CN107032811B - 一种焦炉用低铁低铝莫来石砖及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及wt%为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：40‑60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%；甲基纤维素：0.1‑3%；并按上述原料总重量的1‑3.5%加水。制备步骤：将各原料混合粉；加水并混合均匀；加压成型、烘干烧制。本发明既能减少焦炉蓄热室内粉尘的吸附、渗透、反应，避免使用中的变形、发泡，并能使抗热破坏性能在1000℃水冷下循环使用次数不低于20次，荷重软化温度不低于1400℃。经在7.63米焦炉试用，至今未出现过冒黑烟，炉温异常的现象。

Description

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖及制备方法

技术领域

本发明涉及一种冶金炉窑用耐火材料及制备方法，具体属于一种用于焦化行业的焦炉蓄热室耐火材料以及其它蓄热室格子砖用耐火材料及制备方法 。

背景技术

焦炉的使用周期都较长，有的甚至达到上十年。在现有的焦炉中，焦炉蓄热室工作层一般使用的是粘土砖、半硅砖、硅砖，其属于成熟的耐火材料产品。因此，人们往往会忽视对焦炉所用耐火材料的性能与应用研究。近年来，由于强化冶炼等因素，有些焦炉的结焦时间缩短到了20多小时。其结焦时间短，意味着冷热循环次增加，由此导致对炉衬的破坏也随之加剧。如武钢的7.63米的焦炉，在对其进行的检修中（生产中）发现耐火材料出现问题，即格子砖存在变形、格孔被堵塞、粘连、软化的现象，导致蓄热室换热不足，推焦过程出现冒黑烟、焦炭偏生等现象。经分析原因，与耐火材料选用的原料、使用环境的变化有较密切关系。如粘土砖、半硅砖，当采用河南的粘土原料制备时，由于其含钾钠高，还有山西的粘土矿中含有较高的氧化钛，在这黏土中的杂质也较高，细粉量偏多，对所制备的粘土砖、半硅砖的高温性能有影响。

如何选用适合的原料制备适应焦炉生产的耐火产品，是本技术领域的人们所关注，经检索，在高炉所用的耐火材料人们关注的较多，并不断进行发明创新。如经检索的：

文献号为CN201310651732.2的中国专利 ，其公开了一种《高炉用抗渗透低铝莫来石砖及其制备方法》，起原料组成：粒度为5-3mm的合成莫来石10-15份，粒度为3-1mm的合成莫来石25-30份，粒度为≤1mm的合成莫来石20-30份，粒度为0.074mm的红柱石15-30份，粘土0.074mm5-10份，促烧剂3-5份，结合剂3-4份。该文献虽具有低气孔率、低杂质、高强度、高温性能好，强度高，抗侵蚀能力强，在高炉上能够长期在高温负荷下保持结构稳定，能提高高炉的使用寿命。但由于该文献使用的是合成莫来石原料，且使用了过多的红柱石，而红柱石的氧化铝含量高，如用于焦炉，则会由于焦炉为还原气氛、且为高S烟气环境而不适合，况且成本还高。

文献号为CN201310655250.4的中国专利 ，公开了一种《高炉用抗侵蚀莫来石砖及其制备方法》，其莫来石砖由以下重量份数的原料制成：粒度为3-1mm的电熔刚玉15-30份，粒度为3-1mm的合成莫来石12-28份，粒度＜1mm的电熔刚玉20-28份，粒度为0.074mm的电熔刚玉10-20份，粒度为0.21-0.12mm的白石英3-6份，粒度为≤5μm的α-氧化铝8-10份，粒度为0.074mm的粘土4-6份，结合剂3-5份。该文献的产品虽具有低气孔率、低杂质、高强度、高温性能好的特点，及良好的抗侵蚀、抗渗透能力强等特点，但由于其使用了大量的刚玉、莫来石原料，如用于焦炉，不仅成本高，更主要的是其抗热破坏性能较差，故不适用于焦炉的工作环境。

文献号为CN201210266706.3的中国专利，公开了一种 《高强高热震低铝莫来石砖》，其莫来石砖的组分组成：烧结莫来石15～50%，电熔莫来石5～15%，特级焦宝石10～40%，硅线石10～30%，红柱石10～30%，活性氧化铝2～10%，锆英石2～15%，硅石2～12%和结合粘土3～10%。该文献产品，虽具有较高的荷重软化温度（≥1550℃）、受热体积稳定性，较高的热震稳定性（水冷1100℃≥50），较低的蠕变率（20~50h≤0.15），及优良的耐压强度（≥70Mpa），且高温下良好的体积稳定性和低杂质等优点，但其仍然使用的是合成莫来石原料，且添加有电熔和烧结两种，其不仅成本高，更主要的是其使用了硅线石、红柱石，这两种原料的氧化铝均高；还由于使用了氧化锆，会导致在焦炉的还原气氛、反复推焦且蓄热室换热频繁的切换过程中容易造成损坏。

文献号为CN201210542032.5的中国专利，公开了《一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法》，其先以30~40wt%焦宝石熟料、20~30wt%粘土熟料、20~32wt%蓝晶石微粉、2~8wt%的ρ-氧化铝微粉、1~6wt%轻烧氧化钙和0.5~2wt%二氧化硅微粉为原料，外加原料10~20wt%水和0.5~2wt%减水剂，混合调制成料浆。再外加原料0.1~0.5wt%泡沫剂制成的泡沫，搅拌，然后外加原料0.5~2wt%凝胶剂、0.1~1wt%热固性水溶性高分子化合物和0.5~2.5wt%促凝剂，搅拌，浇注成型。最后在30~50℃干燥4~9h，脱模，在60~120℃烘烤10~20h，在1350~1500℃保温3~12h，制得莫来石轻质隔热砖。该技术虽脱模快、干燥周期短和环境友好等特点，但由于添加有较多的蓝晶石微粉，会导致所述的产品膨胀收缩大，不能用于做焦炉的蓄热室格子砖。

文献号为CN201310171229.7的 中国专利，公开了《一种新型莫来石砖及其制备方法》，其原料组成：骨料45～60份，其中粒度0～1mm 的烧结莫来石10～15份，粒度1～3mm的烧结莫来石15～20份，粒度3～5mm的烧结莫来石20～25份，烧结莫来石的化学成分质量百分比为：莫来石相80～90%，Fe2O3＜0.8%，K2O+Na2O＜0.3%；粉料37～45份，粒度＜0.074mm的烧结莫来石30～35份，粒度＜0.074mm的碳化硅7～10份，碳化硅的化学成分质量百分比为：SiC＞97%；抗氧化剂3～5份，抗氧化剂为金属铝粉与金属硅粉按1～2∶1的重量比混合均匀，其平均粒度＜0.05mm；新型结合剂4～5份。该所述产品如用于焦炉气氛中，由于其加入了加碳化硅，难以保证焦炉要求粉尘少吸附，急冷急热的条件下膨胀收缩变形小，蓄热室有时串风回火而致温度高的条件。

从上述的文献检索结果发现，目前类似7.63米焦炉使用的粘土砖、半硅砖由于高纯原料来源有限，大比例的骨料压砖造成砖的外形控制困难，莫来石砖成本高，合成莫来石需要多一个工艺环节，因此本发明采用高质量的煤系高低铁、低碱金属含量的低铝莫来石砖，这种配方与组成的产品价格低，性能较好，可以满足焦炉蓄热室粘土砖的使用需要，由于其优良的理化性能，使得其在蓄热室炉墙局部开裂产生少量串火的情况下，也能够满足焦化生产的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足，提供一种既能减少焦炉蓄热室内粉尘的吸附、渗透、反应，避免使用中的变形、发泡，并能使所制备的砖抗热破坏性能在1000℃水冷下，循环使用次数不低于20次，荷重软化温度不低于1400℃，且能满足7米63焦炉要求的低铁低铝莫来石砖及制备方法。

实现上述目的的措施：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：40-60%； 粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%；结合剂-甲基纤维素：0.1-3%；并按照上述原料总量的1-3.5 %加入水；并控制总原料中：氧化钾及氧化钠总量≤0.8%，金属铁及氧化铁的总量≤1.2%；所述莫来石砖的性能：抗热破坏性能在1000℃水冷循环次数不少于20次，其荷重软化温度不低于1400℃。

优选地：添加有粒度＜0.088mm的叶腊石粉不超过15wt%。

其在于：所述甲基纤维素为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素或糊精粉。

优选地：在所述粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占其重量百分比的:3~8%。

制备一种焦炉用低铁低铝莫来石砖的方法，其步骤：

1）先将颗粒料，即：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：40-60%； 粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%，结合剂-甲基纤维素：0.1-3%进行搅拌混合，包括加入粒度＜0.088mm的叶腊石粉不超过15wt%；控制混合时间在5~20min；

2）按照上述原料总量的1-3.5%加入水并搅拌混合均匀；

3）在压砖机上加压成型、砖坯烘干，然后在隧道窑或其它高温窑炉中烧成。

本发明中各原料及主要工艺的机理及作用

粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：在本发明中，之所以限定其添加量在40-60%，，是由于如低于40%，砖的主骨料太少，使用中容易变形，软化垮塌；如高于60%，则由于颗粒太多，导致成型困难，尤其是在格孔的边角、圆弧处形状难成型。

粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：在本发明中，之所以限定其添加量在8~15%，是由于如低于8%，砖的细骨料不够，难以达到致密度；如高于15%，则由于中颗粒多也不利于致密度结构的形成。

粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：在本发明中，之所以限定其添加量在15~35%，并要求粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占其重量百分比的:3~8%，是由于如低于15%，砖的细粉太少，不利于基质烧结；如高于35%，细粉太多，格子砖容易变形收缩；其中粒度＜0.01mm的超细粉如少于3%，起不到烧结作用，如高于8%，成本较高。

粒度≤0.088mm粘土粉：在本发明中，之所以限定其添加量在5~15%，是由于如低于5%，砖的塑性差，成型性能不好；如高于15%，格子砖生坯容易收缩变形。

结合剂-甲基纤维素：在本发明中，之所以限定其添加量在0.1-3%，是由于如低于0.1%，砖的结合强度低；如高于3%，会使格子砖气孔多。

粒度＜0.088mm的叶腊石粉，在本发明中，之所以限定其添加量在不超过15wt%，是由于叶腊石资源有限，尤其是高品质的叶腊石矿藏很少，同时会对成本有影响；再如高于15%，会导致杂质高而难于控制，故不宜采用过多的叶腊石。

本发明之所以要求所加入原料的混合时间在5-20分钟，是由于低于5分钟，混料不均匀，过度混料，即超过20分钟，又容易造成颗粒二次破碎，使粒度控制不好。

本发明与现有技术相比，其既能减少焦炉蓄热室内粉尘的吸附、渗透、反应，避免使用中的变形、发泡，并能使所制备的砖抗热破坏性能在1000℃水冷下，循环使用次数不低于20次，荷重软化温度不低于1400℃，且能满足7. 63米焦炉要求。研制的产品在7.63米焦炉更换了多空蓄热室使用，至今未出现过冒黑烟，炉温异常的现象，蓄热室格子砖的使用寿命至少比以前采用的普通粘土砖、半硅砖提高寿命1年以上。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：40%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：35%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉：9.5%；结合剂-甲羟甲基纤维素0.5%；并按照上述原料总量的2%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.7%，金属铁及氧化铁的总量位1.0%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：40%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：35%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉：9.5%；结合剂-甲羟甲基纤维素0.5%进行搅拌混合，混合时间在20min；

2）按照上述原料总量的2%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为30次，荷重软化温度在1430℃。

实施例2：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：21.9%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉5%；结合剂-甲羟甲基纤维素0.1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉5%；并按照上述原料总量的3%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.59%，金属铁及氧化铁的总量位0.8%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：21.9%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉5%；结合剂-甲羟甲基纤维素0.1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉5%进行搅拌混合，混合时间在18min；

2）按照上述原料总量的3%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为25次，荷重软化温度在1460℃。

实施例3：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：48%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：12%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占3%；粒度≤0.088mm粘土粉7%；结合剂-糊精粉3%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉15%；并按照上述原料总量的1%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.5%，金属铁及氧化铁的总量位0.88%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：48%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：12%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占3%；粒度≤0.088mm粘土粉7%；结合剂-糊精粉3%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉15%进行搅拌混合，混合时间在19min；

2）按照上述原料总量的1%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为28次，荷重软化温度在1435℃。

实施例4：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：55%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：10%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：20%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉6%；结合剂-羟乙基纤维素1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉8%；并按照上述原料总量的3.5%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.52%，金属铁及氧化铁的总量位0.8%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：55%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：10%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：20%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占8%；粒度≤0.088mm粘土粉6%；结合剂-羟乙基纤维素1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉8%进行搅拌混合，混合时间在12min；

2）按照上述原料总量的3.5%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为37次，荷重软化温度在1450℃。

实施例5：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：52%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：9%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：25%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉7.5%；结合剂-羟甲基纤维素1.5%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉5%；并按照上述原料总量的2.5%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.7%，金属铁及氧化铁的总量位1.1%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：52%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：9%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：25%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占5%；粒度≤0.088mm粘土粉7.5%；结合剂-羟甲基纤维素1.5%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉5%进行搅拌混合，混合时间在9min；

2）按照上述原料总量的2.5%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为28次，荷重软化温度在1455℃。

实施例6：

一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其包括的原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：45%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：13%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：26%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占7%；粒度≤0.088mm粘土粉11%；结合剂-糊精粉1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉4%；并按照上述原料总量的2.2%外加入水；总原料中：氧化钾及氧化钠总量为0.6%，金属铁及氧化铁的总量位0.75%；

制备步骤：

1）先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：45%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：13%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：26%，其中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占7%；粒度≤0.088mm粘土粉11%；结合剂-糊精粉1%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉4%进行搅拌混合，混合时间在14min；

2）按照上述原料总量的 2.2%外加入水并搅拌混合均匀；

3）常规在成型机上加压成型、烘干及烧制。

经检测，所制备的焦炉用低铁低铝莫来石砖，其抗热破坏性能在1000℃水冷条件下，循环次数为30次，荷重软化温度在1455℃。

上述实施例已经17个月的使用，仍完好，仍在继续使用。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其原料组成及重量百分比含量为：粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：52-60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%；粒度＜0.088mm的叶腊石粉不超过15wt%；结合剂为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素或糊精粉：0.1-3%；各原料百分数之和不超过100%；并按照上述原料总量的1-3.5%加入水；并控制总原料中：氧化钾及氧化钠总量≤0.8%，金属铁及氧化铁的总量≤1.2%；所述莫来石砖的性能：抗热破坏性能在1000℃水冷循环次数不少于20次，其荷重软化温度不低于1400℃；

制备方法：

先将粒度大于1至≤5mm的煅烧高岭土熟料：52-60%；粒度大于0.1mm至≤1mm的煅烧高岭土熟料：8~15%，粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉：15~35%；粒度≤0.088mm粘土粉：5~15%，结合剂为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素或糊精粉：0.1-3%，粒度＜0.088mm的叶腊石粉不超过15wt%的原料进行搅拌混合；控制混合时间在5~20min；

按照上述原料总量的1-3.5%加入水并搅拌混合均匀；

在压砖机上加压成型、砖坯烘干，然后在隧道窑或其它高温窑炉中烧成。

2.如权利要求1所述的一种焦炉用低铁低铝莫来石砖，其特征在于：在所述粒度≤0.088mm的煅烧高岭土熟料细粉中，粒度＜0.01mm的煅烧高岭土熟料细粉占其重量百分比的3~8%。