CN108585863A - 一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。其技术方案是：以10～25wt％的除尘粉、8～16wt％的α‑Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的超细微晶石墨的和2～4wt％的沥青为基质，以50～65wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加基质和骨料之和的10～20wt％的热固性酚醛树脂；基质共混后得混合粉，向混碾后的骨料中加入热固性酚醛树脂，混碾，加入混合粉，混碾，成型；干燥，在埋碳气氛和1150～1250℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒是将电煅无烟煤颗粒浸泡于α‑Al2O3微粉、水和减水剂球磨后得到的浆料中抽真空制得。本发明制备成本低，所制制品强度高、微孔化率高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异。

Description

一种高强度超微孔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。具体涉及一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。
背景技术
高炉炭砖的使用寿命决定着高炉的一代炉役。为保证高炉寿命，通常将导热系数、<1μm孔容积率及铁水溶蚀指数定为炭砖的关键性能指标。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，开发新一代高强度、高微孔化率、高导热和高抗蚀的高炉炭砖对高炉长寿具有重要意义。
目前，高炉炭砖一般采用电煅无烟煤作为主要原料，焦油沥青或酚醛树脂作结合剂，采用振动成型，按一定的焙烧制度埋碳焙烧，后经加工而成。由于电煅无烟煤自身多孔，因此电煅煤基炭砖的强度和微孔化率较低。为提高电煅煤基炭砖的微孔化率，国内外多数厂家都采用添加一定量氧化铝微粉或单质硅粉，通过氧化铝微粉物理填充孔洞或高温下单质硅粉原位反应生成碳化硅晶须填充气孔，来改善炭砖的微孔化率。如“一种炼铁高炉炉衬用炭砖及其制备方法”(CN1301934C)、“高导热微孔模压炭砖及其生产方法”(CN1328219C)、“一种抗铁水溶蚀性的高炉炭砖及其制备方法”(CN101602603A)、“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)、“一种高炉炉缸炉底用耐火材料及其制备方法”(CN102603343B)等专利技术，在高炉炭砖的制备过程中添加3～20wt％的氧化铝微粉或4～30wt％的单质硅粉，虽在一定程度上提高了高炉炭砖的微孔化率，但仍达不到超微孔炭砖的水平(<1μm孔容积率大于85％)，而且强度不高(常温强度大约为35MPa)。此外，传统振动成型方式的成型压力往往较小，成型后的炭砖生坯并不致密，同时存在焙烧后大块炭砖质量不均匀的问题。
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和易于工业化生产的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，用该方法制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖具有强度高、微孔化率高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
以10～25wt％的除尘粉、8～16wt％的α-Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的超细微晶石墨的和2～4wt％的沥青为基质，以50～65wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的10～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1150～1250℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉40～70wt％的水和0.1～0.5wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
所述除尘粉是由除尘器在炭砖加工过程中收集的粉尘；所述除尘粉的C含量＞80wt％，除尘粉的粒度小于0.088mm。
所述α-Al2O3微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3微粉的Al2O3＞99wt％。
所述硅粉的粒度小于0.045mm，硅粉中Si含量＞98wt％。
所述超细微晶石墨粒度小于0.015mm，超细微晶石墨中C含量＞85wt％。
所述沥青的粒度小于0.074mm，沥青中固定碳含量＞85wt％。
所述减水剂为木质素磺酸铵、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁中的一种。
所述电煅无烟煤颗粒的级配是：粒径为6～3mm的占30～50wt％、粒径小于3mm的占50～70wt％；电煅无烟煤颗粒的C含量＞85wt％。
所述球磨的球磨机转速为300r/min；球磨介质为刚玉球，所述刚玉球与α-Al2O3微粉的质量比为2∶1。
所述成型为冷态模压成型，成型的压力为30～60MPa，成型工序中抽真空至剩余压力为1000～2000Pa。
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无烟煤颗粒，其价格相对便宜，且加入除尘粉，变废为宝，有效降低了炭砖生产成本。本发明采用电气煅烧炉，在一定温度下煅烧无烟煤得到的电煅无烟煤是多孔结构；将电煅无烟煤颗粒经真空浸渍处理后，氧化铝浆体填充进电煅煤无烟煤颗粒内部的孔洞中，解决了原料电煅煤无烟煤颗粒自身多孔的问题，提高了电煅煤无烟煤颗粒的致密度，对改善所制备的电煅煤基炭砖强度、微孔化率和导热系数具有积极作用。
本发明所用硅粉在高温埋碳焙烧条件下，在基质中可原位反应形成SiC或Si3N4等原位陶瓷相，填充基质中的孔洞，从而提高了所制备的电煅煤基炭砖的耐压强度和微孔化率。加入的沥青和超细微晶石墨，可促进基质中SiC等高导热陶瓷相的生成，有助于提高所制备的电煅煤基炭砖的微孔化率和导热系数。
本发明采用大压力冷态模压成型工艺，并在成型过程中抽真空，成型后的炭砖生坯具有极高的致密度，保证了焙烧后的炭砖具有较好的微孔化率。
本发明制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度大于60MPa；<1μm孔容积率大于85％；平均孔径小于100nm；常温热导率大于20W/(m·K)；抗铁水侵蚀指数小于10％。
因此，本发明制备成本低和易于工业化生产，所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖具有强度高、微孔化率高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异的特点。
附图说明
图1为本发明采用的浸渍处理电煅无烟煤颗粒的SEM图。
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原料和有关技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述除尘粉是由除尘器在炭砖加工过程中收集的粉尘；所述除尘粉的C含量＞80wt％，除尘粉的粒度小于0.088mm。
所述α-Al2O3微粉的粒度小于0.005mm，α-Al2O3微粉的Al2O3＞99wt％。
所述硅粉的粒度小于0.045mm，硅粉中Si含量＞98wt％。
所述超细微晶石墨粒度小于0.015mm，超细微晶石墨中C含量＞85wt％。
所述沥青的粒度小于0.074mm，沥青中固定碳含量＞85wt％。
所述电煅无烟煤颗粒的级配是：粒径为6～3mm的占30～50wt％、粒径小于3mm的占50～70wt％；电煅无烟煤颗粒的C含量＞85wt％。
所述球磨的球磨机转速为300r/min；球磨介质为刚玉球，所述刚玉球与α-Al2O3微粉的质量比为2∶1。
所述成型为冷态模压成型，成型的压力为30～60MPa，成型工序中抽真空至剩余压力为1000～2000Pa。
实施例1
一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以20～25wt％的除尘粉、14～16wt％的α-Al2O3微粉、4～6wt％的硅粉、1～2wt％的超细微晶石墨的和2～3wt％的沥青为基质，以50～54wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的10～14wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1150～1190℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉40～55wt％的水和0.1～0.2wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
所述减水剂为木质素磺酸铵。
本实施例所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为60～68MPa，<1μm孔容积率85～90％，平均孔径90～100nm，常温热导率20～25W/(m·K)，抗铁水侵蚀指数小于10％。
实施例2
一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以18～22wt％的除尘粉、12～14wt％的α-Al2O3微粉、6～8wt％的硅粉、2～3wt％的超细微晶石墨的和3～4wt％的沥青为基质，以54～58wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的12～16wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1170～1210℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉45～60wt％的水和0.2～0.3wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为68～75MPa，<1μm孔容积率88～94％，平均孔径85～95nm，常温热导率22～27W/(m·K)，抗铁水侵蚀指数小于8％。
实施例3
一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以14～18wt％的除尘粉、10～12wt％的α-Al2O3微粉、4～6wt％的硅粉、3～4wt％的超细微晶石墨的和3～4wt％的沥青为基质，以58～61wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的14～18wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1190～1230℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉50～65wt％的水和0.3～0.4wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
所述减水剂为木质素磺酸钠。本实施例所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为65～75MPa，<1μm孔容积率87～93％，平均孔径85～95nm，常温热导率25～28W/(m·K)，抗铁水侵蚀指数小于8％。
实施例4
一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
以10～14wt％的除尘粉、8～10wt％的α-Al2O3微粉、6～8wt％的硅粉、3～4wt％的超细微晶石墨的和2～3wt％的沥青为基质，以61～65wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的16～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂。
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1210～1250℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖。
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉55～70wt％的水和0.4～0.5wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
所述减水剂为木质素磺酸镁。本实施例所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度为72～78MPa，<1μm孔容积率90～95％，平均孔径80～90nm，常温热导率26～32W/(m·K)，抗铁水侵蚀指数小于6％。
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无烟煤颗粒，其价格相对便宜，且加入除尘粉，变废为宝，有效降低了炭砖生产成本。采用电气煅烧炉，在一定温度下煅烧无烟煤得到的电煅无烟煤是多孔结构；将电煅无烟煤颗粒经真空浸渍处理后，氧化铝浆体填充进电煅煤无烟煤颗粒内部的孔洞中，解决了原料电煅煤无烟煤颗粒自身多孔的问题。如图1所示，图1是实施例1采用的浸渍处理电煅无烟煤颗粒的SEM图，从图1可见电煅无烟煤颗粒中的孔洞被氧化铝填充。提高了电煅煤无烟煤颗粒的致密度，对改善所制备的电煅煤基炭砖强度、微孔化率和导热系数具有积极作用。
本发明所用硅粉在高温埋碳焙烧条件下，在基质中可原位反应形成SiC或Si3N4等原位陶瓷相，填充基质中的孔洞，从而提高了所制备的电煅煤基炭砖的耐压强度、微孔化率。加入的沥青和超细微晶石墨可促进基质中SiC等高导热陶瓷相的生成，有助于提高所制备的电煅煤基炭砖的微孔化率和导热系数。
本发明采用大压力冷态模压成型工艺，并在成型过程中抽真空，成型后的炭砖生坯就具有极高的致密度，保证了焙烧后的炭砖具有较好的微孔化率。
本发明制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖经检测：常温耐压强度大于60MPa；<1μm孔容积率大于85％；平均孔径小于100nm；常温热导率大于20W/(m·K)；抗铁水侵蚀指数小于10％。
因此，本发明制备成本低和易于工业化生产，所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖具有强度高、微孔化率高、热导率高和抗铁水侵蚀性能优异的特点。

Claims (11)

1.一种高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
以10～25wt％的除尘粉、8～16wt％的α-Al2O3微粉、4～8wt％的硅粉、1～4wt％的超细微晶石墨的和2～4wt％的沥青为基质，以50～65wt％的浸渍处理电煅煤颗粒为骨料，外加所述基质和所述骨料之和的10～20wt％的热固性酚醛树脂为结合剂；
将所述基质共混1～3小时，得到混合粉；将所述骨料置于混碾机中，混碾5～10分钟，再加入所述热固性酚醛树脂，混碾5～10分钟，然后加入所述混合粉，混碾15～30分钟；成型，于110～200℃条件下干燥，在埋碳气氛和1150～1250℃条件下烧成，制得高强度超微孔电煅煤基炭砖；
所述浸渍处理电煅无烟煤颗粒的制备方法是：先将α-Al2O3微粉置于球磨机中，外加占所述α-Al2O3微粉40～70wt％的水和0.1～0.5wt％的减水剂，球磨2～4h，得到浆料；再将电煅无烟煤颗粒浸泡于所述浆料中，在1000～2500Pa条件下浸渍5～15min，过滤，烘干，得到浸渍处理电煅无烟煤颗粒。
2.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述除尘粉是由除尘器在炭砖加工过程中收集的粉尘；所述除尘粉的C含量＞80wt％，除尘粉的粒度小于0.088mm。
3.根据权利要求1所述的高强度超微孔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％。
4.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述硅粉的粒度小于0.045mm，硅粉中Si含量＞98wt％。
5.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述超细微晶石墨粒度小于0.015mm，超细微晶石墨中C含量＞85wt％。
6.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述沥青的粒度小于0.074mm，沥青中固定碳含量＞85wt％。
7.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述减水剂为木质素磺酸铵、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁中的一种。
8.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述电煅无烟煤颗粒的级配是：粒径为6～3mm的占30～50wt％、粒径小于3mm的占50～70wt％；电煅无烟煤颗粒的C含量＞85wt％。
9.根据权利要求1所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法，其特征在于所述球磨的球磨机转速为300r/min；球磨介质为刚玉球，所述刚玉球与α-Al2O3微粉的质量比为2∶1。
10.根据权利要求1所述的高强度超微孔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，成型的压力为30～60MPa，成型工序中抽真空至剩余压力为1000～2000Pa。
11.一种高强度超微孔电煅煤基炭砖，其特征在于所述高强度超微孔电煅煤基炭砖是根据权利要求1～10项中任一项所述的高强度超微孔电煅煤基炭砖的制备方法所制备的高强度超微孔电煅煤基炭砖。
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