CN103030414B - 一种纳米微孔碳化硅砖及其制造方法 - Google Patents
一种纳米微孔碳化硅砖及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种纳米微孔碳化硅砖及其制造方法，按重量份计有以下原料制备而成：碳化硅：65-75份，石墨：5-10份，金属硅：5-10份，a-AL2O3：3-5份，氮化物：3-5份，沥青13-15份，树脂：3-5份。本发明系用优质碳化硅为基质，特殊过程处理后，加入金属硅等超微粉添加剂，经高温晶化处理，使其抵抗钾、钠等碱金属侵蚀能力更强，抗热震性能的大幅提高，抵抗物料的机械冲刷和剥蚀性能更加优良，工艺技术性能指标先进，从根本上解决了这一问题，大大延长了高炉的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于高炉冶炼技术领域，涉及一种纳米微孔碳化硅砖及其制造方法。
背景技术
在高炉使用过程中，容易造成炉身中上部炉衬严重破坏的因素是，当高炉炉腹、炉腰、炉身下部受到严重侵蚀后，使炉身中上部失去支托而造成的垮落。因此炉衬材料材质的改进对于抵抗煤气化学侵蚀及固态物料磨蚀，从而做到十年无中修，极大的提高了经济效益。
但是随着高炉强化冶炼技术的不断发展，普通材料材质的炭块炉衬技术还远远不能满足高炉长寿的需要，普通材料材质炭块的导热及抗热震性能还不是很好，和高导石墨材料配合使用，温度梯度较大，影响了热传递的速度和均匀性，相对影响了炉衬的使用寿命。在高炉炉衬结构中，炉身下部和炉腰部位为软熔带，化学反应剧烈，其热流量为高炉各部位之冠，普通材料在高温下抗碱性能很差。炉腹部位为滴落带，化学反应最为剧烈，故一般结构的耐火材料均不能保持长久。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种纳米微孔碳化硅砖及其制造方法，在普通材质炭砖炉衬结构的基础上，研制出的一种纳米微孔碳化硅砖系用优质碳化硅为基质，特殊过程处理后，加入金属硅等超微粉添加剂，经高温晶化处理，使其抵抗钾、钠等碱金属侵蚀能力更强，抗热震性能的大幅提高，抵抗物料的机械冲刷和剥蚀性能更加优良，工艺技术性能指标先进，从根本上解决了这一问题，大大延长了高炉的使用寿命。
其技术方案为：
一种纳米微孔碳化硅砖，按重量份计有以下原料制备而成：碳化硅：65-75份，石墨：5-10份，金属硅：5-10份，a-AL2O3：3-5份，氮化物：3-5份，沥青13-15份，树脂：3-5份。
进一步优选，按重量份计有以下原料制备而成：碳化硅：65份，石墨：5份，金属硅：8份，a-AL2O3：3份，氮化物：3份，沥青13份，树脂：3份。
一种纳米微孔碳化硅砖的制造方法，包括以下步骤：
（1）破碎、配料：按照本发明所述的各重量份称取后，将碳化硅破碎筛分，然后按粒径4-1mm（25-32%），1-0mm（15-25%）配料；碳化硅、石墨、金属硅、a-AL2O3、氮化物共磨后，按粒径-0.075mm（40-45%）的比例配料；
（2）混捏：将步骤（1）配制的干原料，置于密闭混捏锅中在180-190℃温度区间进行混捏，先干混20-30min，然后加入树脂3-5重量份、沥青13-15重量份，进行抽真空混捏30-40min；
（3）成型：将混捏好的糊料进行凉料处理后，加入磨具内，采用高频振动成型，制成毛坯；
（4）高温晶化处理：毛坯经过合格检验后，按照标准将毛坯放置在高温焙烧窑内，在1450—1480℃范围内进行高温焙烧处理，利用原位反应法原理，使其内部完成纳米晶化反应。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的纳米微孔碳化硅砖选用优质碳化硅为基质，碳化硅具有化学性能稳定、导热性能良好、热膨胀系数小、耐磨性能好、强度大、抗冲击等特性，特殊过程处理后，加入金属硅超微粉、氮化物等添加剂，经高温晶化处理，使其技术性能指标达到或超出国外氮化硅结合碳化硅砖，并且在炉腹、炉腰、炉身下部恶劣的碱金属侵蚀和抗炉料、渣铁侵蚀性。纳米纤维由于其独特的表面效应，体积效应以及量子尺寸效应，使得材料的电学、力学、磁学、光学等性能产生了巨大的变化，使的纳米材料及其技术成为当前科学研究的热点之一，被认为是二十一世纪的又一次产业革命。
附图说明
图1为本发明纳米微孔碳化硅砖具体应用的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例来详细描述本发明的技术方案。
如图1所示，本发明纳米微孔碳化硅砖作为炉衬，炉墙紧贴炉壳为镶嵌石墨砖1，紧贴镶嵌石墨砖1砌筑纳米微孔碳化硅砖2。
下表为纳米微孔碳化硅砖和国外氮化硅结合碳化硅砖、美国UCAR小炭块性能对比，如表1所示：
表1
原位反应法：以优质碳化硅为主要原料，在一定的颗粒级配条件下，按不同比例引入金属硅、氮化物，调整金属硅、氮化物的含量，在1450—1480℃范围内焙烧处理炭砖、用XRD和SEM测定和观察材料的物相变化和显微结构，用激光导热仪，压汞仪测定炭砖的导热系数和孔径分布，用回转法抗渣仪，耐磨试验机测实炭砖的抗渣铁和高炉炉料的机械冲刷侵蚀性，在抗碱炉、真空感应炉内，测定炭砖的抗抗碱金属侵蚀性，用热重分析炉研究炭砖氧化动力学。
本发明与现有技术相比具有以下优势：
1、炭砖的原料改进：新研制的纳米微孔碳化硅砖采用优质碳化硅为基质材料，且经过特殊处理，加入金属硅、氮化物等超微粉添加剂，并经高温晶化处理。因此，这种原料制成的纳米微孔碳化硅砖具有较高的导热性能且密度高，抗碱金属性优良，抗氧化性、抗炉料、渣铁机械冲刷性好和微气孔等到性能。
2、生产工艺和设备先进：纳米微孔碳化硅砖采用高频模压振动成型机，密闭抽真空混捏工艺。
3、本发明的特色与创新之处：纳米微孔碳化硅砖结构致密，抗钾钠碱金属侵蚀性能好，抗冲刷性能优良，透气度很低；平均孔半径≤0.5um、＜1μm孔容积≥75%；和透气度小于5mDa三项指标表示，这与国外氮化硅结合碳化硅砖有明显的区别。从高炉炭砖侵蚀原因分析，CO、碱金属侵蚀，水的氧化都是以液态或气态渗入炭砖内部，从炭砖内部侵蚀或腐蚀炭砖。纳米微孔碳化硅砖由于孔隙很小（＜0.5μm）且气孔多为封闭气孔，热导率高，抗热震性能好，可以有效地阻止上述侵蚀作用，有利于高炉强化冷却，因而延长高炉寿命。下表为纳米微孔碳化硅砖和国外氮化硅结合碳化硅砖、美国UCAR小炭块性能对比，如表2所示：表2
孔径分布检测范围0.006um—360um。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种纳米微孔碳化硅砖的制造方法，所述纳米微孔碳化硅砖，按重量份计有以下原料制备而成：碳化硅：65份，石墨：5份，金属硅：8份，a-AL2O3：3份，氮化物：3份，沥青13份，树脂：3份，其特征在于，包括以下步骤：
(1)破碎、配料：所述的各重量份称取后，将碳化硅破碎筛分，然后按粒径4-1mm25-32％，1-0mm15-25％配料；碳化硅、石墨、金属硅、a-AL2O3、氮化物共磨后，按粒径-0.075mm40-45％的比例配料，前述三种原料质量之和为100％；
(2)混捏：将步骤(1)配制的干原料，置于密闭混捏锅中在180-190℃温度区间进行混捏，先干混20-30min，然后加入树脂3重量份、沥青13重量份，进行抽真空混捏30-40min；
(3)成型：将混捏好的糊料进行凉料处理后，加入磨具内，采用高频振动成型，制成毛坯；
(4)高温晶化处理：毛坯经过合格检验后，按照标准将毛坯放置在高温焙烧窑内，在1450—1480℃范围内进行高温焙烧处理，利用原位反应法原理，使其内部完成纳米晶化反应。
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