CN107540356A - 一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，包括以下原料：高铝矾土熟料60%～80%、镁砂细粉5%～20%、碳化硅5%～20%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～10%、金属硅粉1%～10%，外加剂占原料总重量的重量百分比为0.2%～2%；还包括该预制件的制备方法，称量、混合、成型、烧制。本发明具有工艺简单、节能环保的优点，所制得的新型节能预制件具有体积密度大、导热系数高、热震稳定性优良、整体性好、施工速度快的特点。

Description

一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，特别是涉及一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件及其制备方法。

背景技术

碳素焙烧炉担负着焙烧电解铝阳极炭块的重要任务，具有连续性作业、容量大、产能高的优点，同时也有耗能大的缺陷。火道墙作为碳素焙烧炉的关键组成部分，其质量的好坏直接影响焙烧炉的寿命、能耗，故延长火道墙的使用寿命和降低其能耗一直是碳素厂家追求的目标。

目前国内碳素焙烧炉火道墙通常采用烧成粘土砖和高铝砖材料，由于其荷重软化温度高、高温蠕变率高、抗热震稳定性差和导热系数低的缺陷，往往会造成火道墙开裂、漏气、凹陷，使用寿命大打折扣，而且造成天燃气等能源的浪费，增加碳素焙烧炉的运营成本；另一方面一条火道墙通常由上千块不同型号的烧成砖砌筑而成，火道墙的整体结构性差、施工速度慢，往往出现火道与料箱的贯通，导致炭块氧化，影响了生产的合格率和施工效率，增加了生产成本。为进一步提高火道墙的使用性能，部分企业尝试在粘土砖和高铝砖的生产工艺基础上引入“三石”，利用其莫来石化反应来改善荷重软化温度、高温蠕变率、热震稳定性等性能，但其导热系数低、整体结构性差、施工速度慢的缺陷仍不可避免。另有一部分企业尝试采用低水泥钢纤维浇注料整体浇注火道墙，虽然解决了抗热震稳定性差、整体结构性差等缺陷，但火道墙的导热系数仍然很低，导热效果仍不好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件及其制备方法，

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于，包括以下重量百分比的原料及外加剂：所述原由高铝矾土熟料60%～80%、镁砂细粉5%～20%、碳化硅5%～20%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～10%、金属硅粉1%～10%组成；所述外加剂占原料的重量百分比为0.2%～2%。

优选的，所述的高铝矾土熟料中的Al₂O₃≥80wt%，高铝矾土熟料的粒径＜8mm。

优选的，所述的镁砂细粉中的MgO≥95wt%，镁砂细粉的粒径＜0.074mm。

优选的，所述的碳化硅中的SiC≥97wt%，碳化硅的粒径＜1mm。

优选的，所述的硅微粉中的SiO₂≥95wt%，硅微粉的粒径＜0.005μm。

优选的，所述的氧化铝粉中的Al₂O₃≥99wt%，氧化铝粉的粒径＜44μm。

优选的，所述的金属硅粉Si≥97wt%，金属硅粉的粒径＜0.074mm。

优选的，所述的外加剂为水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠、木质素磺酸钠中的一种或几种。

本发明还提供了一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料60%～80%、镁砂细粉5%～20%、碳化硅5%～20%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～10%、金属硅粉1%～10%，外加剂按上述原料总重量的0.2%～2%称量；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护24-48小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度105℃-115℃，烧制时间24-48小时，烧制完毕即可。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

1、本发明利用镁砂细粉中的MgO与氧化铝粉在高温下原为生成活性较高的镁铝尖晶石，同时产生膨胀，减小气孔孔径，提高了碳素焙烧炉火道墙新型节能预制件的抗热震稳定性和抗侵蚀渗透能力；

2、本发明引入碳化硅，使其具有超高的导热系数和抗热震稳定性强的优点，导热系数系现用粘土砖的3倍左右，可以大大降低火道墙在工作过程中的能耗，节约了资源、保护了环境；更重要的是引入的金属硅粉因反应提高碳化硅的抗氧化能力，可以使碳化硅长期保持较高的导热系数和抗热震稳定性，不会因碳化硅的氧化降低碳素焙烧炉火道墙新型节能预制件的导热系数和抗热震稳定性，提高了火道墙的寿命；

3、本发明在浇注成型过程中，引入硅微粉、氧化铝粉一方面改善了浇注料的流动性，降低了气孔率，从而提高了体积密度，另一方面调整与控制使用过程中的膨胀；在预制件烘烤过程中外加剂水溶性防爆纤维会融化在浇注料内部留下细微的毛细孔通道，有利于及时排出水分，避免出现裂纹、断裂，也从而提高了火道墙的寿命；

4、本发明生产工艺简单，无需繁琐的加工工序和高温烧成，利用焙烧炉工作过程自行完成烧结，降低了耐火材料厂家生产成本，同时节约了资源、保护了环境；

5、本发明为整体浇注，提高了火道墙的施工效率及使用过程中的整体性，提高了生产效率、降低了生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料的粒径统一描述如下，在实施例中不再赘述：

高铝矾土熟料中的Al₂O₃≥80wt%，粒径＜8mm；

镁砂细粉中的MgO≥95wt%，粒径＜0.074mm；

碳化硅中的SiC≥97wt%，粒径＜1mm；

硅微粉中的SiO₂≥95wt%，粒径＜0.005μm；；

氧化铝粉中的Al₂O₃≥99wt%，粒径＜44μm；

金属硅粉Si≥97wt%，粒径＜0.074mm。

实施例1

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料60%～70%、镁砂细粉8%～15%、碳化硅10%～20%、硅微粉3%～5%、氧化铝粉5%～10%、金属硅粉1%～8%，选取水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠为外加剂，外加原料总质量0.07%的水溶性防爆纤维、外加原料总重量0.2%的三聚磷酸钠；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护24小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度110℃，烧制时间24小时，烧制完毕即可。

本实施例1制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件：

体积密度2.95～3.0 g/cm³；

导热系数（1000℃）4.8～6.0W/(m·K)；

抗热震稳定性（1000℃，水冷）：25～30次；

单条火道砌筑时间：≤6小时。

实施例2

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料65%～75%、镁砂细粉10%～20%、碳化硅5%～15%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～5%、金属硅粉3%～8%，选取水溶性防爆纤维、六偏磷酸钠为外加剂，外加原料总质量0.1%的水溶性防爆纤维、外加原料总重量0.2%的六偏磷酸钠；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护48小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度110℃，烧制时间24小时，烧制完毕即可。

本实施例2制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件：

体积密度2.85～2.95 g/cm³；

导热系数（1000℃）4.1～5.2W/(m·K)；

抗热震稳定性（1000℃，水冷）：23～26次；

单条火道砌筑时间：≤6小时。

实施例3

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料60%～70%、镁砂细粉10%～15%、碳化硅10%～15%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～5%、金属硅粉3%～5%，选取水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠为外加剂，外加原料总质量0.1%的水溶性防爆纤维、外加原料总质量0.1%的三聚磷酸钠、外加原料总重量0.1%的六偏磷酸钠；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护36小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度110℃，烧制时间24小时，烧制完毕即可。

本实施例3制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件：

体积密度2.80～2.93 g/cm³；

导热系数（1000℃）3.0～4.5W/(m·K)；

抗热震稳定性（1000℃，水冷）：20～25次；

单条火道砌筑时间：≤6小时。

实施例4

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料70%～80%、镁砂细粉10%～15%、碳化硅5%～15%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉5%～10%、金属硅粉1%～5%，选取水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、焦磷酸钠为外加剂，外加原料总质量0.06%的水溶性防爆纤维、外加原料总质量0.1%的三聚磷酸钠、外加原料总重量0.1%的焦磷酸钠；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护48小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度105℃，烧制时间48小时，烧制完毕即可。

本实施例4制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件：

体积密度2.90～2.95 g/cm³；

导热系数（1000℃）3.5～4.5W/(m·K)；

抗热震稳定性（1000℃水冷）：22～26次；

单条火道砌筑时间：≤6小时。

实施例5

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料70%～80%、镁砂细粉15%～20%、碳化硅5%～10%、硅微粉5%～10%、氧化铝粉3%～8%、金属硅粉4%～6%，选取水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠为外加剂，外加原料总质量0.1%的水溶性防爆纤维、外加原料总重量0.1%的三聚磷酸钠；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护24小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度105℃，烧制时间24小时，烧制完毕即可。

本实施例5制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件：

体积密度2.80～2.90 g/cm³；

导热系数（1000℃）3.2～4.0W/(m·K)；

抗热震稳定性（1000℃，水冷）：22～26次；

单条火道砌筑时间：≤6小时。

本发明所制得的碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件与普通火道墙砖性能参数对比如表1所示：

表1 碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件与普通火道墙砖性能参数对比

因此，本发明具有工艺简单、节能环保的优点，所制得的新型节能预制件具有体积密度大、导热系数高、热震稳定性优良、整体性好、施工速度快的特点。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于，包括以下重量百分比的原料及外加剂：所述原料由高铝矾土熟料60%～80%、镁砂细粉5%～20%、碳化硅5%～20%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～10%、金属硅粉1%～10%组成；所述外加剂占原料的重量百分比为0.2%～2%。

2.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的高铝矾土熟料中的Al₂O₃≥80wt%，高铝矾土熟料的粒径＜8mm。

3.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的镁砂细粉中的MgO≥95wt%，镁砂细粉的粒径＜0.074mm。

4.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的碳化硅中的SiC≥97wt%，碳化硅的粒径＜1mm。

5.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的硅微粉中的SiO₂≥95wt%，硅微粉的粒径＜0.005μm。

6.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的氧化铝粉中的Al₂O₃≥99wt%，氧化铝粉的粒径＜44μm。

7.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的金属硅粉Si≥97wt%，金属硅粉的粒径＜0.074mm。

8.根据权利要求1所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件，其特征在于：所述的外加剂为水溶性防爆纤维、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠、木质素磺酸钠中的一种或几种。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种碳素焙烧炉火道墙用新型节能预制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按重量百分比称取以下原料：高铝矾土熟料60%～80%、镁砂细粉5%～20%、碳化硅5%～20%、硅微粉3%～10%、氧化铝粉3%～10%、金属硅粉1%～10%，外加剂按上述原料总重量的0.2%～2%称量；

步骤二，将称量好的原料与外加剂混合均匀，加水搅拌，得到浆料；

步骤三，将步骤二中的浆料注入模具中，用浇注振动成型方法分块成型，得到成型预制块；

步骤四，将步骤三得到的成型预制块在自然条件下，自然养护24-48小时；

步骤五，将自然养护后的预制块入炉烧制，烧制温度105℃-115℃，烧制时间24-48小时，烧制完毕即可。