CN104591749B - 一种焦炉炭化室炉墙用超高导热硅砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炉炭化室炉墙超高导热硅砖及其制备方法，所用原料按重量百分比为：结晶硅石60-70%，熔融石英10-20%，废硅砖3-20%，Si3N4？1-15%，添加剂所占比重为1-4%，结合剂所占比重为6.9-9.5%，减水剂所占比重为0.1-0.3%，将所述原料按照所述配比送入湿碾混练，机压成型，干燥焙烧即制得超高导热硅砖。本发明超高导热硅砖热导率达到2.50-2.60w/m·k，比传统硅砖热导率高出25%以上，其节能减排效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及焦炉所用的超高导热硅砖，具体涉及一种焦炉炭化室炉墙用超高导热硅砖。
背景技术
中国是世界焦炭生产大国和消费大国。资料显示，中国的焦炭产量占世界焦炭产量的约60%。焦炭生产外排粉尘量约占全国粉尘排放总量的6%。新的历史时期，受环境逐渐恶化的影响，焦化行业将面临着节能减排标准提高的新考验，节能减排任务重大。因此，在炼焦领域，焦炉用节能、环保耐火材料的推广与使用已成必然之势。
在炼焦过程中，焦炉燃烧室的热量通过硅砖炉墙传导到炭化室中，属于隔焰传热。在传热过程中，如果能将燃烧室内更多的热量传递到炭化室，便起到了节能的作用。因此，提高炉墙材质的热导率对焦炉的节能有着非常重要的意义。在保证炭化室内温度不变的情况下，用超高导热硅砖砌筑的燃烧室内的火焰温度相比普通硅砖可以更低一些，那么炼成吨焦所需的燃料量必然降低，起到了节能的作用。在节能的同时，排放到大气中的NOx气体必然会减少，因此，超高导热硅砖在节能的同时也起到了环保的作用。
早在上世纪八十年代欧美等发达国家通过在硅砖中引入金属氧化物如氧化铁、氧化铜等，都使硅砖的热导率有不同程度的提高，但由于这部分氧化物的引入，使得硅砖的高温强度及化学稳定性大大降低，以致于该产品没有能够被市场所接受。
近年来，各种单一性能提高的新型硅砖逐步出现在市场上，中国专利200510048575.1公开了一种复合硅砖，该专利的焦炉用硅砖突出其热震稳定性好、常温耐压强度高、荷重软化点高等特点，生产过程中采用了SiC原料，铁鳞粉、矿化剂CaO、添加剂Na2CO3。中国专利20071006241.5公开了一种7.63m焦炉用硅砖，其硅砖有常温耐压强度高、气孔率较低、耐火度较高、Fe2O3低的特点，其生产技术的特点在于添加剂用了锰粉，矿化剂采用石灰乳。如中国专利200810049567.2公开了一种纳米复合硅砖及其制备方法，该专利技术的特点在于采用了很多纳米化合物，如纳米CaCO3、纳米氧化铁、纳米SiO2原料，利于分散在水中，达到性能相对均一的结果，利用这种方法生产出的硅砖其优势在于常温耐压强度高，同时可降低烧成温度20℃以节省能源，降低生产企业的成本。中国专利201310146445.6公开了一种焦炉用高导热硅砖及其制备方法，其产品的热导率达到2.30-2.50W/m·k，该生产技术方法特点是引入了硅质非氧化物Si，分散剂羧甲基纤维素（CMC）等。
以上技术都在于突出了提高硅砖的常规物理性能，在制造技术上采用了一些特殊原材料，以达到比普通硅砖更好的技术指标，没有考虑到其综合使用性能。本发明提供了一种高温性能稳定的高导热硅砖及其生产工艺方法，据测算，该高导热硅砖热导率的提高，可以降低煤气消耗10%左右。
发明内容
为以解决上述技术的不足，本发明提供一种超高导热硅砖及其制备方法。采用的技术方案为在结晶硅石中通过引入10~20%比重的熔融石英，1~15%比重的Si3N4，额外增加一部分减水剂，通过模压成型，干燥，在隧道窑中以烧成温度1400~1470℃之间制成制品。起始物料的重量百分比为：结晶硅石（颗粒加细粉）60~70%，熔融石英10~20%，废硅砖3~20%，氮化硅1~15%，添加剂+1~4%，减水剂+0.1~0.3%，纸浆废液+6.9~9.5%。
所述结晶硅石SiO2含量大于99%，粒度要求≤2.5mm；
所述熔融石英SiO2含量大于99.5%，粒度为≤2.0mm；
所述氮化硅Si3N4含量90%，且粒度要求为≤0.088mm；
所述废硅砖SiO2含量大于95%，粒度为≤2.50mm；
所述添加剂为钾长石、粘土、萤石的混合物，粒度≤0.088mm；
所述减水剂为三聚磷酸钠；结合剂为纸浆废液。
一种超高导热硅砖制备方法为：将硅石原料与其它物料按照所述原料配比送入湿碾混练，将混好的物料机压成型，成型后的砖坯送入干燥器干燥，干燥后的砖坯放入隧道窑中焙烧，烧成温度为1400～1470℃，保温72小时，冷却出窑后即制得超高导热硅砖。
本发明的原理：减水剂能有效降低泥料中的水份含量，有利于降低成品气孔率，提高制品的致密程度；熔融石英在烧制过程中膨胀量很小，有利于制品密度的进一步提高，而Si3N4在1000℃左右逐渐氧化，并且从1200℃开始转化成方石英，同时，它与矿化剂反应形成少量的玻璃相，这些玻璃相的形成及时缓冲了由于SiO2晶型转变过快而产生的应力，同时对制品内的空隙起到了填充作用，使得主晶相与基质间结合得更紧密，最终获得更加致密、导热性能更好的制品。
所得到的制品性能如下：
体积密度：1.85~1.90g/cm3，气孔率：17~20%，荷重软化温度：≥1650℃，热导率：2.50~2.60，经XRD分析表明砖体中的鳞石英含量达到70%左右。经孔径分析，砖体内部的气孔孔径主要处于9~25μm范围内，平均孔径尺寸比传统硅砖要小3μm左右。
本发明的有益效果在于：在保证砖体高温使用性能和化学稳定性的前提下，提高了制品的热导率，保证了该材质的结构与功能性的平衡，也就是说，既保证了产品的寿命，又提高了制品热导率，达到节能减排的效果。
具体实施方式
实施例1
将起始物料结晶硅石、熔融石英、废硅砖,氮化硅按60%，19%，20%，1%重量百分比进行配比，另加外加剂如下：钾长石+1%，粘土+0.3%，萤石+1%，三聚磷酸钠+0.1%，纸浆废液+1%（均为占起始料总重量的百分比）。将上述原料称量好后，放入湿碾机里进行混练25分钟，将混好的泥料放入模腔内机压成型，机压好的坯体，放入干燥器中，温度100℃，保温24小时，把干燥好的坯体放入隧道窑中进行烧成，烧成温度1400℃，保温72小时，冷却出窑后即为成品。
实施例2
将起始物料结晶硅石、熔融石英、废硅砖、氮化硅按65%，12%，10%，13%重量百分比进行配比，另加外加剂如下：钾长石+1%，粘土+0.3%，萤石+1%，三聚磷酸钠+0.1%，纸浆废液+1%（均为占起始料总重量的百分比）。将上述原料称量好后，放入湿碾机里进行混练25分钟，将混好的泥料放入模腔内机压成型，机压好的坯体，放入干燥器中，温度80℃，保温24小时，把干燥好的坯体放入隧道窑中进行烧成，烧成温度1430℃，保温72小时，冷却出窑后即为成品。
实施例3
将起始物料结晶硅石、熔融石英、废硅砖、氮化硅按67%，13%，10%，10%重量百分比进行配比，另加外加剂如下：钾长石+1%，粘土+0.3%，萤石+1%，三聚磷酸钠+0.1%，纸浆废液+1%（均为占起始料总重量的百分比）。将上述原料称量好后，放入湿碾机里进行混练25分钟，将混好的泥料放入模腔内机压成型，机压好的坯体，放入干燥器中，温度在70℃之间，保温24小时，把干燥好的坯体放入隧道窑中进行烧成，烧成温度1450℃，保温72小时，冷却出窑后即为成品。
实施例4
将起始物料结晶硅石、熔融石英、废硅砖、氮化硅按68%，15%，8%，9%重量百分比进行配料，外加钾长石+3%，粘土+0.2%，萤石+0.8%，三聚磷酸钠+0.3%，纸浆废液+1%（均为占起始料总重量的百分比）。将上述原料称量好后，放入湿碾机里进行混练，大约25分钟，将混好的泥料放入模腔内机压成型，机压好的坯体，放入干燥器中，温度120℃，保温24小时，把干燥好的坯体放入隧道窑中进行烧成，在烧成温度1470℃，保温72小时，冷却出窑后即为成品。
实施例5
将起始物料结晶硅石、熔融石英、废硅砖、氮化硅按70%，10%，5%，15%重量百分比进行配料，外加钾长石+3%，粘土+0.2%，萤石+0.8%，三聚磷酸钠+0.3%，纸浆废液+1%（均为占起始料总重量的百分比）。将上述原料称量好后，放入湿碾机里进行混练，大约25分钟，将混好的泥料放入模腔内机压成型，机压好的坯体，放入干燥器中，温度60℃，保温24小时，把干燥好的坯体放入隧道窑中进行烧成，在烧成温度1450℃，保温72小时，冷却出窑后即为成品。
表1普通硅砖与本发明的超高导热硅砖性能指标
从表1中可以看出，本发明的超高导热硅砖在基础物理化学性能上要优于普通硅砖，同时热导率有了较大的提高。目前，焦炉炭化室炉墙用硅砖正朝着高热导率、高密度方向发展，砖体热导率提高的幅度决定了在炼焦过程中焦炉节能的力度。直接影响到吨焦炼成所需的燃料量减少的幅度；同时，通过使用本发明产品可以大幅度降低吨焦排放到大气中的污染物气体，如NOx、SOx气体等，环保作用非常明显。
本发明超高导热硅砖比普通硅砖的热导率高，综合性能更加优越，为炼焦产业节能环保能力的提高提供了一种新的技术。
Claims (1)
1.一种焦炉炭化室炉墙用超高导热硅砖，其特征在于：所述超高导热硅砖所含组分的重量百分含量为：粒度≤2.50mm结晶硅石60～70%，粒度≤2.00mm熔融石英10～20%，粒度≤2.50mm废硅砖3～20%，粒度≤0.088mm氮化硅1～15%，外加粒度≤0.088mm添加剂1～4%、三聚磷酸钠0.1～0.3%和纸浆废液6.9～9.5%，所述添加剂为钾长石、粘土、萤石的混合物；将上述原料按照配比送入湿碾混练，将混好的物料机压成型，成型后的砖坯送入干燥器干燥，干燥后的砖坯放入隧道窑中焙烧，烧成温度为1400～1470℃，保温72小时，冷却出窑后即制得。
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