CN108002854A - 一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。其技术方案是：以8～16wt％的微波处理电煅煤细粉、10～25wt％的α‑Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的铝钛合金粉和2～4wt％的高温沥青为基质，以50～65wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加基质与骨料之和的10～20wt％热固性酚醛树脂。先将基质共混，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机混碾，再加入热固性酚醛树脂，混碾；最后加入所述基质细粉，混碾；成型，干燥，得到炭砖生坯。在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，干燥，于空气气氛和1150～1250℃保温12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。本发明成本低和易于工业化生产，所制制品强度高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异。

Description

一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法
技术领域
本发明属于电煅煤基炭砖技术领域。具体涉及一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。
背景技术
高炉炉缸炉底炭砖的寿命决定着高炉的一代炉役。近些年，随着高炉大型化和长寿化发展，以及高风压、高风温和富氧喷煤等强化冶炼技术的应用，对炉缸炉底炭砖的性能提出了更高的要求。因此，开发新一代高导热、高抗蚀炭砖对高炉长寿具有重要意义。
高炉炭砖一般采用电煅煤作为骨料，由于电煅煤是一种低石墨化碳且自身多孔，因此电煅煤基炭砖的导热系数普遍偏低、微孔特性很差。目前，为提高电煅煤炭砖的导热系数，国内外多数厂家都采用添加大量高导热石墨物质，如“高炉用高导热炭砖及其制造方法”(CN1304329C)、“用于炼铁高炉炉衬、炉缸的热压烧成炭砖”(CN1293207C)、“高导热微孔模压炭砖及其生产方法”(CN1328219C)、“一种炼铁高炉炉衬用炭砖及其制备方法”(CN101514377B)、“一种高炉炉缸炉底用炭砖及其制备方法”(CN102432316A)、“一种高导热超微孔炭砖及其制备方法”(CN102992805B)、“一种高导热炭砖及其生产方法”(CN102992793A)、“一种高炉炉衬用炭砖及其制备方法”(CN103613393A)、“高导热炭砖”(CN104557065A)、“高导热高温模压炭砖”(CN103951440A)和“一种高导热超微孔炭砖及其制备方法”(CN102992805B)等专利技术，在炭砖的制备过程中添加超过30wt％的石墨物质，虽在一定程度上提高了炭砖的导热系数；但在高炉的实际生产环境条件下，这些石墨物质极易向铁水中溶解，从而在炭砖中留下孔洞，为铁水的渗透提供了通道，进而导致炭砖形成脆化层，在铁水的冲刷作用下造成炭砖结构性剥落。此外，石墨类原料成本偏高，大比例添加石墨必定会造成炭砖制造成本提高，不利于高炉生产成本的降低。
更重要的是高炉炭砖的烧成工艺为埋碳烧成，即将成型好的炭砖置于固定的窑洞中，用焦炭颗粒将炭砖完全掩埋进行高温烧成处理，这种埋碳烧成工艺需要消耗大量的焦炭并且耗时，烧成效率低。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低、易于工业化生产和无需埋碳烧成的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，用该方法制备的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖强度高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以8～16wt％的微波处理电煅煤细粉、10～25wt％的α-Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的铝钛合金粉和2～4wt％的高温沥青为基质，以50～65wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料10～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯。
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1150～1250℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～4KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒。
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～4KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉。
所述浆料的制备方法是：将16～38wt％锂辉石、40～60wt％高岭土、3～9wt％硅微粉、6～15wt％碳化硅和1～4wt％二氧化硼混合，球磨1～3小时，制得浆料。
所述电煅煤颗粒的粒度为0.1～1mm，电煅煤颗粒的C含量＞85wt％。
所述电煅煤细粉的粒度小于0.074mm，电煅煤细粉的C含量＞85wt％。
所述α-Al2O3微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3微粉的Al2O3＞99wt％。
所述铝钛合金粉的粒度小于0.074mm，铝钛合金粉中Al含量＞98wt％。
所述高温沥青的粒度小于0.074mm，沥青中固定碳含量＞75wt％。
所述成型为冷态模压成型或为振动成型。
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：
本发明所用原料主要为电煅煤颗粒和电煅煤细粉，其价格相对便宜，有效降低了炭砖生产成本。电煅煤颗粒和电煅煤细粉中存在少量晶态碳，具有很好的吸波特性，一方面微波处理操作方便、效率高、易于工业化生产；另一方面电煅煤颗粒和电煅煤细粉经微波处理后，其中的非晶态碳被烧蚀掉，晶态碳的缺陷增多，从而使电煅煤具有高的石墨化度，在炭砖高温处理条件下，处理后的电煅煤颗粒和电煅煤细粉可与硅反应生成高导热的SiC晶须，所制备的电煅煤基炭砖的热导率可得到显著提高。更重要的是，本发明所用骨料均采用颗粒粒度为0.1～1mm的颗粒，根据实际试验结果表明，制备的电煅煤基炭砖具有优异的耐压强度和抗铁水侵蚀性能。
本发明所用硅粉和铝钛合金粉在基质中可原位反应形成SiC、Si3N4、Al3C4、AlN、TiN、Ti(C,N)等原位陶瓷相，一方面可填充基质中的孔洞和缝隙，提高炭砖的耐压强度、微孔化率和抗铁水侵蚀性能；另一方面可与电煅煤骨料中的SiC晶须形成高导热网络，有利于提高炭砖的热导率。此外，高温沥青的添加可显著降低炭砖内部的氧分压，促进炭砖中SiC、AlN、TiN、Ti(C,N)等陶瓷相的生成；并且高温沥青经高温碳化后可增强炭砖中酚醛树脂裂解后形成的碳网络，从而进一步提高炭砖的热导率和微孔化率。
本发明在炭砖生坯表面喷涂或涂刷的一层浆料在相对低的温度下即可以形成软融釉层，釉层将炭砖紧密包裹起来，一方面能将炭砖与空气隔绝开来，实现在空气气氛下烧成，提高炭砖的烧成效率；另一方面能减少高温阶段炭砖中Si(g)和SiO(g)等气相物质的逸出，提高电煅煤基炭砖中原位陶瓷相的生成量。此外，浆料组分中的硅微粉和高岭土在高温下与炭砖基体中的α-Al2O3微粉反应形成莫来石，保证与基体的结合强度；并且涂层组分中的碳化硅具有高导热和良好的抗铁水侵蚀特性。
本发明制备的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度大于45MPa；常温热导率大于25W/(m·K)；<1μm孔容积率大于86％；抗铁水侵蚀指数小于8％。
因此，本发明制备成本低和易于工业化生产，所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖具有强度高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述浆料的制备方法是：将16～38wt％锂辉石、40～60wt％高岭土、3～9wt％硅微粉、6～15wt％碳化硅和1～4wt％二氧化硼混合，球磨1～3小时，制得浆料。
所述电煅煤颗粒的粒度为0.1～1mm，电煅煤颗粒的C含量＞85wt％。
所述电煅煤细粉的粒度小于0.074mm，电煅煤细粉的C含量＞85wt％。
所述α-Al2O3微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3微粉的Al2O3＞99wt％。
所述铝钛合金粉的粒度小于0.074mm，铝钛合金粉中Al含量＞98wt％。
所述高温沥青的粒度小于0.074mm，高温沥青中固定碳含量＞75wt％。
实施例1
一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以14～16wt％的微波处理电煅煤细粉、22～25wt％的α-Al2O3微粉、4～6wt％的硅粉、1～2wt％的铝钛合金粉和2～3wt％的高温沥青为基质，以50～54wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料10～14wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯。
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1150～1200℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～3KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒。
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～3KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉。
所述成型为冷态模压成型。
本实施例所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为45～50MPa；常温热导率为25～28W/(m·K)；<1μm孔容积率为86～89％；抗铁水侵蚀指数小于8％。
实施例2
一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以12～14wt％的微波处理电煅煤细粉、18～22wt％的α-Al2O3微粉、6～8wt％的硅粉、2～3wt％的铝钛合金粉和3～4wt％的高温沥青为基质，以54～58wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料12～16wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯。
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1160～1210℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为3.0KW～3.5KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒。
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为3.0KW～3.5KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉。
所述成型为振动成型。
本实施例所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为50～55MPa；常温热导率为28～35W/(m·K)；<1μm孔容积率为89～92％；抗铁水侵蚀指数小于4％。
实施例3
一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以10～12wt％的微波处理电煅煤细粉、14～18wt％的α-Al2O3微粉、4～6wt％的硅粉、3～4wt％的铝钛合金粉和3～4wt％的高温沥青为基质，以58～61wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料14～18wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯。
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1180～1230℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为3.5KW～4.0KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒。
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为3.5KW～4.0KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉。
所述成型为冷态模压成型。
本实施例所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为48～56MPa；常温热导率为26～32W/(m·K)；<1μm孔容积率为88～90％；抗铁水侵蚀指数小于6％。
实施例4
一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述的制备方法是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以8～10wt％的微波处理电煅煤细粉、10～14wt％的α-Al2O3微粉、6～8wt％的硅粉、3～4wt％的铝钛合金粉和2～3wt％的高温沥青为基质，以61～65wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料16～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯。
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1200～1250℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为3.0KW～3.5KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒。
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为3.0KW～3.5KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉。
所述成型为振动成型。
本实施例所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为55～60MPa；常温热导率为32～36W/(m·K)；<1μm孔容积率为90～94％；抗铁水侵蚀指数小于8％。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式所用原料主要为电煅煤颗粒和电煅煤细粉，其价格相对便宜，有效降低了炭砖生产成本。电煅煤颗粒和电煅煤细粉中存在少量晶态碳，具有很好的吸波特性，一方面微波处理操作方便、效率高、易于工业化生产；另一方面电煅煤颗粒和电煅煤细粉经微波处理后，其中的非晶态碳被烧蚀掉，晶态碳的缺陷增多，从而使电煅煤具有高的石墨化度，在炭砖高温处理条件下，处理后的电煅煤颗粒和电煅煤细粉可与硅反应生成高导热的SiC晶须，所制备的电煅煤基炭砖的热导率可得到显著提高。更重要的是，本具体实施方式所用骨料均采用颗粒粒度为0.1～1mm的颗粒，根据实际试验结果表明，制备的电煅煤基炭砖具有优异的耐压强度和抗铁水侵蚀性能。
本具体实施方式所用硅粉和铝钛合金粉在基质中可原位反应形成SiC、Si3N4、Al3C4、AlN、TiN、Ti(C,N)等原位陶瓷相，一方面可填充基质中的孔洞和缝隙，提高炭砖的耐压强度、微孔化率和抗铁水侵蚀性能；另一方面可与电煅煤骨料中的SiC晶须形成高导热网络，有利于提高炭砖的热导率。此外，高温沥青的添加可显著降低炭砖内部的氧分压，促进炭砖中SiC、AlN、TiN、Ti(C,N)等陶瓷相的生成；并且高温沥青经高温碳化后可增强炭砖中酚醛树脂裂解后形成的碳网络，从而进一步提高炭砖的热导率和微孔化率。
本具体实施方式在炭砖生坯表面喷涂或涂刷的一层浆料在相对低的温度下即可以形成软融釉层，釉层将炭砖紧密包裹起来，一方面能将炭砖与空气隔绝开来，实现在空气气氛下烧成，提高炭砖的烧成效率；另一方面能减少高温阶段炭砖中Si(g)和SiO(g)等气相物质的逸出，提高电煅煤基炭砖中原位陶瓷相的生成量。此外，浆料组分中的硅微粉和高岭土在高温下与炭砖基体中的α-Al2O3微粉反应形成莫来石，保证与基体的结合强度；并且涂层组分中的碳化硅具有高导热和良好的抗铁水侵蚀特性。
本具体实施方式制备的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度大于45MPa；常温热导率大于25W/(m·K)；<1μm孔容积率大于86％；抗铁水侵蚀指数小于8％。
因此，本具体实施方式制备成本低和易于工业化生产，所制备的高导热高炉电煅煤基炭砖具有强度高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异的特点。

Claims (8)

1.一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
所述电煅煤基炭砖的成分及其含量是：以8～16wt％的微波处理电煅煤细粉、10～25wt％的α-Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的铝钛合金粉和2～4wt％的高温沥青为基质，以50～65wt％微波处理电煅煤颗粒为骨料，外加上述基质和骨料10～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂；
按所述电煅煤基炭砖的成分及其含量，先将所述基质共混1～3小时，得到基质细粉；然后将所述骨料置于混碾机中，混碾5～8分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾10～15分钟；最后加入所述基质细粉，混碾15～30分钟；成型，于150～220℃条件下干燥，得到炭砖生坯；
在所述炭砖生坯表面均匀喷涂或涂刷一层浆料，所述浆料的层厚为0.2～0.5mm，于80℃～150℃条件下干燥，在空气气氛和1150～1250℃条件下烧成12～24h，制得高导热高抗蚀电煅煤基炭砖；
所述微波处理电煅煤颗粒是：将电煅煤颗粒置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～4KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤颗粒；
所述微波处理电煅煤细粉是：将电煅煤细粉置于微波炉中，在微波功率为2.5KW～4KW条件下微波处理5～15分钟，得到微波处理电煅煤细粉；
所述浆料的制备方法是：将16～38wt％锂辉石、40～60wt％高岭土、3～9wt％硅微粉、6～15wt％碳化硅和1～4wt％二氧化硼混合，球磨1～3小时，制得浆料。
2.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述电煅煤颗粒的粒度为0.1～1mm，电煅煤颗粒的C含量＞85wt％。
3.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述电煅煤细粉的粒度小于0.074mm，电煅煤细粉的C含量＞85wt％。
4.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3微粉的Al2O3＞99wt％。
5.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述铝钛合金粉的粒度小于0.074mm，铝钛合金粉中Al含量＞98wt％。
6.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述高温沥青的粒度小于0.074mm，高温沥青中固定碳含量＞75wt％。
7.根据权利要求1所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述成型为冷态模压成型或为振动成型。
8.一种高导热高抗蚀电煅煤基炭砖，其特征在于所述高导热高抗蚀电煅煤基炭砖是根据权利要求1～7项中任一项所述的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖的制备方法所制备的高导热高抗蚀电煅煤基炭砖。
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