CN102659419A - 炭素焙烧炉用高温材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炭素焙烧炉用高温材料，该材料主要由M60电熔莫来石、M70电熔莫来石、南非红柱石、焦宝石和广西粘土经过高温煅烧制成。制备得到的高温材料具有优异的热震稳定性和抗蠕变性能，能够有效防止和延缓裂纹以及变形的发生。该材料能够满足炭素焙烧炉火道墙的技术要求并且具有优异的综合性能，其作为炭素焙烧炉火道墙的高温材料使用，能够显著地延长炭素焙烧炉火道墙的使用寿命和性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温耐火材料，具体地说，本发明涉及一种炭素焙烧炉火道墙用的高温耐火材料。
背景技术
炭素焙烧炉是一种主要用于焙烧炭块来生产电解槽所用阳极炭块的设备，焙烧炉将经高压成型后的炭块在隔绝空气的环境下，按设定的焙烧温度进行间接加热，以提高炭素制品的机械强度、导电性和耐高温性能。炭素焙烧炉料箱是由火道墙和横墙组成的，火道墙顶部由多块耐火材料浇注料预制块组成，每块浇注料预制块开有一个中央圆孔，这些孔分别用于烟气排放、燃烧燃料的喷入供给、温度压力测量、生产情况的火道工况观察等。炭素焙烧炉火道墙是炭素焙烧炉内的主要炉体。火道墙性能的优劣直接影响火道墙的使用寿命。由于炭素焙烧炉在工作过程中需要经受1200-1300℃之间的高温，而且需要反复装、出炭素制品，从而导致火道墙受热应力、碳侵蚀、高温等反复作用容易造成裂纹、变形和塌陷。
当前我国的炭素焙烧炉火道墙一般采用耐火粘土砖和少量高铝砖砌筑。然而现有技术中使用的耐火粘土砖的荷重软化点偏低、重烧线变率偏高，从而容易造成焙烧炉火道变形、炉面塌陷，严重影响了焙烧炉的使用寿命。目前炭素焙烧炉的炉体只能保持1.5-2年的良好运行状态。举例来说，现有技术中公开了多种炭素焙烧炉火道墙的整体结构，例如CN2354092Y、CN201081549Y和CN1374495A公开的预制火道墙是先将火道墙在炉外预制成大件、小件或组合件，然后在炉内组合拼装而成。上述专利技术在结构上可以较好地解决火道墙整体性的问题，但并没有解决好热震性差、蠕变率低和施工效率比较低的问题。这 是由于这些专利都没有能够从根本上解决耐火材料的上述缺陷，从而难以有效提高炭素焙烧炉火道墙的使用性能和寿命。
为此，本发明提供一种高性能的新型炭素焙烧炉用耐火材料，目的在于克服当前火道墙在使用性能方面存在的严重缺陷，从而达到提高火道墙热震稳定性、抗蠕变性和整体强度，最大可能的减少炉体开裂和变形，提高火道墙寿命和施工效率。
发明内容
为了解决现有技术中的火道墙受热应力、碳侵蚀以及高温作用容易造成裂纹、变形和塌陷的技术问题，本发明的目的在于提供一种炭素焙烧炉用高温材料。本发明的炭素焙烧炉用高温材料主要由M60电熔莫来石、M70电熔莫来石、南非红柱石、焦宝石和广西粘土经过高温煅烧制成，制备得到的高温材料具有优异的热震稳定性、抗蠕变性能，能够有效防止和延缓裂纹以及变形的发生，它能够完全满足炭素焙烧炉火道墙的技术要求，具有优异的综合性能，作为炭素焙烧炉火道墙的高温材料能够显著地延长炭素焙烧炉火道墙的使用寿命和性能。本发明的高温材料可以在炭素焙烧炉火道墙新建、大修、或局部维修中使用。
本发明的目的，通过以下技术方案实现：
一种炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于由以下组分的基料在1480℃煅烧制备而成，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石10-30wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石5-16wt％，粒度为3-1mm的焦宝石10-30wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石10-20wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石5-20wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石5-20wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10-15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土4-15wt％和3-6wt％ 的糊精水。
优选地，本发明的炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石15-25wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石7-12wt％，粒度为3-1mm的焦宝石12-25wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12-18wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石8-15wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石7-15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10-15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土6-12wt％和3-6wt％的糊精水。
更优选地，本发明的炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石15wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石9wt％，粒度为3-1mm的焦宝石12wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝12wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土8wt％和5wt％的糊精水。
更优选地，本发明的炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石18wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石12wt％，粒度为3-1mm的焦宝石15wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石8wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土6wt％和4wt％的糊精水。
优选地，本发明的炭素焙烧炉用高温材料，所述的M60电熔莫来石和M70莫来石中氧化铝的含量为70-77wt％，二氧化硅的含量为22-29wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.4wt％；所述的南非红柱石中氧化铝的含量不小于58wt％，Fe2O3的含量不高于1.0wt％，Na2O+K2O的含量不大于 0.5wt％；所述的焦宝石中氧化铝的含量为50-55wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的α-氧化铝中氧化铝的含量不低于99wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不高于0.15wt％。所述的广西粘土中氧化铝的含量不低于35wt％，Fe2O3的含量不高于1.5wt％、Na2O+K2O的含量不高于1.5wt％。
本发明的炭素焙烧炉用高温材料体积密度不低于2.3g/m3，显气孔率不高于18％，Fe2O3的含量不高于1.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％，CaO+MgO的含量不大于0.4wt％。
本发明的炭素焙烧炉用高温材料荷重软化温度(0.2MPa)不低于1600℃，常温耐压强度不低于58MPa，1200℃的抗折强度不低于12.0MPa，1350℃的抗折强度不低于6.0MPa，1000℃的热膨胀率不高于0.6％，1100℃水冷的热震稳定性不低于50次。本发明的炭素焙烧炉用高温材料的技术指标具体参见表1。
本发明的另一方面，还涉及所述的炭素焙烧炉用高温材料的制备方法如下：所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石10-30wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石5-16wt％，粒度为3-1mm的焦宝石10-30wt％、粒度为1-0.1mm的南非红柱石10-20wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石5-20wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石5-20wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10-15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土4-15wt％和3-6wt％的糊精水；其特征在于所述的制备方法包括以下工艺：
(1)原料准备：将糊精在打浆机中用热水配置成密度为1.16-1.20g/cm3的糊精液；按上述比例的基料采用共混的方法制备成粉料并碾匀；
(2)机压成型：将混碾料由成型机压制成所需形状的坯料；
(3)坯料干燥：坯料首先自然干燥10-20小时，然后由烘干炉进行烘干，使得其残余水分低于1.0％；
(4)将干燥后的砖坯置于烧结炉中在1480℃烧结16小时，自然降温冷却后得到成品。
优选地，在所述的炭素焙烧炉用高温材料制备方法中，所述的M60电熔莫来石和M70莫来石中氧化铝的含量为70-77wt％，二氧化硅的含量为22-29wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.4wt％；所述的南非红柱石中氧化铝的含量不小于58wt％，Fe2O3的含量不高于1.0wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的焦宝石中氧化铝的含量为50-55wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的α-氧化铝中氧化铝的含量不低于99wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不高于0.15wt％；所述的广西粘土中氧化铝的含量不低于35wt％，Fe2O3的含量不高于1.5wt％，Na2O+K2O的含量不高于1.5wt％。
本发明的另一方面，还涉及一种炭素焙烧炉，其火道墙由本发明所述的炭素焙烧炉用高温材料制成。
本发明的制备得到的高温材料与现有技术的同类材料相比具有优异的热震稳定性和抗蠕变性能，能够有效防止和延缓裂纹以及变形的发生，它能够完全满足炭素焙烧炉火道墙的技术要求，具有优异的综合性能，作为炭素焙烧炉火道墙的高温材料能够显著地延长炭素焙烧炉火道墙的使用寿命和性能。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细描述，但具体实施例不作为对本发明专利保护范围的限定。
实施例1
一种炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石25wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石5wt％，粒度为3-1mm的焦宝 石15wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石15wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石5wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石12wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土8wt％和5wt％的糊精水。制备1.20g/cm3的糊精液按照上述比例将基料混碾均匀；用成型机将混碾料制成坯料，坯料经自然干燥和烘干炉烘干后使其水分低于1.0％，然后在烧结炉中于1480℃烧结16小时。
实施例2
一种炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石10wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石16wt％，粒度为3-1mm的焦宝石14wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石10wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石10wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土7wt％和3wt％的糊精水。制备1.20g/cm3的糊精液按照上述比例将基料混碾均匀；用成型机将混碾料制成坯料，坯料经自然干燥和烘干炉烘干后使其水分低于1.0％，然后在烧结炉中于1480℃烧结16小时。
实施例3
一种炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石15wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石9wt％，粒度为3-1mm的焦宝石12wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝12wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土8wt％和5wt％的糊 精水。制备1.20g/cm3的糊精液按照上述比例将基料混碾均匀；用成型机将混碾料制成坯料，坯料经自然干燥和烘干炉烘干后使其水分低于1.0％，然后在烧结炉中于1480℃烧结16小时。
实施例4
一种炭素焙烧炉用高温材料，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石18wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石12wt％，粒度为3-1mm的焦宝石15wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石8wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土6wt％和4wt％的糊精水。制备1.20g/cm3的糊精液按照上述比例将基料混碾均匀；用成型机将混碾料制成坯料，坯料经自然干燥和烘干炉烘干后使其水分低于1.0％，然后在烧结炉中于1480℃烧结16小时。
比较例1
与实施例1相比其区别在于含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石30wt％，不含有粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石；粒度为1-0.1mm的南非红柱石20wt％，不含有粒度为0.074mm以下的南非红柱石。
比较例2
与实施例2相比其区别在于不含有M60电熔莫来石，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石41wt％。
比较例3
与实施例3相比其区别在于不含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石含量为24wt％；不含粒度为1-0.1mm的南非红柱石， 粒度为0.074mm以下的南非红柱石含量为24wt％。
比较例4
与实施例4相比其区别在于不含有M60电熔莫来石，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石45wt％。
对实施例1-4以及比较例1-4所制备的炭素焙烧炉用高温材料的各技术指标进行测试。测试所得的技术指标数据在表2中列出。
表1：本发明的炭素焙烧炉用高温材料的技术指标数据
表2：实施例以及比较例所制备的炭素焙烧炉用高温材料的各技术指标
以上所述，仅为本发明的优选实施例，不能解释为以此限定本发明的范围，凡在本发明的权利要求书要求保护的范围内所做出的等同的变形和改变的实施方式均在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于由以下组分的基料在1480℃煅烧制备而成，所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石10-30wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石5-16wt％，粒度为3-1mm的焦宝石10-30wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石10-20wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石5-20wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石5-20wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10-15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土4-15wt％和3-6wt％的糊精水。
2.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石15-25wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石7-12wt％，粒度为3-1mm的焦宝石12-25wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12-18wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石8-15wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石7-15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10-15wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土6-12wt％和3-6wt％的糊精水。
3.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石15wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石9wt％，粒度为3-1mm的焦宝石12wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝12wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土8wt％和5wt％的糊精水。
4.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的基料中含有粒度为3-1mm的M60电熔莫来石18wt％，粒度为1-0.1mm的M60电熔莫来石12wt％，粒度为3-1mm的焦宝石15wt％，粒度为1-0.1mm的南非红柱石12wt％，粒度为0.074mm以下的南非红柱石8wt％，粒度为0.074mm以下的M70电熔莫来 石15wt％，粒度为0.002mm以下的α-氧化铝10wt％，粒度为0.088mm以下的广西粘土6wt％和4wt％的糊精水。
5.权利要求1-4任一项所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的M60电熔莫来石和M70莫来石中氧化铝的含量为70-77wt％，二氧化硅的含量为22-29wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.4wt％；所述的南非红柱石中氧化铝的含量不小于58wt％，Fe2O3的含量不高于1.0wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的焦宝石中氧化铝的含量为50-55wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的α-氧化铝中氧化铝的含量不低于99wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不高于0.15wt％；所述的广西粘土中氧化铝的含量不低于35wt％，Fe2O3的含量不高于1.5wt％，Na2O+K2O的含量不高于1.5wt％。
6.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的炭素焙烧炉用高温材料体积密度不低于2.3g/m3，显气孔率不高于18％，Fe2O3的含量不高于1.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％，CaO+MgO的含量不大于0.4wt％。
7.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料，其特征在于所述的炭素焙烧炉用高温材料荷重软化温度不低于1600℃，常温耐压强度不低于58MPa，1200℃的抗折强度不低于12.0MPa，1350℃的抗折强度不低于6.0MPa，1000℃的热膨胀率不高于0.6％，1100℃水冷的热震稳定性不低于50次。
8.权利要求1所述的炭素焙烧炉用高温材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下工艺：
(1)原料准备：将糊精在打浆机中用热水配置成密度为1.16-1.20g/cm3的糊精液；按上述比例的基料采用共混的方法制备成粉料并碾匀；
(2)机压成型：将混碾料由成型机压制成所需形状的坯料；
(3)坯料干燥：坯料首先自然干燥10-20小时，然后由烘干炉进行烘干，使得其残余水分低于1.0％；
(4)将干燥后的砖坯置于烧结炉中在1480℃烧结16小时，自然降温冷却后得到成品。
9.权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述的M60电熔莫来石和M70莫来石中氧化铝的含量为70-77wt％，二氧化硅的含量为22-29wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.4wt％；所述的南非红柱石中氧化铝的含量不小于58wt％，Fe2O3的含量不高于1.0wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的焦宝石中氧化铝的含量为50-55wt％，Na2O+K2O的含量不大于0.5wt％；所述的α-氧化铝中氧化铝的含量不低于99wt％，Fe2O3的含量不高于0.2wt％，Na2O+K2O的含量不高于0.15wt％。所述的广西粘土中氧化铝的含量不低于35wt％，Fe2O3的含量不高于1.5wt％，Na2O+K2O的含量不高于1.5wt％。
10.一种炭素焙烧炉，其特征在于炭素焙烧炉的火道墙由权利要求1-7任一项所述的炭素焙烧炉用高温材料制成。
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