CN101033144A - 一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，胶泥由碳化硅、石墨、结合剂、防氧化剂和固化剂组成，且按比例混合，由于碳化硅具有在高温下很高的热态强度，石墨材料具有很高的导热性能，结合剂增强胶泥的粘结性能和耐高温性能，固化剂使复合胶泥在高温下具有塑性和“自修复”功能，本发明的复合胶泥具有导热系数高，在800～1400℃温度区间热态强度高的特点，能用于砌筑高炉炉身内衬石墨砖与碳化硅砖组成的复合炉衬，能够保证在常温到高温的不同温度条件下，使石墨砖与碳化硅砖复合砌体连续保持整体强度，使复合炉衬在高炉高温区段的长期使用过程中，持续保持炉衬结构的结构稳定性，也有利于提高炉衬的冷却能力。

Description

一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥

技术领域

本发明涉及高炉炉衬用不定型耐火材料，更具体地指一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，该胶泥主要用于砌筑高炉炉身内衬石墨砖与碳化硅砖组成的复合炉衬中石墨砖与碳化硅砖结合部位的砌体。

背景技术

高炉是冶金行业必不可少的大型冶炼设备，传统用来炼铁的高炉炉身的内衬耐火材料大多采用单一的硅酸铝系或碳化硅砖，业内人士知道硅酸铝系和碳化硅砖虽然强度较高但两者的导热性能较差，尤其硅酸铝系砖的导热系数更低，约为2W/m·K，这类内衬砖作为高炉炉内工作表面，由于其导热系数低，很难通过埋设在砖衬内冷却设备将高炉炉内工作表面的热量带走，不利于降低高炉炉衬表面温度，由此极易造成高炉内的物料对炉衬的化学侵蚀，也不利于高炉炉内的熔融物在炉衬表面凝固并形成渣皮，形成炉衬的保护层，最终影响高炉的寿命。传统用于砌筑硅酸铝系和炭化硅砖或自焙碳砖的胶泥也相应地存在导热系数低、或常温(20℃)不固化、或高温无强度、或低温强度低，即无法同时满足在低中高不同温度条件下具有较高粘接强度的要求，对高炉提高强制冷却能力，制约了增加产量和延长高炉寿命。

近年来，随着高炉冶炼工艺的发展及大型高炉强化冶炼的需要，要求高炉的内衬要在具有良好的抗侵蚀性能、耐磨性能、热震性能的同时，增加炉衬的导热性能，从而达到提高炉体的冷却强度，实现高炉一代炉龄的高产并且长寿。因此，本申请人在高炉炉身中上部内衬，采用了高强度的碳化硅砖与高导热的石墨砖相结合的复合炉衬。因为在高炉的这一区域，炉内无论是高强度块状物料的下滑运动还是高速上流并含有大量颗粒的气流，都将对炉墙产生强烈的摩擦蚀损。按照石墨砖强度相对比较差的特点，将无法满足长期耐摩擦的要求。所以从这一角度看，石墨砖作为工作面不适合应用于这一区域。在这种复合炉衬结构中，利用碳化硅砖强度高、耐磨损的特点，用在与炉料直接接触的炉衬工作面，其背面砌筑石墨砖，利用石墨砖导热性远远大于硅酸铝系和碳化硅砖的特点，把石墨砖与冷却设备直接接触，使热量通过埋设在砖衬中的冷却设备带走，从而达到降低砖衬工作表面温度、延缓高炉物料对炉衬的化学侵蚀的效果，

一般来说，传统的砌筑胶泥与所要砌筑的耐火砖为同材质，即砌筑碳化硅砖用碳化硅胶泥，砌筑石墨砖用石墨胶泥。实验表明，分别用这两种胶泥砌筑碳化硅砖和石墨砖组成复合炉衬时，在高温条件下(800℃～1400℃)都没有强度，甚至炉衬脱落分离，

无法使用。

到目前为止，尚没有一种能将碳化硅砖和石墨砖两种不同材质砖在高温条件下牢固粘结成一个整体的复合胶泥，而且该复胶泥还必须满足根据高炉炉衬在实际使用环境800-1400℃下还应具有导热系数高，常温能固化产生一定强度，热态强度高的性能，以适应用碳化硅砖和石墨砖组成复合炉衬砌筑成高炉炉身的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，该复合胶泥能将碳化硅砖和石墨砖两种不同材质砖在高温条件下牢固粘结成一个整体，而且复合胶泥的导热系数高，常温能固化产生一定强度，热态强度高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的胶泥由碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂和固化剂组成，按重量计，碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂和固化剂按如下比例进行混合，

碳化硅为40％-60％；

石墨为10％-25％；

结合剂为20％-40％；

防氧化剂为1％-5％；

固化剂为0.5％-5％。

所述的防氧化剂选用防氧化金属硅。

所述的结合剂选用树脂结合剂。

所述的固化剂选用酸性固化剂。

在本发明的上述技术方案中，该复合胶泥由碳化硅、石墨、结合剂、防氧化剂和固化剂组成，且按一定的比例混合而成，由于碳化硅具有在高温下很高的热态强度，石墨材料具有很高的导热性能，在高温下与熔融金属润湿角大的特点，结合剂采用高固含量的树脂结合剂，通过化学改性将树脂中的酚羟基和亚甲基进行保护，从而增强胶泥的粘结性能和耐高温性能，固化剂采用酸性固化剂，在15-20℃的温度下，固化剂与树脂中的官能团形成次甲基键或二苄基醚，反应过程释放出热量，使树脂固化，使复合胶泥在高温下具有塑性，在高温下能吸收两种不同材质砖产生的不同的膨胀热应力，并具有“自修复”功能，确保高炉石墨砖与碳化硅砖复合炉衬在常温到高温的不同温度条件下，具有良好的抗侵蚀能力和连续保持整体强度。因此本发明的复合胶泥具有导热系数高，在800～1400℃温度区间热态强度高的特点，能用于砌筑高炉炉身内衬石墨砖与碳化硅砖组成的复合炉衬，能够保证在常温到高温的不同温度条件下，使石墨砖与碳化硅砖复合砌体连续保持整体强度，使复合炉衬在高炉高温区段的长期使用过程中，持续保持炉衬结构的结构稳定性，也有利于提高炉衬的冷却能力。

具体实施方式

如前在背景技术中所述的，传统的高炉炉身的内衬耐火材料采用单一的硅酸铝系或碳化硅砖，没有使用石墨砖与碳化硅砖组合来砌筑高炉炉身。因而也就没有相应的高温条件下，导热性高而且强度高的复合胶泥。根据高炉炉衬温度场模拟计算，采用石墨砖与炭化硅砖复合结构的炉衬在高炉实际使用环境下的温度值，在800-1400℃温度范围内，那么对于能砌筑这种高炉内衬的胶泥必须能在800-1400℃的温度范围内能将碳化硅砖和石墨砖两种不同材质砖在高温条件下牢固粘结成一个整体，它应该具有常温(20℃)能固化产生一定强度，而且热态强度高、导热系数高。

本发明的复合胶泥该胶泥由碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂和固化剂组成，按重量计，碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂、固化剂按如下比例进行混合，

碳化硅为40％-60％；石墨为10％-25％；结合剂为20％-40％份；防氧化剂为1％-5％；固化剂为0.5％-5％，该复合胶泥也可称为SiC-C复合胶泥。

在上述的防氧化剂中，选用金属硅防氧化剂，结合剂选用树脂结合剂，固化剂选用酸性固化剂。

在本发明的SiC-C复合胶泥中，原料是进行精处理的，树脂结合剂采用改性树脂，改性树脂采用常规的改性方法对树脂进行改性，将树脂中的酚羟基和亚甲基进行保护，以使复合胶泥在高温下具有塑性并增强胶泥的粘结性能，在高温下能吸收两种不同材质砖产生的不同的膨胀热应力，胶泥在外力作用下相应产生一定的塑性变形，内部颗粒晶格发生滑移，起到了吸收应力保持砖缝完整的作用，并具有“自修复”功能，确保高炉石墨砖与碳化硅砖复合炉衬在常温到高温的不同温度条件下，具有良好的抗侵蚀能力和连续保持整体强度。从微观上看，胶泥在高温下产生液体塑性相，充填在胶泥颗粒间隙，利用表面的张力，将胶泥的颗粒拉紧，并与胶泥基质复合，使胶泥的断裂能增大，达到增强砖缝韧性、提高粘接强度、保持砌体强度完整性的效果。并且，由于高炉内部氮气的分压远高于氧气分压，胶泥易形成碳、氮化合物，表面的气孔被填充或焊接形成一个很致密的表面，因而具有很好的抗侵蚀能力。当抗侵蚀表面被融蚀后，由于材料的偶然断裂，新表面将会自动形成碳、氮化合物或氮氧化合物结合的表面，具有“自修复“功能。固化剂采用酸性固化剂，可在低温下(15-20℃)，固化剂与树脂中的官能团形成次甲基键或二苄基醚，反应过程释放出热量，使树脂固化。

本发明的上述SiC-C复合胶泥的导热系数能达到6W/m·K以上，抗折粘结强度在常温(20℃)下，24小时后达到3MPa以上；在温度110℃、24小时烘干后，抗折粘结强度达到12MPa以上；在温度1400℃，燃烧24小时后抗折粘结强度达到12MPa以上；在温度800℃，热态保持0.5小时，抗折粘结强度4MPa以上。

实施例1

在该实施例中，该复合胶泥，以重量计，各成份所占比例分别为：

碳化硅的为55％，石墨的为12％，防氧化剂金属硅的为4％，改性树脂结合剂的为27％，酸性固化剂的为2％。

根据这样的比例混合而成的复合胶泥的导热系数达到6.3W/m·K，其余的所有理化性能参数经过测试，其结果见下表1，

表1

导热系数       W/m·K		6.3
			抗折粘结强度，MPa	常温(20℃)×24h后	3.78
110℃×24h，烘干后	21.53
		1400℃×24h，烧后		16.72
800℃×0.5h，热态	5.35

实施例2

在该实施例中，以重量计，该复合胶泥的组成如下：

碳化硅的为50％，石墨的为14％，防氧化剂金属硅的为4％，改性树脂结合剂的为30％，酸性固化剂的为2％。

根据这样的比例混合而成的复合胶泥的导热系数达到7.4W/m·K，其余的所有理化性能参数经过测试，其结果见下表2，

表2

导热系数         W/m·K		7.4
			抗折粘结强度，MPa	常温(20℃)×24h后	4.12
110℃×24h，烘干后	23.78
		1400℃×24h，烧后		14.58
800℃×0.5h，热态	6.27

实施例3

在该实施例中，按重量计，该复合胶泥的组成如下：

碳化硅的为25％，石墨的为15％，防氧化剂金属硅的为4％，改性树脂结合剂的为32％，酸性固化剂的为4％。

根据这样的比例混合而成的复合胶泥的导热系数达到7.8W/m·K，其余的所有理化性能参数经过测试，其结果见下表3，

表3

导热系数        W/m·K		7.8
			抗折粘结强度，MPa	常温(20℃)×24h后	5.16
110℃×24h，烘干后	24.59
		1400℃×24h，烧后		13.29
800℃×0.5h，热态	6.16

依本发明所列出的各组成、比例，以及上述各实施例所制作的复合胶泥适用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的粘接，该胶泥具有导热系数高、常温(20℃)能固化并产生强度有利于施工，800～1400℃温度区间热态强度高的特点。这种复合胶泥能够保证在常温到高温的不同温度条件下，连续保持与石墨砖与碳化硅砖复合砌体整体强度，使复合炉衬在高炉高温区段的长期使用过程中，持续保持炉衬结构的结构稳定性，也有利于提高炉衬的冷却能力，对进一步强化冶炼，增加产量，延长高炉寿命十分有利。

这种胶泥不但能用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的粘接，也可以用于砌筑单一的石墨砖或碳化硅砖。

Claims (4)

1，一种用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，

其特征在于：

该胶泥由碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂和固化剂组成，按重量计，碳化硅、石墨、防氧化剂、结合剂、固化剂按如下比例进行混合，

碳化硅        40％-60％；

石墨          10％-25％；

结合剂        20％-40％；

防氧化剂      1％-5％；

固化剂        0.5％-5％。

2，如权利要求1所述的用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，

其特征在于：

所述的防氧化剂为防氧化金属硅。

3，如权利要求1所述的用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，

其特征在于：

所述的结合剂为树脂结合剂。

4，如权利要求1所述的用于砌筑高炉炉身石墨砖与碳化硅砖的复合胶泥，

其特征在于：

所述的固化剂酸性固化剂。