要求6所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖的制作方法，其特征在于：所说的步骤3)中，压制坯料砖的压力为75～120N/mm²。

9.根据权利要求6所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖的制作方法，其特征在于：所说的步骤4)中，干燥坯料砖的温度为180～270℃。

10.根据权利要求6所述的干熄焦炉斜道立柱用高热震耐磨砖的制作方法，其特征在于：所说的步骤5)中，采用氮气保护烧结坯料砖。