CN103588493B - 一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，包括以下步骤：将低碳的铝碳化硅碳砖的各原料混合后，经模压干燥而成；所述低碳的铝碳化硅碳砖的原料的重量份组成为：氧化铝原料55～85；碳化硅5～15；碳素原料1～7；结合剂3～5；抗氧化剂1～5；有机硅纤维0.01～0.5。本发明提供的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，制备得到的铝碳化硅碳砖中碳含量较低，热导率也降低，能够节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法。
背景技术
铝碳化硅碳砖由于具有优异的抗侵蚀性以及抗热震性，在炼铁系统的各类铁水容器上作为炉衬材料被广泛使用。
现有技术中的铝碳化硅碳砖中碳的质量分数通常在8%～16%，例如，申请公开号为CN102329142A的发明公开了一种铝碳化硅碳砖，它是由以下重量份数的原料制成：粒度为200-300目的锌1-8、粒度为5-0mm的高铝料40-60、粒度为120-320mm的碳化硅10-15、粒度为120-180mm的高铝粉20-30、-199#的石墨10-15、粒度为120-200mm的粘土粉5-10、酚醛树脂3-5，所述高铝料中Al2O3的含量在88%以上，所述高铝粉中Al2O3的含量在88%以上。
又如，申请公开号为CN102757245A的发明公开了一种添加碳化硅-金属硅复合粉体的铝碳化硅碳砖，按重量百分比计，它包含以下组分：矾土熟料40～75%，刚玉10～25%，石墨8～10%，碳化硅—金属硅复合粉体4～15%，碳化硅0～15%，金属硅0～4%，上述各组分的重量百分比之和为100%，另外还添加有外加结合剂，所述外加结合剂为前述组分总重量和的3～4wt%。
随着节能环保的大力提倡以及冶炼技术的进步，碳含量较高的传统的铝碳化硅碳砖的应用已不能满足要求，主要问题有以下几个方面：
（1）由于碳含量较高，热导率也较高，由此增加了热损耗，使铁水在运输及预处理过程中的温降较大大，藉此带来能耗的增加；
（2）消耗了大量宝贵的石墨资源，由于石墨资源的日渐减少，价格日趋上升，导致铝碳化硅碳砖成本及炼铁成本也越来越高；
（3）碳含量越高，耐火材料越容易氧化，氧化后的铝碳化硅碳砖的结构容易遭到破坏，其优异的抗热震性以及耐侵蚀性都会大幅下降。
发明内容
本发明提供了一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，制备得到的铝碳化硅碳砖中碳含量较低，热导率也降低，能够节能降耗。
一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，包括以下步骤：
将低碳的铝碳化硅碳砖的各原料混合后，经模压干燥而成；
所述低碳的铝碳化硅碳砖的原料的重量份组成为：
其中，氧化铝原料的粒度级配为：
所述氧化铝原料中Al2O3的平均重量百分数为75～98%。
本发明将铝碳化硅碳砖的碳含量降低至7%以下，能够有效降低铝碳化硅碳砖的热导率，达到节能降耗的目的。
-0.088mm在本发明所属技术领域中还可以表示为-180目，是指：平均粒径≤0.088mm，可以通过对大颗粒的氧化铝原料进行球磨，使粒度减小至≤0.088mm。
由于降低了碳的含量，因此，不可避免地热震稳定性会下降，为了避免热震稳定性的下降，在原料中增加了有机硅纤维和抗氧化剂，在使用过程中，有机硅纤维能够在铝碳化硅碳砖中聚集形成晶须状结构，提高热震稳定性。
作为优选，所述低碳的铝碳化硅碳砖的原料的重量份组成为：
进一步降低碳素原料的含量，也就降低了最终铝碳化硅碳砖中的碳含量，同时利用有机硅纤维来维持铝碳化硅碳砖具有良好的热震稳定性，有机硅纤维的直径为20～200μm，长度为2-8mm。
所述氧化铝原料可以选用现有技术中的多种原料，优选地，所述氧化铝原料为叶腊石、焦宝石、莫来石、矾土、刚玉中的至少一种。
由于不同的氧化铝原料中Al2O3的重量百分比不一样，通常情况下，叶腊石中Al2O3的重量百分比为8～18%，焦宝石中Al2O3的重量百分比为45～55%、莫来石中Al2O3的重量百分比为55～70%、矾土中Al2O3的重量百分比为80～90%、刚玉中Al2O3的重量百分比为94～99%，因此，可以依据需要将一种或多种氧化铝原料进行混配，以满足氧化铝原料中Al2O3的平均重量百分数为75～98%。
本发明中所述粒度级配中的百分数是指重量百分数，例如：3～1mm50wt%是指：若氧化铝原料的总重量为100kg，则3～1mm粒度的氧化铝原料的重量为50kg。
若选用多种氧化铝原料混配，则多种氧化铝原料协同达到所述的粒度级配，例如，选择矾土和刚玉，3～1mm50wt%，则矾土和刚玉的3～1mm大小的颗粒的重量加和达到氧化铝原料总重量的50wt%。
作为优选，所述抗氧化剂为铝粉、硅粉、镁粉、碳化硼中的至少一种。抗氧化剂用于提高铝碳化硅碳砖的抗氧化性能，可以选择一种，也可以选择多种混配使用，达到更好的抗氧化效果。
为了获得更好的分散效果，抗氧化剂的粒径≤180目，进一步优选，抗氧化剂的粒径为-180目、-325目中的至少一种。
本发明中-180目表示颗粒的平均粒径≤180目，同理，-325目表示颗粒的平均粒径≤325目，-1000目表示颗粒的平均粒径≤1000目，本发明中如果没有特殊注明，粒径都为平均粒径。
现有技术中能够提供碳的物质均可用作碳素原料，优选地，所述碳素原料为石墨、碳黑、沥青中的至少一种。
其中石墨可以选择85～98级石墨等含碳量较高的石墨（85级石墨意味着石墨中碳含量为85%），碳素原料的粒度越小，则比表面积越大，分散程度更好，能够在一定程度上，改善抗剥落性能，因此，通常优选碳素原料的粒径≤100目，进一步优选，碳素原料的粒径为-100目、-325目、-1000目中的至少一种。
本发明中所用的结合剂可以选择耐火材料领域常用的酚醛树脂或者磷酸盐，本发明中所用的碳化硅的粒径≤0.5mm，优选地，碳化硅的粒径为0.5-0mm、-0.088mm、-325目中的至少一种。
目是指每平方英寸筛网上的孔数目，100目就是指每平方英寸上的孔眼数是100个。
在耐火材料领域，原料中不同粒径的配比以及不同成分的含量，对于最终制备得到的成品砖的性能有较大影响，粒径的配比直接影响成品砖的堆积密度，在一定程度上会影响显气孔率以及体积密度，而不同成分的含量则会影响成品砖中的晶体结构，进而热震稳定性，本发明中对不同组分以及粒径的配比进行了优选，使得最终制备得到的铝碳化硅碳砖具有良好的性能指标。
在制备时，为了防止有机硅纤维团聚，优选地，先将铝碳化硅碳砖的原料中粒径在1mm以上的颗粒和有机硅纤维混匀，得到的混合物再与结合剂混匀，混有结合剂之后的混合物与石墨混匀，最后与其余组分混匀。
所有原料混合完毕之后，加压成型得到半成品，优选地，模压的压力为70～120MPa。
得到半成品之后，在窑内干燥得到铝碳化硅碳砖，优选地，干燥温度为180～240℃。干燥时间为24～48h。
本发明制备得到的低碳的铝碳化硅碳砖，一方面能够减少碳素原料的使用，并且保证铝碳化硅碳砖具有良好的使用性能，另一方面也能够降低铝碳化硅碳砖的热导率，达到节能降耗的目的。
具体实施方式
实施例1～2以及对比例1～2
实施例1～2以及对比例1～2中的铝碳化硅碳砖制备方法如下：
（1）将铝碳化硅碳砖原料中粒径为1mm以上大小的颗粒与有机硅纤维混合搅拌2min；
（2）将步骤（1）中得到的混合物与酚醛树脂混合搅拌5min；
（3）将步骤（2）中混有酚醛树脂的混合物与石墨混合搅拌10min；
（4）将步骤（3）中混有石墨的混合物与其余组分混合搅拌45min；
（5）将步骤（4）中的最终产物在80MPa下成品，然后在220℃条件下，干燥48h，得到低碳的铝碳化硅碳砖。
实施例1～2和对比例1～2的原料的重量份组成如表1所示，表1中的粒径均为平均粒径。
表1
其中，各实施例及对比例中不同粒径的原料组成如表2所示。
表2
对比例制备的铝碳化硅碳砖的性能指标：对比例1中的碳含量为11.4%，热导率7.6W/(m·K)，热震稳定次数15次；对比例2中的碳含量为12.4%，热导率8.3W/(m·K)，热震稳定次数20次。
实施例1制备得到的铝碳化硅碳砖的碳含量为6.7%，热导率为5.3W/(m·K)，1100℃时的水冷热震稳定次数为20次，在铁水包上使用时，铁水包的铁壳温度相比对比例1降低了20℃，保温效果更好，且使用寿命与对比例1相同。
实施例2制备得到的铝碳化硅碳砖的碳含量为8.2%，热导率为6.2W/(m·K)，1100℃时的水冷热震稳定次数为20次，在混铁车上使用时，混铁车的铁壳温度相比对比例2降低了30℃，保温效果更好，且使用寿命与对比例2相同。
Claims (7)
1.一种低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将低碳的铝碳化硅碳砖的各原料混合后，经模压干燥而成；
所述低碳的铝碳化硅碳砖的原料的重量份组成为：
其中，氧化铝原料的粒度级配为：
所述氧化铝原料中Al2O3的平均重量百分数为75～98％。
2.如权利要求1所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，所述氧化铝原料为叶腊石、焦宝石、莫来石、矾土、刚玉中的至少一种。
3.如权利要求1所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为铝粉、硅粉、镁粉、碳化硼中的至少一种。
4.如权利要求1所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，所述碳素原料为石墨、碳黑、沥青中的至少一种。
5.如权利要求1所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，模压的压力为70～120MPa。
6.如权利要求5所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，干燥温度为180～240℃。
7.如权利要求6所述的低碳的铝碳化硅碳砖的制备方法，其特征在于，干燥时间为24～48h。
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