CN105418098A - 一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法 - Google Patents

一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法，该导热节能耐火砖由骨料、混合细粉及外加剂组成，骨料、混合细粉及外加剂的质量比为30∶30～35∶5～10；骨料由莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉颗粒中的三种或三种以上组分混合而成，骨料的粒径为0.1～5mm；混合细粉由特级高铝矾土、硅线石、碳化硅、棕刚玉、氧化铝、红柱石、优质结合粘土、金属硅细粉中的四种或四种以上组分混合而成，混合细粉的粒径小于0.088mm；外加剂为木质素磺酸钙粉。本发明所制备的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖具有热震稳定性能高、高温蠕变率低、荷重软化温度高、高温抗折强度高等优点。

Description

一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳素焙烧炉技术领域，具体地说涉及一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法。
背景技术
在现代碳素工业中，用焙烧炉生产阳极碳块已经十分普遍，碳素焙烧炉的主要任务是焙烧电解铝用阳极碳块。
现有技术的焙烧炉火道墙由粘土耐火砖砌筑而成，燃料在火道内进行燃烧，并通过耐火砖墙将热量传递给临近料箱内的阳极碳块，阳极碳块在不接触火焰的气氛中焙烧。
现有技术的火道墙所用粘土耐火砖，由于材料的热导率差，传导性能不好，造成焙烧炉炉内温度分布不均，蓄热损失较大，燃料消耗高，影响了产品质量，不仅会使燃料消耗大幅增加，同时也因其热震稳定性能低，荷重软化温度不高，高温抗折强度低，高温使用过程中尺寸收缩的缺陷，会造成火道墙过早的出现变形、断裂，过快的受到损坏，生产受到损失。
因此，在现在的经济环境中，在节能降耗，减少大气污染的大形势下，如何降低能耗，提高热效率，降低排污、提高窑炉使用时间已成为其技术进步关键。作为热源的载体——烟气的通道，火道墙用耐火砖的选择是否合理对提高焙烧炉使用寿命和降低焙烧炉热耗起着十分关键的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖及其制备方法，本发明所制备的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖克服了现有耐火砖热震稳定性能小、荷重软化温度低、高温抗折强度低、高温使用过程中砖尺寸收缩造成墙体裂缝大、高温蠕变率大的缺陷。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，由骨料、混合细粉以及外加剂组成，所述骨料、混合细粉以及外加剂的质量比为53～57∶43～48∶3～8；
所述骨料由莫来石颗粒、红柱石颗粒、碳化硅颗粒、三级高铝矾土颗粒、高铝刚玉颗粒中的三种或三种以上组分混合而成，所述骨料的粒径为0.1～5mm；
所述混合细粉由特级高铝矾土细粉、硅线石细粉、碳化硅细粉、棕刚玉细粉、氧化铝细粉、红柱石细粉、优质结合粘土细粉、金属硅细粉中的四种或四种以上组分混合而成，所述混合细粉的粒径小于0.088mm；
所述外加剂为木质素磺酸钙粉。
作为对上述技术方案的改进，以骨料的总质量计，所述莫来石颗粒的质量份数为10～20、所述红柱石颗粒的质量份数为5～10、所述碳化硅颗粒的质量份数为5～10、所述三级高铝矾土颗粒的质量份数为20～35、所述高铝刚玉颗粒的质量份数为5～10。
作为对上述技术方案的改进，以混合细粉的总质量计，所述特级高铝矾土细粉的质量份数为10～20、所述硅线石细粉的质量份数为5～10、所述碳化硅细粉的质量份数为5～12、所述棕刚玉细粉的质量份数为5～10、所述氧化铝细粉的质量份数为3～8、所述红柱石细粉的质量份数为5～10、所述优质结合粘土细粉的质量份数为5～11、所述金属硅细粉的质量份数为1～3。
作为对上述技术方案的改进，所述莫来石颗粒料、红柱石颗粒料、三级高铝矾土颗粒料中Al2O3含量≥60％；
所述特级高铝矾土细粉、棕刚玉细粉、高铝刚玉颗粒料的Al2O3含量≥85％；
所述优质结合粘土细粉的Al2O3含量≥30％；
硅线石细粉的Al2O3含量≥55％；
所述氧化铝细粉中Al2O3含量≥98％。
所述碳化硅颗粒、碳化硅细粉中SiC含量≥90％；
所述金属硅细粉中Si≥95％。
作为对上述技术方案的改进，所述莫来石颗粒料的粒径为0.1～3mm；
所述高铝刚玉颗粒、碳化硅颗粒、红柱石颗粒的粒径为0.1～1mm。
本发明并提供了该碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖的制备方法，该制备方法的工艺步骤为：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、将特级高铝料矾土、硅线石、碳化硅、棕刚玉、氧化铝、红柱石、优质结合粘土、金属硅中的四种或四种以上按比例进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、将莫来石颗粒、红柱石颗粒、碳化硅颗粒、三级高铝矾土颗粒、高铝刚玉颗粒中的三种或三种以上按比例进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比5～10∶30的比例加入木质素磺酸钙粉，加入水，混碾3～5分钟后按混合细粉与骨料质量比30～35∶30的比例加入混合细粉，继续混碾12～20分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为110～150℃，干燥时间12～24h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1480～1520℃的温度下进行煅烧，烧成时间为8～12小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明材料配方中有碳化硅颗粒和细粉，采用碳化硅材料，保证了制品具有热震稳定性能高、高温蠕变率低、荷重软化温度高、高温抗折强度高、使用中产生微膨胀的特点，可延长碳素焙烧炉的使用时间。该新型耐火砖在使用过程中，因其具有良好的热传导性能，还可以增加火道墙内热的传导，提高蓄热率，降低燃料消耗，使火道及料箱上下温差能被控制在一个很小的范围内，保证理想燃烧状态的特点。炉体上下温差减小，不但可以提高阳极炭块的质量，而且为缩短焙烧炉的火焰周期提供了可能。本发明不仅可以大大提高阳极碳块的质量，而且还减少了阳极块在焙烧过程中的燃料消耗，相应降低排污量，减小大气污染。还具有在高温使用中产生微膨胀的特点，可以延长焙烧炉的使用时间，是目前焙烧炉用耐火砖的换代产品。
本发明材料配方中的碳化硅具有强度高、硬度大、导热性好、蠕变率低、荷重软化温度高、高温使用性能好的特点，在制品中的引用可大大提高制品的使用性能。
本发明材料配方中有金属硅细粉，金属硅材料可以对提高制品的性能带来系列的优越性能，在制砖坯时利用金属硅的可塑性，使刚性成型转变为塑性成型，在相同的压力下，可制得具有更高密度的砖坯；由于金属硅的熔点低于烧成温度，金属将起到助烧的作用，它有效的填充在骨料与基质间的缝隙中，将骨料与基质，基质与基质紧紧拉在一起，可以使烧成制品的气孔率下降，体积密度上升、增加制品的传导效果；可以提高烧成制品的韧性，提高制品承受热应力冲击的能力，使制品具有更高的抗热震性。
本发明所制备的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖可以加快火道墙内热的传导，提高火道墙内的蓄热率，降低燃料消耗，使火道墙内的温差能被控制在一个较小的范围内，保证理想的燃烧状态。不仅可以提高阳极碳块的质量，缩短焙烧炉的火焰周期，提高生产效率，而且还可以相应降低排污量，减小大气污染。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例一：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、选取16质量份数的特级高铝料矾土、8质量份数的碳化硅、10质量份数的棕刚玉、5质量份数的氧化铝、5质量份数的优质结合粘土、1质量份数的金属硅进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、选取15质量份数的莫来石颗粒、10质量份数的红柱石颗粒、5质量份数的碳化硅颗粒、25质量份数的三级高铝矾土颗粒进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比3∶53的比例加入木质素磺酸钙粉，混碾3分钟后按混合细粉与骨料质量比43∶53的比例加入混合细粉，加入水，继续混碾12分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间24h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1480℃的温度下进行煅烧，烧成时间为8小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
实施例二：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、选取20质量份数的特级高铝料矾土、5质量份数的碳化硅、5质量份数的红柱石、3质量份数的氧化铝、10.5质量份数的优质结合粘土、1.5质量份数的金属硅进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、选取10质量份数的莫来石颗粒、8质量份数的红柱石颗粒、10质量份数的碳化硅颗粒、27质量份数的三级高铝矾土颗粒进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比8∶57的比例加入木质素磺酸钙粉，混碾5分钟后按混合细粉与骨料质量比48∶57的比例加入混合细粉，加入水，继续混碾20分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为150℃，干燥时间12h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1520℃的温度下进行煅烧，烧成时间为8小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
实施例三：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、选取13质量份数的特级高铝料矾土、8质量份数的碳化硅、5质量份数的棕刚玉、8质量份数的红柱石、10质量份数的优质结合粘土、1质量份数的金属硅进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、选取10质量份数的莫来石颗粒、5质量份数的红柱石颗粒、5质量份数的碳化硅颗粒、35质量份数的三级高铝矾土颗粒进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比5∶55的比例加入木质素磺酸钙粉，混碾4分钟后按混合细粉与骨料质量比45∶55的比例加入混合细粉，加入水，继续混碾15分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间20h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1500℃的温度下进行煅烧，烧成时间为10小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
实施例四：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、选取11.8质量份数的特级高铝料矾土、12质量份数的碳化硅、5质量份数的硅线石、5质量份数的红柱石、5质量份数的氧化铝、5质量份数的优质结合粘土、1.2质量份数的金属硅进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、选取14质量份数的莫来石颗粒、6质量份数的红柱石颗粒、10质量份数的高铝刚玉颗粒、25质量份数的三级高铝矾土颗粒进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比6∶56的比例加入木质素磺酸钙粉，混碾3分钟后按混合细粉与骨料质量比46∶56的比例加入混合细粉，加入水，继续混碾17分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为130℃，干燥时间18h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1490℃的温度下进行煅烧，烧成时间为9小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
实施例五：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、选取10质量份数的特级高铝料矾土、10质量份数的碳化硅、10质量份数的棕刚玉、5质量份数的氧化铝、9质量份数的优质结合粘土、1质量份数的金属硅进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、选取19质量份数的莫来石颗粒、5质量份数的红柱石颗粒、6质量份数的碳化硅颗粒、5质量份数的高铝刚玉颗粒、20质量份数的三级高铝矾土颗粒进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比4∶54的比例加入木质素磺酸钙粉，混碾5分钟后按混合细粉与骨料质量比44∶54的比例加入混合细粉，加入水，继续混碾18分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为140℃，干燥时间22h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1510℃的温度下进行煅烧，烧成时间为11小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
上述五个实施例中，所述莫来石颗粒料、红柱石颗粒料、三级高铝矾土颗粒料中Al2O3含量≥60％；
所述特级高铝矾土细粉、棕刚玉细粉、高铝刚玉颗粒料的Al2O3含量≥85％；
所述优质结合粘土细粉的Al2O3含量≥30％；
硅线石细粉的Al2O3含量≥55％；
所述氧化铝细粉中Al2O3含量≥98％。
所述碳化硅颗粒、碳化硅细粉中SiC含量≥90％；
所述金属硅细粉中Si≥95％。
本发明的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖与普通隔热砖理化性能比较，可以加快火道墙内热的传导，提高火道墙内的蓄热率，降低燃料消耗，使火道墙内的温差能被控制在一个较小的范围内，保证理想的燃烧状态。不仅可以提高阳极碳块的质量，缩短焙烧炉的火焰周期，提高生产效率，而且还可以相应降低排污量，减小大气污染。
上述实施例所制备的导热节能耐火砖与普通隔热砖相比，其性能的优异性如下表：

Claims (6)

1.一种碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，其特征在于：由骨料、混合细粉以及外加剂组成，所述骨料、混合细粉以及外加剂的质量比为53～57∶43～48∶3～8：
所述骨料由莫来石颗粒、红柱石颗粒、碳化硅颗粒、三级高铝矾土颗粒、高铝刚玉颗粒中的三种或三种以上组分混合而成，所述骨料的粒径为0.1～5mm：
所述混合细粉由特级高铝矾土细粉、硅线石细粉、碳化硅细粉、棕刚玉细粉、氧化铝细粉、红柱石细粉、优质结合粘土细粉、金属硅细粉中的四种或四种以上组分混合而成，所述混合细粉的粒径小于0.088mm；
所述外加剂为木质素磺酸钙粉。
2.根据权利要求1所述的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，其特征在于：以骨料的总质量计，所述莫来石颗粒的质量份数为10～20、所述红柱石颗粒的质量份数为5～10、所述碳化硅颗粒的质量份数为5～10、所述三级高铝矾土颗粒的质量份数为20～35、所述高铝刚玉颗粒的质量份数为5～10。
3.根据权利要求1所述的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，其特征在于：以混合细粉的总质量计，所述特级高铝矾土细粉的质量份数为10～20、所述硅线石细粉的质量份数为5～10、所述碳化硅细粉的质量份数为5～12、所述棕刚玉细粉的质量份数为5～10、所述氧化铝细粉的质量份数为3～8、所述红柱石细粉的质量份数为5～10、所述优质结合粘土细粉的质量份数为5～11、所述金属硅细粉的质量份数为1～3。
4.根据权利要求1所述的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，其特征在于：所述莫来石颗粒料、红柱石颗粒料、三级高铝矾土颗粒料中Al2O3含量≥60％；
所述特级高铝矾土细粉、棕刚玉细粉、高铝刚玉颗粒料的Al2O3含量≥85％；
所述优质结合粘土细粉的Al2O3含量≥30％；
硅线石细粉的Al2O3含量≥55％；
所述氧化铝细粉中Al2O3含量≥98％；
所述碳化硅颗粒、碳化硅细粉中SiC含量≥90％；
所述金属硅细粉中Si≥95％。
5.根据权利要求1所述的碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖，其特征在于：所述莫来石颗粒料的粒径为0.1～3mm；所述高铝刚玉颗粒、碳化硅颗粒、红柱石颗粒的粒径为0.1～1mm。
6.一种制备权利要求1至5中任一种所述碳素焙烧炉火道墙用导热节能耐火砖的制备方法，其特征在于：该制备方法的工艺步骤为：
S1、将莫来石、红柱石、碳化硅、三级高铝矾土、高铝刚玉分别破粉碎；
A1、将莫来石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～3mm的颗粒料；
A2、将三级高铝矾土进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～5mm的颗粒料；
A3、将高铝刚玉、碳化硅、红柱石进行破粉碎，筛选出粒径为0.1～1mm的颗粒料；
S2、将特级高铝料矾土、硅线石、碳化硅、棕刚玉、氧化铝、红柱石、优质结合粘土、金属硅中的四种或四种以上按比例进行混合，在球磨机中进行共磨，加工成粒度小于0.088mm的混合细粉；
S3、将莫来石颗粒、红柱石颗粒、碳化硅颗粒、三级高铝矾土颗粒、高铝刚玉颗粒中的三种或三种以上按比例进行混合组成骨料，在混碾机中预混，按木质素磺酸钙粉与骨料质量比5～10∶30的比例加入木质素磺酸钙粉，加入水，混碾3～5分钟后按混合细粉与骨料质量比30～35∶30的比例加入混合细粉，继续混碾12～20分钟制备成泥料；
S4、将泥料采用大于400T的制砖机压制成砖坯，所制砖坯放入隧道式干燥器中进行干燥，干燥温度为110～150℃，干燥时间12～24h；
S5、将干燥后的制品装入燃气隧道窑中，在1480～1520℃的温度下进行煅烧，烧成时间为8～12小时，然后冷却出炉；
S6、将烧制成耐火制品进行拣选、验收、包装入库。
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