CN1050591C - 烧成微孔铝炭砖及其制作方法 - Google Patents

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本发明涉及一种烧成微孔铝炭砖及其制作方法,属高炉用耐火材料领域。以高温煅烧待级矾干为主要原料,添加酚醛树脂为结合剂,采用微气孔生成工艺,成型后在高温下还原气氛中烧成。该砖具有优良的抗碱性、导热性、抗铁水溶蚀性、抗渣侵蚀性、抗氧化性及热震稳定性,极低的透气度、平均孔径小,孔半径小于1μm的孔容积大于70%,荷重软化温度较高,适用于大型高炉炉身中下部、炉腰、炉腹、炉缸及炉底,使用寿命长,经济效益显著。

Description

烧成微孔铝炭砖及其制作方法
本发明涉及一种用于大型高炉的烧成微孔铝炭砖及其制作方法。
在本发明之前,我国的高炉内衬一直采用高铝砖、粘土砖和普通炭砖砌筑,高炉使用寿命短,一代高炉需经过2~3次中修,与国外高炉寿命相比差距较大。近几年我国研制出Si3N4结合的SiC砖,用于炉身中下部效果较好,但价格昂贵难于广泛应用,因此人们开始寻求一种既满足高炉长寿要求,价格又比较低廉的铝炭砖作为耐火材料。88年8月曾公开过日本专利特开昭63-57706(4)由新日本钢铁公司浜井和男等人发明的《高炉炉底结构》,在该专利申请中提出了用大块的微气孔砖砌筑炉底的耐火材料及砌筑方式,但没有提供微气孔砖的生成工艺,因此还不能解决我国高炉长寿用砖问题。89年10月在中国专利申请号为88101486.9中公开了由冶金部武汉钢铁设计院申请的“铝炭砖及其制作”,该专利申请的文件所述的铝炭砖,实际上是成型后的砖坯在250~500℃低温下使酚醛树脂固化,尽管焙烧温度低,生产工序简单、能耗少,但砖的技术指标低,远远不能满足大型高炉使用要求,更达不到提高大型高炉寿命的目的。
本发明的目的是提供一种烧成微孔铝炭砖及其制作方法,该砖具有多项优良性能,能够用于砌筑大型高炉炉腰、炉身中下部等内衬,并能提高大型高炉使用寿命。
本发明为了达到上述目的,设计了一种烧成微孔铝炭砖,以高温煅烧特级矾土为主要原料,以酚醛树脂为结合剂,其特征在于原料组成按重量百分比为:含有高温煅烧特级矾土40~65、电熔刚玉粉20~30、鳞片石墨7~13、结晶Si微粉4~14、粘土粉1~3,外加4~6酚醛树脂。
本发明烧成微孔铝炭砖,以原料中使用量占重量40~65%的高温煅烧特级矾土为主要原料,优质的原料是生产优质砖的基础,所选高温煅烧的特级矾土要求含AL2O3≥85%、Fe2O3<1%、耐火度≥1790℃、体密≥3.2g/cm3、粒度0~4mm,经过高温煅烧的特级矾土致密度高,使烧制砖的过程体积变化小,产品的致密度也大,并保证特级矾土本身的抗碱性能,使成品砖具有优良的抗碱金属侵蚀性和低透气度。
本发明中电熔刚玉粉料配比量为20~30%,要求含AL2O3≥95%、粒度小于300目,刚玉的细粉料可以充填于矾土骨料颗粒间,在岩相结构照片上可清楚地显示刚玉呈粒状、柱状和桶状密集分布在矾土骨料颗粒中,使砖的结构特别致密,孔隙很少,对降低微气孔的孔径、提高抗碱性、抗渣铁侵蚀性起到重要作用。
本发明中鳞片石墨配比量为7~13%,要求鳞片石墨碳含量大于95%,灰分小于5%、粒度小于100目,由于石墨具有优良的导热性和抗碱金属侵蚀性,石墨和刚玉一样是以细粉充填于骨料颗粒之间,在砖中形成网络状石墨结构,是获得高导热性和优良抗碱性微孔铝炭砖的必要条件。碳含量对导热系数有明显的影响,鳞片石墨配比量低于7%,导热性就变差,达不到要求,同时鳞片石墨的加入大大提高荷重软化开始的温度,使其大于1650℃。
本发明中结晶Si微粉配比量为4~14%,要求结晶Si微粉的含Si量大于95%,粒度小于300目。结晶Si微粉在高温烧成中能与C生成β型SiC,在砖中重新分布,充填于气孔之中,降低微气孔孔径,是生成微气孔的主要机理之一,配入结晶Si微粉有助于获得透气度低平均孔径小的微气孔砖。
本发明中加入1~3%的粘土粉,主要起增强耐压强度的作用。
本发明中加入4~6%的酚醛树脂作结合剂,酚醛树脂在高温下焦化,生成一种各向同性玻璃状构造,是一种极致密的碳质物,它也以填充方式均匀包裹砖内的大小颗粒,使砖内大小颗粒周围的孔隙几乎全被这种碳质物所封闭,贯通气孔极少,从而有利微孔的生成,降低透气度,同时它的结合强度高能满足大型高炉耐火砖的要求。
本发明烧成微孔铝炭砖的制作方法,按上述各原料配比称重、混碾、模压成型、烘干烧成,其特征在于原料组成按重量百分比为:含有高温煅烧特级矾土40~65、电熔刚玉粉20~30、鳞片石墨7~13、结晶Si微粉4~14、粘土粉1~3,外加4~6酚醛树脂,称重后先将高温煅烧特级矾土和结合剂分别升温至40~60℃,混碾1~3分钟,再加入其它原料混碾,混碾后困料,困料时间应大于8小时,困料后模压成型,烘干的砖坯在高温下还原气氛中烧成,烧成的温度为1530~1650℃,保温时间40~50小时。
本发明在生产过程中对各个环节的工艺要求严格,其步骤为:(1)控制原料的质量和细度,准确称量与配比;(2)先将高温煅烧特级矾土和结合剂分别升温至40~60℃,在湿碾机中混碾1~3分钟,再加入其它原料混碾,混碾后困料,困料时间应大于8小时;(3)模压成型后的砖坯密度≥2.8g/cm3,砖坯表面光洁无裂纹;(4)烘干砖坯;(5)砖坯在还原气氛中烧成,烧成的温度为1530~1650℃,保温时间40~50小时。
本发明在生产过程中如果原料质量不好、配比不合要求、称量不准确,均直接影响到砖的质量,最早表现在砖坯成型时表面不光洁,大量出现层状裂纹;若微粉量不够,就没有生成微气孔砖的条件和基础;将高温煅烧的特级矾土和结合剂分别加热至40~60℃,有一定的温度有助于结合剂分散粘附于矾土骨料上;全部原料混碾后经过8小时困料,可使砖成型时表面光洁,避免产生层裂;成型后砖的密度≥2.8g/cm3,可保证砖的致密度;砖坯在干燥房中烘干,干燥温度100℃左右,时间约50小时;本发明的铝炭砖要求在还原气氛条件下烧成,烧成的温度取1530~1650℃,保温时间40~50小时,这一方面取决于结晶Si微粉与石墨的反应温度,同时烧成温度对抗碱性、热震稳定性和透气度有明显的影响,若烧成的温度在900~1000℃就会使砖的透气度太高,而低于1530℃砖的抗碱性明显下降,烧成的温度高于1650℃燃耗增大,综合考虑烧成温度取1530~1650℃为宜;保温时间与烧成的温度有关,用1650℃烧则保温时间取40小时,烧成温度1530℃则保温时间取50小时。
本发明的烧成微孔铝炭砖及其制作方法用实施例进一步说明:实施例1:备好质量符合要求的原料,按重量百分比经准确称量,称取高温煅烧特级矾土55%、电熔刚玉粉25%、鳞片石墨9%、结晶Si微粉9%、粘土粉2%,另备6%酚醛树脂,先将高温煅烧特级矾土和结合剂分别升温至40℃,在湿碾机中混碾2分钟,再加入其余原料混碾15分钟,然后困料,8小时以后泥料用300吨摩擦压砖机冲压成型,冲压次数20次左右,砖坯密度≥2.8g/cm3,砖坯表面光洁、平整无裂纹,再将砖坯送入干燥房中烘干,干燥温度100℃,干燥50小时,烘干的砖坯送入倒焰窑在还原气氛中1530℃温度下烧50小时。出窑的砖就为本发明的烧成微孔铝炭砖,该砖经检验耐压强度达到61.38Mpa,显气孔率达17.25%,荷重软化点大于1650℃,平均孔半径0.6952μm,孔半径小于1μm的孔容积大于78.43%,透气度为0.020mDa,氧化率0.443%,900℃时导热系数为8.94W/mk,铁水溶蚀指数2.81%抗渣侵蚀性、抗碱性优良、热震稳定性大于100次。实施例2:按上述原料要求,先称取高温煅烧特级矾土64%和另备的4%酚醛树脂分别升温至60℃,在湿碾机中混碾3分钟,再加入电熔刚玉粉20%、鳞片石墨10%、结晶Si微粉5%、粘土粉1%混碾15分钟,困料8小时以后泥料用400吨摩擦压砖机冲压成型,冲压次数15次左右,砖坯密度≥2.8g/cm3,砖坯表面光洁、平整无裂纹,再将砖坯送入干燥房中烘干,干燥温度100℃,烘48小时,烘干的砖坯送入倒焰窑在还原气氛中1570℃温度下烧48小时。出窑的砖就为本发明的烧成微孔铝炭砖,该砖经检验耐压强度达到61.2MPa,显气孔率达16.1%,荷重软化点大于1650℃,平均孔半径0.895μm,孔半径小于1μm的孔容积大于70%,透气度为0~0.304mDa,氧化率0.93%,900℃时导热系数为16.7W/mk,铁水溶蚀指数0.32%,抗渣侵蚀性、抗碱性优良、热震稳定性大于100次。该批砖已在鞍钢炼铁厂高炉的炉身中下部、炉腰、炉缸和炉底等部位使用,效果良好。实施例3:按上述原料要求,先称取高温煅烧特级矾土50%和另备的5%酚醛树脂分别升温至50℃,在湿碾机中混碾2分钟,再加入电熔刚玉粉28%、鳞片石墨11%、结晶Si微粉8%、粘土粉3%混碾15分钟,困料8小时以后泥料用400吨摩擦压砖机冲压成型,冲压次数15次左右,砖坯密度≥2.8g/cm3,砖坯表面光洁、平整无裂纹,再将砖坯送入干燥房烘干,烘干的砖坯送入倒焰窑在还原气氛中1650℃温度下烧40小时。出窑的砖经检验耐压强度达到70.9Mpa,孔半径小于1μm的孔容积大于70%,透气度为0mDa,氧化率0.18%,900℃时导热系数为19.9W/mk,铁水溶蚀指数0,抗渣侵蚀性、抗碱性优良、热震稳定性大于100次。该批砖已用于武钢炼铁厂炉容为1386m3的1号高炉的炉腰、炉身中下部等部位,使用效果良好,砖衬寿命达2年,与用Si3N4结合SiC砖相当。
本发明的烧成微孔铝炭砖及其制作方法从上述实施例中可以清楚地看出烧成微孔铝炭砖具有较高的耐压强度和导热系数,且平均孔径小于1μm,透气度及铁水溶蚀指数极低、氧化率低、抗碱性优良。不过上述实施例1的导热系数偏低了些。
由于本发明的砖具有优良的特性,能满足大型高炉使用的要求。武钢从91年起不断地将本发明的砖应用于高炉的炉腰、炉身中下部、炉腹、炉缸、炉底,使用效果都很好,使高炉的使用寿命明显提高。本发明的砖与在同部位使用的Si3N4结合SiC砖的砖衬寿命相近,然而本发明的砖与Si3N4结合SiC砖的价格每吨相差2500~4000元,因此本发明为大型高炉提供了一种优质价廉的耐火砖,并为大型高炉提高使用寿命走出一条新路。使用本发明经济效益显著。
本发明的烧成微孔铝炭砖,适用于大型高炉炉腰、炉身中下部、炉腹、炉缸及炉底等部位,能较好地保持合理炉型、改善高炉顺行、稳产、高产,经济效益显著。

Claims (3)

1.一种烧成微孔铝炭砖,以高温煅烧特级矾土为主要原料,以酚醛树脂为结合剂,其特征在于原料组成按重量百分比为:含有高温煅烧特级矾土40~65、电熔刚玉粉20~30、鳞片石墨7~13、结晶Si微粉4~14、粘土粉1~3,外加4~6酚醛树脂。
2.一种烧成微孔铝炭砖的制作方法,各原料按配比称重、混碾、模压成型、烘干烧成,其特征在于原料组成按重量百分比为:含有高温煅烧特级矾土40~65、电熔刚玉粉20~30、鳞片石墨7~13、结晶Si微粉4~14、粘土粉1~3,外加4~6酚醛树脂,称重后先将高温煅烧特级矾土和结合剂分别升温至40~60℃,混碾1~3分钟,再加入其它原料混碾,混碾后困料,困料时间应大于8小时,困料后模压成型,烘干的砖坯在高温下还原气氛中烧成。
3.根据权利要求2所述的烧成微孔铝炭砖的制作方法,其特征在于烘干的砖坯在高温下还原气氛中烧成,烧成的温度为1530~1650℃,保温时间40~50小时。
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